面向并联环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制

重力储能利用高度落差对固体重物储能介质进行升降,实现储能系统的充放电。和抽水蓄能相比,由于其具有不依赖水资源、选址灵活等特点,应用前景广泛。为提高重力储能系统的充放电运行效率,研究了面向多机并联功率环流最小化的垂直式矩阵型重力储能系统多机协调控制问题。首先,基于PSCAD/EMTDC构建垂直式矩阵型重力储能系统模型,分析了其充放电特性;其次,通过对重力储能系统多机并联运行时产生的机组间功率环流机理及抑制问题进行分析,提出了基于重力储能系统双层控制架构的多个机组间协调控制方法,该控制方法可在快速满足电网侧功率充放电需求的同时,实现并联运行机组间的功率环流最小化,提高了重力储能系统的充放电运行效率,最后,仿真结果验证了上述多机协调控制策略的有效性。

基于超级电容储能的汽轮发电系统频差功率协调控制

由于孤岛运行的汽轮发电系统输出功率调节响应较慢,带脉冲功率负载会造成输出电能频率和电压较大的凹陷和超调,甚至导致系统不稳定。本文将超级电容储能应用于汽轮发电系统,组成汽轮机-超级电容混合发电系统。继而提出混合发电系统的频差功率协调控制方法。通过超级电容储能单元的高功率动态响应弥补汽轮机输出功率动态响应低的问题,使系统实时处于瞬时功率平衡状态,保证输出电能频率和电压的平稳,增强汽轮发电系统对脉冲功率负载的适应能力。最后建立仿真模型对所提控制算法的有效性进行验证。

飞轮储能阵列系统协调控制方法综述

因受材料、成本和技术等因素制约,提高单个飞轮储能装置的容量较为困难,难以满足长时间大功率的需求。对此提出使用飞轮阵列来提高飞轮系统的总储能容量,进而降低装置的研发和生产成本。对于飞轮阵列储能系统,研究各储能单元协调控制、相互配合的控制策略是实现阵列高效、安全运行的解决方案。从飞轮储能阵列系统拓扑结构、协调控制策略及协调控制算法进行全面的综述。从飞轮储能阵列不同并网拓扑结构出发,探讨了适用于直流母线并联和交流母线并联对应的功率分配控制策略;随后以飞轮储能阵列并行接入电网为切入点,分别对集中式、主从式与分布式协调控制算法进行比较研究和归纳总结,重点评述了分布式一致性算法优势,并在此基础上进一步总结基于智能算法高效率求解的功率分配控制策略。最后,指出了飞轮储能阵列系统并网运行协调控制面临的挑战。

计及直流-储能短时功率支援的新型电力系统频率稳定协调控制方法

针对电力电子接口能源可提供能量约束下的新型电力系统频率稳定问题,提出一种计及直流-储能短时功率支援的频率稳定协调控制方法。利用直流输电系统的短时过载能力,建立了计及短时直流功率支援量与投入时刻的频率响应模型,分析了功率支援量与投入时刻对频率最低点的影响。基于此,考虑直流、储能的自身约束、直流互联电网频率安全约束以及交流系统潮流安全约束,建立了计及直流与储能协调参与频率稳定控制的优化模型,得到确保受扰电网频率最低点高于频率稳定阈值并且控制能量最小的控制方案。仿真结果表明,所提方法能够有效利用控制能量,提高了系统运行的经济性。

用于光伏电站功率平抑的混合储能系统协调控制策略

随着对可再生能源的需求日益增长,我国兴建了众多光伏电站,但光伏发电存在间歇性和波动性,需对其输出功率进行平抑,因此,提出一种混合储能系统协调控制策略。首先,建立飞轮以及锂电池模型,采用变分模态分解方法分解光伏电站输出功率,取得不同储能单元充放电指令,基于不同储能的响应时间,得到不同储能系统容量配置;其次,结合锂离子电池历史运行数据,构建锂离子电池寿命模型,以延长锂离子电池寿命为目标,采用粒子群滤波算法,提出一种混合储能系统协调控制策略;最后,通过某额定装机容量15 MW的光伏电站历史运行数据,仿真验证了本文所提混合储能系统控制策略的有效性。

基于功率状态的分布式电池储能系统协调控制

分布式电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)可有效地应对各种分布式能源(如光伏、风电)接入电网对其产生的电压和频率波动影响。针对分布式储能系统协调控制时负荷分配不均、电压波动等问题,提出基于功率状态(State of Power,SOP)的分布式BESS负荷分配控制策略。该控制策略采用内外双闭环控制方式。在内环中,利用分布式BESS当前的SOP改进传统功率下垂控制,实现负荷有效分配;同时,在外环控制中加入线性电压补偿环节,以解决改进下垂控制中的静态偏差及线路阻抗等因素带来的电网电压下降问题。仿真结果表明,所提出的控制策略可使分布式BESS根据自身SOP有效分配负荷,并在负荷变化时均能维持系统电压和频率稳定在相应给定值附近,其电压和频率波动分别控制在0.1%和0.5%以内,可避免BESS中电池的过充和过放,使得BESS运行稳定,延长寿命。

电池储能系统在并网风电场运行中的协调控制

本文针对并网风电场运行中的电池储能系统协调控制问题进行研究。首先,分析了风电场及电池储能系统的基本概念和作用。其次,提出了电池储能系统的协调控制策略,包括有功和无功协调控制策略,并讨论了基于模型预测控制和人工智能方法的实现途径。最后,总结了本文的研究成果,并对未来研究方向进行了展望。本文旨在为电池储能系统在并网风电场中的协调控制提供理论基础和方法指导。

基于寿命量化的混合储能系统协调控制参数优化

混合储能系统控制策略中参数对控制效果具有一定影响,应量化分析其影响并进行参数优化。文中采用考虑自放电率和充放电效率等因素影响的储能系统数学模型;在基于锂电池充放电状态的混合储能系统控制策略基础上,提出超级电容储能荷电状态协调响应裕量指标;结合适用于实际不规则充放电应用的锂电池寿命量化模型,建立基于锂电池量化寿命的混合储能系统协调控制参数优化模型。算例分析表明,合理选择混合储能系统协调控制参数可延长锂电池使用寿命,进而提高混合储能系统的整体性能。

含储能的多端口柔性合环开关协调控制研究

随着光伏和风能等可再生能源在柔性配电网中的比例不断提高,可再生能源发电的间歇性输出给电力系统带来了不稳定性与波动性。现有的柔性合环开关因为硬件参数和容量限制,无法应对负荷超容量波动带来的频率超限及潮流转移造成的电网开路问题。因此,有必要将柔性合环开关与储能技术相结合,构建新型柔性互联配电网,对带电池储能系统的多端口柔性合环开关设计相应的控制策略。首先,对于硬件参数不同和工作状态差异造成的储能单元荷电状态(state of charge,SOC)不均衡,设计自适应的SOC均衡控制策略。其次,对负荷大波动和稳压侧开路故障,设计切换策略以调节电网频率并进行短时直流电压支撑,确保下级负荷的稳定运行。最后,利用基于MATLAB/Simulink平台的仿真模型和RTLAB硬件在环平台验证了所提协调控制策略的有效性和实用性。

含混合储能系统的独立直流微网协调控制策略

针对独立运行的多储能直流微网,为了减少蓄电池充放电次数和提高蓄电池间荷电状态的均衡速度及精度,提出了一种基于源荷功率差信号的直流微网混合储能控制策略。该策略在详细分析了直流微网工作模式的基础上,设置功率分层点作为超级电容和蓄电池工作切换依据,即超级电容和蓄电池分别优先工作在源荷功率差较小和较大的情况下,避免了蓄电池在源荷功率平衡点处频繁充放电切换。当多个蓄电池同时出力时,通过改进下垂控制,动态地增大均衡期间蓄电池间下垂系数差别,提升蓄电池荷电状态及负荷功率均衡速度和精度,避免部分蓄电池因荷电状态越限而提前退出运行。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上验证了所提控制策略可稳定运行在各种模式下,并具有较高的荷电状态均衡速度和精度。

电池储能系统两模式协调控制策略

针对混合储能存在运行模式较为固定、利用水平有待提高的问题,基于一种分布式光伏-电池储能联合系统典型结构,提出了一种电池储能系统平抑波动-峰谷套利两模式协调控制策略。利用电池储能系统可运行于不同模式的特点,根据光伏发电功率中频分量的波动特性,对电池储能系统各电池组串的运行模式在平抑波动和峰谷套利之间进行动态分配和灵活调控,满足系统运行需求的同时,有效提高电池储能系统的利用水平。最后,通过典型算例对所提控制策略的有效性进行了验证。

微电网储能系统下垂协调控制与母线电压控制策略

针对风光互补微电网内风力发电系统和光伏发电系统运行特性,提出采用蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与超级电容储能系统(Super Capacitor Energy Storage System,SCESS)下垂协调控制策略基础上对微电网母线电压采用对应的控制策略,进而优化无功功率控制,以此进一步提高对微电网内负荷供电的稳定性。文中对微电网模式切换过程,加以控制策略理论分析,再通过PSCAD/EMTDC仿真软件,验证文中所提出控制策略的有效性及可行性。

抽水蓄能-飞轮混合储能系统协调控制方法

建立了一台容量为300 MW的抽水蓄能机组功率模型和容量为25 MW的飞轮储能阵列模型并分析了各自的充放电特性。然后,为了达到抽水蓄能机组综合调频指标提高至2倍,同时减小机组磨损进而降低损耗成本的目标,基于水电机组斜坡输入控制策略和飞轮储能阵列荷电状态(SOC)分段控制策略,提出了一种抽水蓄能-飞轮混合储能系统的协调控制策略。最后,根据某额定功率为300 MW的抽水蓄能机组历史运行数据,通过仿真实验验证了所提出的混合储能系统协调控制策略。结果表明:在电网二次调频过程中,提出的混合储能系统协调控制策略将抽水蓄能机组的综合调频性能指标提高2.29倍以上,能够显著减少抽水蓄能机组平稳运行阶段的频繁输出调整、进而降低损耗成本并提高抽水蓄能机组的稳态运行特性,同时保证飞轮储能阵列的SOC维持在合理水平。

超级电容储能系统在电网电压不平衡风电系统中的协调控制

基于在直流母线上加装超级电容储能系统的方案,提出了基于网侧电流约束条件的协调控制策略,采用PR调节器对网侧变流器的电流信号以及直流母线上的波动功率进行控制,从而实现电网不平衡工况下直流母线电压的稳定运行。

新型混合储能运行模式分析与源荷储协调控制

储能是独立式光伏发电系统中的重要组成部分,可保证供电的稳定性和持续性,在提高电能质量方面起着重要作用。此处研究了一种混合储能系统(HESS)的新型拓扑结构和控制策略,该新型拓扑结构的优点在于对分布式系统中的双向直流-直流变换器额定功率要求低于传统系统。在运行模式切换时,控制系统可有效应对负载突变,确保蓄电池组和双向直流-直流变换器均工作于规定电压范围。此处建立了储能系统的数学模型和4种运行模式的控制模型,并对控制策略进行仿真和实验分析。仿真和实验结果表明新拓扑和控制策略可行,且HESS的性能不受双向直流-直流变换器的功率限制。

基于荷电状态的混合储能系统协调控制策略

为优化混合储能系统运行状态,提出了一种新型混合储能分层协调控制策略,包括上层能量管理与下层混合储能控制。上层能量管理层根据微电网母线电压、频率以及混合储能系统综合荷电状态(SOCHESS),利用模糊逻辑算法优化混合储能系统的充放电功率,使得储能设备的荷电状态维持在合理范围。下层混合储能控制层在低通滤波器的基础上根据磷酸铁锂电池和超级电容器各自的SOC,建立分配功率修正算法,优化储能单元的SOC状态。仿真实验证明,所提出的基于荷电状态SOC的分层协调控制,有效地降低了混合储能的SOC的变化范围,防止储能设备的过充或过放。

风电–氢储能与煤化工多能耦合系统能量协调控制策略

为了更好地发挥风电一氢储能与煤化工多能耦合系统（WP-HES＆CCMFCS）消纳风电、降低化工能耗、减少化工污染的优势，实现WP-HES＆CCMFCS能量广域协调控制蓝图，针对WP-HES＆CCMFCS本地部分，分析其内部各子系统间能量传递与转换关系，基于气体产、耗过程动态平衡的原则，采用分层递阶控制原理，提出了以灵活调整优先级顺序为思想，以风电消纳最大化为目标，以煤化工系统额定不间断运行、氢储能系统（HESS）状态处于正常区间为约束的本地WP-HES＆CCMFCS能量协调控制策略，构建了本地WP-HES＆CCMFCS双层控制模型。最后，利用MATLAB／SIMuLINK搭建了本地WP-HES＆CCMFCS能量协调控制仿真模型并进行验证。结果表明，所提控制思路和方法能准确表征氢储能系统储能状态，提升风电消纳能力，实现既定目标。

复合储能系统直流变换器的协调控制策略研究

针对含有功率型和能量型两种储能电池的复合储能系统(HESS),在此提出了一种考虑储能电池自身充放电特点的HESS的协调控制策略。该控制策略根据直流母线电压-充放电电流(U-I)下垂曲线由U得到I的基准值,利用高通滤波器提取电流的高频分量作为功率型储能单元的充放电电流指令,剩余低频分量作为能量型储能单元的充放电电流指令。利用该控制策略,便可以实现在稳定U的基础上两种不同的储能单元根据自身的技术特点实现外部功率的响应。最后利用dSPACE 1104半实物实验平台验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。

电池储能系统与发电机励磁的多指标非线性协调控制

采用多指标非线性控制方法对电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与汽轮发电机的励磁进行协调控制设计。相比于其他的灵活交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System,FACTS)器件,BESS的优点在于能够同时对电力系统的有功和无功功率进行快速且有效的控制。设计表明采用多指标非线性控制设计方法能很好地解决高维MIMO非线性系统的控制设计问题。仿真结果表明所设计的控制规律能明显地改善系统各状态量的动态特性,并有效地提高系统的稳定运行能力。

基于储能的风电柔直并网系统直流故障穿越协调控制策略

采用具有明显技术和经济优势的架空线柔性直流输电是大规模可再生能源并网的理想方案。然而,架空线故障率较高且直流系统故障发展迅速,仅靠直流断路器隔离故障线路并不能完善地解决系统的故障穿越问题。为解决该问题,针对大规模风电场经柔性直流输电并网系统的直流线路故障工况,充分利用风电场中广泛配置的储能系统,提出从故障定位隔离到故障类别判断,再到储能系统与换流站、风电场之间协调控制的一套完整直流故障穿越策略,并从能量角度展开故障特性分析。与现有工程中采用的耗能电阻方式相比,所提策略调节系统不平衡功率的灵活性更高,控制效果更优,且对所储存能量可以再利用,避免能量浪费。此外,为降低对储能系统的功率及容量需求,提出风电机组转子加速控制以减少风电场出力的方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性。