用于风功率波动平抑的储能运行策略对比分析

从波动平抑效果与平抑成本两个角度,对3种用于风功率波动平抑的电池储能系统(BESS)运行策略进行了对比分析。3种运行策略分别为:BESS统一运行、充放电状态随机切换;BESS分组运行、充放电状态同步切换与BESS分组运行、充放电状态异步切换。在考虑风功率预测误差随机特性的基础上,采用序贯蒙特卡洛模拟技术对上述3种策略下的BESS运行进行了模拟。基于模拟结果,在对波动平抑效果进行评估的同时,依据BESS总投资成本和电池循环寿命损耗对波动平抑成本进行估算。对比分析表明:BESS分组运行、充放电状态异步切换策略可实现波动平抑效果与平抑成本间的有效折衷,显著优于其它策略。

计及谷时段风电消纳的储能系统平抑风电功率波动控制策略

储能系统(energy storage system,ESS)仅参与平抑风电功率波动为单一场景的控制策略,存在ESS频繁充放电以及不能有效解决负荷低谷时段风电消纳等问题。为此,提出了一种计及谷时段风电消纳的ESS平抑风电功率波动控制策略。首先,根据风电特性与负荷需求的时序关系,确定ESS在一个周期内的充电和放电区间段。其次,提出了分区间控制的ESS控制策略,在充电区间段以平抑风电功率向上波动为目标存储电量;在放电区间段以平抑风电功率向下波动为目标释放电量。最后,考虑ESS的实时荷电状态(state of charge,SOC)和风电消纳,提出了基于模糊控制的ESS充放电功率修正方法。以某风电场实际数据为例,在风储联合发电系统仿真平台上进行了测试,验证了所提运行策略的可行性和优越性。

实时平抑风电场功率波动的电池储能系统优化控制方法

文中提出了一种基于模型预测控制(MPC)的实时平抑风电场功率波动的电池储能系统(BESS)优化控制方法。该方法以未来一个控制时段使用的储能出力最小为目标,考虑2个时间尺度(1min与30min)下的功率波动约束、BESS最大功率约束和容量约束。当合成输出功率不满足功率波动约束时,采用约束软化调整技术,兼顾期望目标,以获得满意的优化结果。然后,实现了基于区间削减技术的主动式能量反馈控制,避免了BESS的过充或过放。同时,考虑减小合成输出功率的粗糙度,自适应地调整粗糙度惩罚因子,进一步平滑了输出,减小了BESS能量,从而在满足功率波动平抑指标的同时,提高系统运行经济性。算例分析表明,相对于传统基于一阶低通滤波的方法,所述方法只需配置较小的容量,且算法简单、计算量小,便于工程在线实现。

净效益最大的平抑风电功率波动的混合储能容量配置方法

通过分析不同功率分配方法对储能容量配置的影响,提出了一种利用滑动平均和经验模态分解(EMD)获得储能参考功率的混合储能(HESS)功率和容量配置方法,并基于全寿命周期成本(LCC),考虑减少风电场旋转备用和缓建并网通道容量效益,以净效益最高为目标实时平抑风电功率波动。该方法首先利用滑动平均法得到HESS参考功率,采用EMD将其分解成一系列本征模态函数(IMF)。根据功率型和能量型储能的特性,以瞬时频率-时间曲线混叠最少为原则选择分界频率,将分解后的子分量重构成高、低频信号,分别作为功率型储能和能量型储能的参考功率。然后,考虑储能系统的充放电效率和荷电状态(SOC),配置不同储能组合方案下各储能的功率和容量,并与其他功率分配方法下的配置结果进行对比分析。最后,构建HESS的成本-效益模型,比较不同方案的净效益,得出经济最优的配置方案。

面向风电功率波动平抑的储能系统鲁棒模型预测控制

作为支撑新能源高比例消纳的重要灵活性资源,储能可有效应对强不确定性的风力发电对电力系统安全稳定运行的影响。提出了一种面向功率平抑的风-储系统鲁棒模型预测控制技术。首先,为考虑风力发电的不确定性,避免预测误差的参数化先验假设,采用盒式不确定性集来对风电出力进行建模。其次,建立了包含并网功率波动均值、储能电站运行充放电总能量、储能电站出力系数的风电功率波动平抑效果评价指标。然后,建立了面向功率平抑的风-储系统运行双层优化模型。为提高双层不确定性优化模型的可求解性,采用强对偶理论将原双层模型变换为单层确定性优化模型,并通过大M法用一组线性不等式约束来代替双线性约束。最后,算例分析验证了所提方法的有效性。

电池储能系统在并网风电场运行中的协调控制研究

在PSCAD/EMTDC中,搭建经DC/DC变换器及DC/AC换流器并网的电池储能系统(BESS)模型,设计相应的控制策略,并建立恒速恒频、双馈风电机组与BESS相应配置的交流并网仿真模型。针对电网稳态运行及故障情况,设计BESS相应控制策略并分别进行仿真分析,结果表明在变化风速下,BESS灵活有功控制能力可平抑风电场稳态运行时的功率波动;电网故障时,BESS可提供无功支撑稳定并网点电压、提高风电场低电压穿越能力。

基于离散傅里叶变换的风电场储能容量的优化研究

文中分析了在风电场中配置储能系统的3种应用。基于风电并网功率波动率,采用离散傅里叶分析法对风电功率进行频谱分析,以获得满足风电并网技术要求的风电并网功率,并通过优化得出储能及系统备用容量。以某实际风电场的历史出力数据为例,对储能容量进行优化,优化结果表明,该方法在配置较小储能容量的情况下能够达到平抑风电功率波动的目的,大幅减小系统的备用容量需求,缓解了备用机组的负担,提高了系统对风电的接纳能力。

基于飞轮-超级电容混合储能系统设计

针对风电并网中混合储能系统配置成本过高的问题,提出一种用于风电平抑的混合储能系统容量配置方法,采用该方法进行储能系统容量配置,以并网功率波动为2%,4%,6%,8%设计4种方案并计算各自成本。构建的4种方案相较传统方案,混合储能系统容量需求最高可降低1.13 MW·h,综合成本平均降低了43.71%,最高可降低52.66%。数值模拟算例验证了混合储能系统平抑风电功率波动的可行性、储能系统成本优化的有效性。

基于动态小波分解的混合储能系统平滑控制策略

为平抑分钟级的功率波动,使风电功率满足并网标准,基于小波分析提出功率分配数动态变化的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)控制策略。设计了功率分配数根据风电功率超短期预测结果和HESS的荷电状态(state of charge,SOC)动态调整的分频方法,从而改变并网的低频目标功率和需要蓄电池、超级电容平抑的中、高频功率;建立兼顾HESS控制成本、功率平滑度的多目标优化函数,并应用改进的NSGA-Ⅱ算法对功率分配数进行滚动优化,从而达到最优控制;针对基本NSGA-Ⅱ算法在维持种群多样性、均匀性上的不足,以及种群规模大的问题,对精英保留策略进行了改进。最后,通过美国某州风电场实际观测数据进行实例验证,结果表明,所提控制策略能充分发挥不同类型储能的优势,经济、快速地平抑风电功率波动。