基于损失特征矩阵的CHB-BESS模块间接地故障诊断

模块间接地故障是H桥级联型电池储能系统(cascaded H bridge based battery energy storage system,CHB-BESS)的易发故障,快速诊断故障位置对减少故障损失至关重要。模块间接地故障的故障特征主要体现在零序电流上,会受到接地过渡电阻的影响。为实现接地过渡电阻不确定情况下,故障模块位置的快速准确鲁棒定位,本工作提出了一种基于损失特征矩阵的快速故障诊断方法。首先,本工作建立了零序等效电路模型;然后,将零序电流模型离散化;接着,提出基于损失特征矩阵的定位方法,该方法使用拓扑矩阵描述故障位置和过渡电阻的遍历信息,基于离散化模型来遍历计算零序电流,将计算结果与测量结果的偏差记录在损失特征矩阵中,通过偏差最优解确定故障位置;其次,本工作证实了故障定位问题作为最优化问题具有最优解唯一性,偏差最优解在接地过渡电阻不确定的情况下可获得准确的故障发生位置;最终,基于最优解唯一性提出了最优化计算的加速方法。实测表明,所提方法的平均定位误差仅为0.2个子模块,在接地过渡电阻较大范围不确定的情况下实现了准确定位,并且所提加速方法显著提高诊断速度。

考虑储能单元健康状态与荷电状态一致性的BESS功率分配策略

针对由多个储能单元组成的大型电池储能系统(BESS)不规则充放电导致的储能单元健康状态(SOH)和荷电状态(SOC)不一致性问题,研究储能单元内SOH差异与SOC一致性的关系。结合充放电优先级排序和自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法,提出考虑储能单元SOH和SOC一致性的BESS功率分配策略。基于包含BESS、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据,对所提功率分配控制策略与传统功率分配控制策略进行了对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提高储能单元SOC的一致性,延长储能单元使用寿命,降低储能单元运行损耗,增强BESS双向调节能力。

面向工程应用的MMC-BESS的SOC均衡控制参数设计

针对模块化多电平电池储能系统(MMC-BESS)技术实际工程应用问题,从调制、效率、子模块电容电压均衡及器件选型4个维度,为荷电状态(SOC)均衡控制参数设计提供理论依据及操作性强的实用设计步骤和方法,并提出了控制参数分段的桥臂内子模块间SOC均衡控制方法,用于提高SOC均衡控制速度,以拟建的示范工程为示例,进行控制参数设计,并通过仿真验证控制参数设计的合理性及分段控制参数加速SOC均衡控制的有效性。

海上风电场中BESS与SVG并联补偿控制方法的研究

针对海上风电场交流传输行为控制效果不理想的问题,提出了海上风电场中BESS(Battery energy storage system)与SVG(Static var generator)并联补偿控制策略。对海上风电场中的电量循环特性进行了分析,按照静止同步补偿器闭环、载波移相调制技术的实施标准,构建瞬时功率指标与负序补偿原则,实现了BESS补偿控制机制、SVG补偿控制机制的研究。在优先级参量的约束下,确定BESS与SVG机制之间的并联作用关系,完成海上风电场中BESS与SVG并联补偿控制。实验结果表明,在BESS与SVG并联优先补偿方法的作用下,电流谐波振荡幅度被控制在-5.25~5.25 A区间之内,与电源协同型控制策略相比,更符合交变电流传输行为有效控制的需求。

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器控制方法

部分接入电池储能系统的模块化多电平换流器(MMC with partly integrated BESS,MMCPBESS)可以在接入储能的同时节约建造成本,但其控制更加复杂。针对下桥臂接入储能电池的MMC-PBESS拓扑,建立数学模型及等效电路。在此基础上给出电容电压均衡策略,提出了上/下桥臂分控的控制策略,并分析了其运行边界。在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,仿真了不同交直流功率比例的运行工况,所提控制策略可以在维持电容电压平衡的同时实现对电池充电的功能。该策略无需额外的环流计算,上下桥臂控制解耦,简单灵活。

面向中压直流配电网的模块化多电平电池储能系统电荷吞吐量抑制策略

模块化多电平电池储能系统(modular multilevel converter-battery energy storage system,MMC-BESS)中各子模块功率周期性波动,与其相连的电池组充放电状态频繁切换,产生额外的电荷吞吐量,危害电池储能系统寿命。当MMC-BESS用于中压直流配电网时,其交直流侧功率传输情况复杂多变,增大电荷吞吐量的抑制难度。因此,文中针对中压直流配电网中的MMC-BESS,提出一种基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略。首先,构建中压直流配电网中MMC-BESS的数学模型;其次,剖析MMC-BESS电荷吞吐量的产生机理,分析不同运行方式下电荷吞吐量的影响因素;再次,提出基于二倍频环流注入的电荷吞吐量抑制策略,以系统总电荷吞吐量最小为目标,选取不同工况下需注入的最优二倍频环流分量;最后,多种工况下的仿真及实验结果表明,所提方法可有效抑制中压直流配电网中MMC-BESS的电荷吞吐量。

负载不平衡交流侧离网MMC-BESS相间均衡控制

建立了交流侧离网的模块化多电平电池储能系统(MMC-BESS)的电压控制模型,分析了在三相负载不平衡导致的MMC-BESS三相荷电状态(SOC)不均衡的问题,提出一种MMC-BESS相间能量均衡控制方法。该方法实时检测负载侧的负序电流,计算三相不平衡功率,据此调整三相直流电流的分配,使三相电池输出功率平衡,避免因三相负载不平衡导致三相电池SOC偏差。仿真结果验证了三相负载不平衡的离网MMC-BESS能量均衡控制策略的正确性。

计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法

在风电场侧配置电池储能是缓解风电功率波动、提高风电可调控性的有效途径。为满足风功率波动平抑要求,提出了一种计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法,充分考虑多储能单元实时出力能力,在兼顾功率平抑目标的同时实现减小储能电池能量调用、各储能单元充放电切换次数、放电深度及荷电状态波动区间。首先分析了滤波时间常数对风功率平抑效果以及储能功率分配方法对各单元荷电状态变化的影响;其次引入超短期风功率预测,根据风功率预测数据建立滤波时间常数优化模型,得到滤波时间常数最优解以及最小储能功率指令;然后分析了各储能单元出力水平与功率平抑需求的影响,进一步提出了一种分层复合式储能单元功率分配方法,实现了多储能单元的功率指令分配,避免了各储能单元频繁与过度充放电,有利于延长使用寿命;最后以湖南省某实际风电场为例,通过实际算例验证了所提方法的有效性。

含储能有源配网的经济调度与协同优化

为了提升电池储能系统的有源配网运行效益,提出面向电池储能有源配网,包含经济调度与协同优化方法的分层递阶系统架构。首先,概述模型中不同层级间的逻辑运算关系;其次,针对不同层的优化目标,建立含光-储-充有源配网的经济调度与优化的2阶段模型。第1阶段以系统成本最小化为优化目标,第2阶段以系统网损最小为目标进行建模与仿真。最后,基于不同运行场景下的仿真结果,分析光、储、充的变化规律,并给出储能系统在不同节点的优化配置方案。

基于改进比例控制的STATCOM/BESS直流侧功率动态分配方法

在静止无功补偿器的直流侧并联蓄电池储能系统,可以解决微电网中因可再生能源发电波动性引起的供电质量降低的问题,当静止同步补偿器直流侧并联多个蓄电池储能系统时,为了均衡直流侧各个蓄电池储能系统的功率,提出了一种基于改进比例控制的直流侧功率动态分配方法。该方法以各个储能单元的荷电状态平均数为控制目标,对各个储能单元实时的So C采用一种可变比例系数控制,其控制量决定各个储能单元功率分配,可以实现So C较高的模块在放电时输出较多功率。同时So C较低的模块在充电时吸收较多功率,还可以在系统只输出无功功率时实现So C较高的模块给So C较低的模块充电。结果表明:在动态功率均衡控制中通过在线改变比例系数,可以有效地提高模块的利用率,快速完成模块之间的功率均衡。最后,仿真和实验结果验证了所提控制方法的正确性。

基于STATCOM-BESS的风电场功率协调控制策略研究

为有效地提高风电场并网运行能力,改善传统静止无功发生器只能补偿无功功率而且会消耗一定有功功率的不足,将静止无功发生器与蓄电池储能系统相结合作为整体补偿装置用于风电并网系统进行研究,并提出一种功率协调控制策略对有功无功功率进行协调控制。首先介绍了STATCOM-BESS工作原理并建立整体数学模型,采用旋转坐标系解耦控制方法实现了电流解耦。然后在Matlab/Simulink中搭建风力发电系统仿真模型进行仿真,仿真结果表明装置具有快速功率调节能力,在风速渐变、电网扰动和频率波动情况下对风电场都具有较好的动态支撑能力,因此验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。

基于通用即插即用协议的分布式储能信息交互机制

为应对分布式储能终端给电网的管理和运维带来的巨大挑战,提出了一种基于通用即插即用协议的电池储能系统(battery energy storage system,BESS)终端信息交互机制。首先基于电力物联网标准的建模方法,定义BESS属性、服务和事件3个维度的模型模式规范,构建了一种适用于配电侧BESS的物联终端模型,消除了传统系统中云主站与终端模型间的异构问题。其次,提出一种基于通用即插即用协议的BESS终端与云主站间的注册/识别机制:以BESS终端自描述配置为基础,通过获取云主站的证书或认证来完成身份验证,保证数据的安全,从而实现快速识别与连接。最后以模型和协议映射为核心构建云边端式BESS信息交互机制,并以某配电网馈线中的储能系统为例,通过一致性测试验证BESS终端与云主站各项业务功能信息交互的可行性和有效性。

基于STATCOM/BESS强化风机VSG虚拟惯性的协同控制方法

为了解决风电并网系统在频率波动时缺乏足够的频率支撑能力这一问题,在风电机组主控引入虚拟同步发电机(VSG)算法,采用储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)为风电机组的旋转动能提供能量来源以强化系统的虚拟惯性。根据频率偏差与频率变化率,在考虑蓄电池(BESS)荷电状态的情况下,调整STATCOM/BESS工作模式,以实现虚拟转动惯量的自适应变化。通过对风机VSG构造的小信号模型进行分析,确定了虚拟转动惯量的整定原则,进一步给出了BESS容量配置的合理范围,并结合经济性说明BESS容量配置的优化方法。利用PSCAD/EMTDC得到的仿真结果表明,所提的方法能有效改善频率的动态响应,提高风电并网系统的频率支撑能力。

计及多点电池储能系统的电网二次调频协同控制

在“碳达峰•碳中和”国家能源战略变革背景下,大规模可再生能源的加速并网加剧了电力系统对于快速调频资源需求的迫切性,如何充分发挥以电池储能系统(battery energy storage systems,BESS)为代表的新型快速资源在电网调频中的作用是解决该问题的关键。首先,为满足电网各类型调频资源在自动发电控制(automatic generation control,AGC)系统中的接入监视与分类决策需求,提出“域-群-机”三级控制模型架构;然后,从BESS的荷电状态(state of charge,SOC)主动管理出发,提出基于改进的动态调频容量(dynamic available AGC,DAA)的多元集群协同控制策略,以及引入SOC影响因子的多点BESS功率分配策略;最后,结合实际电网的持续扰动工况及模拟跳机扰动工况进行仿真分析,验证了文中所提控制策略的有效性。文中所提策略不但可以显著改善各单点BESS的SOC一致性,而且能够提升电网调频品质。

基于SVPWM控制的STATCOM-BESS特性分析与仿真

针对传统静止无功补偿器(static synchronous compensator-STATCOM)只能补充无功功率的不足,对直流侧并联蓄电池储能系统(battery energy storage system-BESS)的改进装置进行了研究,从而实现有功无功功率的双重控制。首先对STATCOM-BESS工作原理和数学模型进行简要介绍,之后对四象限模式的运行特性进行重点分析,并研究了基于电压空间矢量(SVPWM)有功功率无功功率独立控制的电流解耦控制技术。最后在MATLAB/Simulink中搭建STATCOM-BESS模型进行仿真分析,仿真结果显示装置在快速实现无功功率补偿的同时也可以实现有功功率的控制,并具有良好的动稳态特性,因此验证了理论分析的正确性和控制方法的有效性。

提高STATCOM/BESS风电系统频率与电压支撑的智能联调优化控制方法

针对风电并网系统运行中负荷突变引起的频率波动和并网点电压的骤升/骤降问题,提出一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的频率与电压智能联调优化控制方法,该方法在具体实施过程中分为实时监测层、动态决策层和执行控制层3层,各层之间紧密联系,形成可靠闭环。首先,在实时监测层,基于风速分区与模糊控制判断风机的调频能力、系统有功需求及无功需求;其次,在动态决策层,综合考虑惯性常数和并网点电压,结合风机无功可调范围,动态优化有功、无功分配策略;最后,在执行控制层,风电机组与STATCOM/BESS对功率指令进行控制执行,STATCOM/BESS强化虚拟惯性时,考虑蓄电池(BESS)荷电状态,基于反馈动态调整其工作模式,控制结束后将相关参数及时反馈。仿真结果表明,基于STATCOM/BESS的风电系统智能联调优化控制可有效改善频率与电压的动态响应,提高频率与电压支撑能力。

UPFC/BESS接入大电网新能源系统的功率平衡跟踪控制

随着大规模新能源发电并网、大容量高效变流器等新技术的相继涌现,能源供需广域平衡对柔性交流输电技术提出了新的要求。为了解决波动性和间歇性新能源电力的消纳并网问题,平衡源、荷功率波动,增强系统稳定性和输电能力,提出一种新型的基于蓄电池储能系统(batteryenergy storage system,BESS)接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)的装置UPFC/BESS。通过建立大电网新能源系统的数学模型和设计UPFC/BESS功率的短时平衡、中长期峰谷、陡升陡降控制策略的方法,得出UPFC/BESS能够在最严重功率失衡情况下动态平衡新能源系统有功和无功功率的结论。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了含新型UPFC/BESS装置的仿真模型,仿真结果表明UPFC/BESS具有较强的有功调节和平衡能力,能快速调节源、荷的功率失衡,较好地平衡新能源电力的功率波动,对增强大电网功率安全裕度和降低电源备用容量的投资具有重要的意义。

计及电池储能和抽水蓄能灵活性的电力系统优化调度方法

充分利用灵活性资源的调节能力可有效平抑新能源出力的波动,保证系统经济安全运行。提出一种计及电池储能和抽水蓄能灵活性的电力系统优化调度方法。在建立向上/向下灵活性需求模型的基础上,以调度能量成本、备用成本和灵活调节服务调用成本的总成本最小为目标,建立基于日前安全约束机组组合和实时经济再调度的混合整数线性规划模型,采用CPLEX进行求解。以IEEE-RTS-24节点系统为算例,考虑4种不同典型方案场景,对比验证了所提方法能有效提升系统运行灵活性,降低运行成本。

基于STATCOM/BESS的风火打捆系统次同步振荡抑制研究

基于高压直流输电(HVDC)技术将风电与火电打捆运行已成为解决远距离输电需求的一种可行方案。为解决风火打捆经直流送出系统的次同步振荡问题,提出了一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的抑制方法。首先对 STATCOM/BESS 抑制次同步振荡的机理进行了分析;其次,基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)设计出 STATCOM/BESS 关于风火打捆系统的次同步振荡抑制方法,在 STATCOM/BESS 电流内环控制回路上附加阻尼控制抑制多模态振荡,并采用改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对附加阻尼控制器参数进行协调优化。最后,基于 PSCAD/EMTDC 平台搭建了含 STATCOM/BESS 接入的风火打捆经直流送出系统仿真模型,对所提抑制方法的有效性进行仿真验证,结果表明该方法能有效抑制风火打捆系统中的次同步振荡问题,提高系统的稳定性。

一种利用BESS消弭风/光电并网大波动风险的方法

针对风/光电并网大波动风险和电池储能系统高昂的成本,提出计及常规机组可调出力的风/光电并网大波动风险定义,将电池储能系统(BESS)作为常规机组调节方式的"替补"调节方式,减小了对BESS的容量需求,有效回避了储能成本高和循环寿命较短的缺点。建立了风/光电并网大波动风险模型,量化计算了风/光电一同并网给电网带来的波动风险,提出了BESS消弭风/光电并网大波动风险的控制策略。算例验证结果表明,BESS是消弭风/光电并网大波动风险的一种有效手段。