基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)和多目标遗传算法(MOGA)的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层:上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态(SOC)的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

风电租赁储能参与电能-调频市场竞价策略

风电参与市场化竞价运营,可有效激发风电的市场力及其主动租赁储能改善调频性能的积极性,在提升风电运营效益的同时,助力电网的调频调峰,但需解决风储调频性能指标优化及其电能-调频双市场竞价策略协同优化等关键问题。为此,提出了风电参与电能-调频市场竞价双层优化模型:上层为双市场多主体竞价出清模型;下层为各主体竞价策略优化模型,响应上层出清结果,优化调整竞价策略,达到各主体效益最大化。下层模型嵌套了考虑风电不确定性的储能运营商与风电集群储能租赁价格/容量主从博弈优化模型。双层模型联合求解,得出最终风电集群租赁储能容量及其双市场竞价策略。算例结果表明,所提方法能够提升风电运营效益,助力电网调频调峰。

基于调频信号自适应分解的电池储能辅助二次调频控制策略

以清洁能源发电为代表的零碳机组大规模并入电网,其间歇性和不确定性带来的频率波动愈发凸显。针对电池储能辅助火电机组调频灵活性不足、荷电状态维持效果不理想的问题,提出一种基于调频信号自适应分解的储能辅助二次调频控制策略。首先,综合灵敏度、储能荷电状态、频率偏差状态3个因素,给出区域调节需求信号和区域控制误差信号的切换时机判据;计及火电机组爬坡率限制和储能荷电状态限制,提出自适应调频信号分解策略,构建回报增益与荷电状态之间的规律并将其作为调节参考值,利用频率偏差对参考值进行修正,最后通过状态一致性检测模块判断回报增益的输出,以实现2种调频资源的优势互补。通过单区域系统频率响应模型仿真,验证了本文策略的有效性。结果表明:本文策略能够提高系统的灵活性,使各调频资源形成互补关系。

考虑储能充放电均衡度的风储联合调频控制策略

针对储能分组调频的充放电不均衡问题,提出一种考虑储能均衡度的风储联合一次调频控制策略。基于充放电任务分组执行的储能调频原理,建立了最佳放电深度下的储能分组调频充放电数学模型。为改善储能充放电不均衡问题,以储能均衡度构建2组储能的充放电综合下垂控制系数,并设计风储协同控制策略,在储能均衡度偏差较大时通过风机转子动能调频弥补储能功率不足,提升一次调频效果。最后以频率差偏移量及储能均衡度偏移量等作为评价指标进行仿真分析,结果表明所提风储联合调频控制策略有效改善了储能均衡度,降低了其对储能使用寿命的损害程度,同时提升了调频效果。

混合储能聚合商参与能量-调频市场控制策略

提出了一种混合储能聚合商(hybrid energy storage aggregator,HESA)参与能量-调频市场的控制策略。首先,对于独立系统运营商(ISO)发出的调频指令信号进行VMDWVD时频域分析,重构固有模态分量(IMF)生成高频信号与低频信号,分别作为HESA中功率型储能和能量型储能的输入信号。其次,构建了计及多市场价格不确定性的HESA投标与运行策略min-max-min模型,基于列和约束生成算法(C&CG)和强对偶理论对主子问题进行迭代交替求解。最后,基于实际PJM市场的价格、调频信号等数据进行了仿真,验证了HESA主体投标运营策略的有效性。

飞轮储能辅助火电机组一次调频及其性能评价

为促进太阳能、风能等新能源消纳,进一步拓宽火电储能技术升级和灵活性改造渠道,助力双碳目标和新型电力系统建设,提出增设储能系统辅助火电机组调频以解决火电机组爬坡慢、机组振荡不稳定等问题。基于国内外研究现状,提出机组以及储能系统荷电状态出力控制策略模型,通过Matlab/Simulink搭建两区域电网进行模拟仿真。结果表明,在阶跃扰动下区域1机组耦合1 MW飞轮储能系统后,峰值降至1.93×10^(-3)pu,降低4×10^(-4) pu,占原频率波动率的9.39%,机组实际出力从2.45×10^(-2)pu降至1.61×10^(-2)pu,降低34%。结果表明,在外界相同扰动条件下,采用飞轮储能辅助火电机组调频可有效减小系统频率波动量,减少汽轮机输出功率波动,提升调频性能。

可再生能源配额制下风光储联合参与现货市场的交易决策

可再生能源配额制与现货市场建设的并行推进引起风电发电商、光伏发电商及储能电站(风光储)联合参与现货市场的交易决策发生变化。通过构建双层交易决策模型,对可再生能源配额制下风光储联合参与日前电能量及调频辅助服务市场的交易决策进行求解分析。模型上层以风光储总利润最大化为目标,同时考虑到风光储的内部调控,求解风光储最优交易策略;下层实现日前电能量和调频辅助服务市场的联合出清及绿色证书市场的清算。通过库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件、强对偶定理等方法将双层模型转换为混合整数线性规划问题进行求解。最后,通过算例验证了所提模型的有效性。结果表明:所提框架与模型能够优化风光储报量报价决策;可再生能源配额制的引入丰富了风光储的套利手段,风光储内部调控更加活跃;风光渗透率及配额制考核权重的变化对风光储的交易决策有重要影响。

飞轮储能辅助火电一次调频技术与应用

大规模新能源并网造成电网频率波动增大,使得火电机组调频任务繁重、动作频繁,加剧了机组老化,飞轮储能辅助火电机组调频能提升机组的调频性能。论述了飞轮储能辅助机组一次调频原理,分析了飞轮储能的出力特性,结合世界最大容量飞轮储能,提出了飞轮储能满功率辅助机组一次调频的控制策略,并应用于我国第一套飞轮储能辅助火电机组一次调频的调试中,验证了控制策略有效性。现场测试结果表明,飞轮储能辅助火电机组一次调频性能良好,采取所提一次调频策略后该机组一次调频动作合格率提升21.26%,一次调频积分电量贡献指数提升3.45倍。飞轮储能辅助火电机组一次调频模式对解决此类问题具有一定指导意义。

储能调频控制参数自适应优化与退出机制设计

为解决储能控制参数设置不当引起的频率稳定性问题以及储能调频效果和循环使用寿命难以平衡的问题,提出一种储能调频控制参数自适应优化与退出机制设计方法。首先分析储能下垂、虚拟正(负)惯量系数对系统频率动态性能及稳定性的影响,得到参数稳定变化的范围;然后,根据控制参数稳定变化区间,设计含虚拟负惯量的模糊自适应控制方法,实现控制方式之间的平滑切换和优势互补,加快频率恢复;再则,利用Logistic函数设计考虑储能荷电状态(SOC)的自适应反馈控制策略,同时引入储能退出机制,反馈调节优化储能出力,以期解决储能调频效果和循环使用寿命难以平衡的问题。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真验证,验证所提策略的有效性及对频率的改善作用。

基于权重系数校正的火储两阶段联合调频方法

随着不确定性可再生能源大规模并网,电网频率特性日益复杂。传统火电机组具有响应时间长、无法准确跟踪指令等问题,亟须利用储能提高火电机组参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)调频时的调节性能。首先,针对调频考核规则,建立调频性能指标数学模型,并考虑火储系统出力特性,结合改进层次分析法校正调频子指标权重系数,以此构建以调频性能最优为目标的第一阶段优化模型;在此基础上,为了减少储能荷电状态(state of charge,SOC)越限和深度充放情况,以储能SOC偏差最小为目标构建第二阶段优化模型。仿真验证表明:所提的两阶段调频方法能够提高火储联合系统的调频性能和调频收益,同时有效减少储能深度充放情况和工作寿命损耗,提高储能辅助调频服务的可持续性。

风储联合系统主动参与电网一次调频的协调控制策略

通过风储联合系统的协调控制增强风电并网系统的转动惯量水平是增强系统频率稳定的重要手段。现有风储联合系统协调控制中风电与储能的控制相对独立,两者的耦合集成度较低,难以充分发挥风电和储能对频率扰动的响应和调节能力。对此,本文提出基于线性二次型调节器(LQR)的风储联合系统协调控制策略。该策略以双馈风机输出频率和风储联合系统总输出功率为储能的控制输入,以提升系统的阻尼和稳定性,并增强系统的频率响应调节能力。首先,根据系统的状态方程建立双馈风机和风储联合系统的小信号稳定模型,分析协调控制对风储联合系统的阻尼比的提升作用;其次,由具有扰动抑制能力的LQR方法确定协调控制的控制参数;在此基础上,根据转子动能确定储能功率容量;最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建风储联合系统并网模型,验证了本文所提策略的有效性和优越性。

基于层次分析法AHP和TOPSIS的储能参与新能源一次调频选型方案

储能选型是储能参与新能源一次调频规划和设计的关键内容,涉及到安全性、一次调频适应性、经济性和环保性等多方面指标,是一个复杂的多目标决策问题。提出基于层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和逼近理想解排序方法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)相结合的储能参与新能源一次调频选型方案。分析各个指标特征,构建两层决策体系。根据专家打分和实际应用需求,采用AHP法得到各个决策指标的权重,进一步采用TOPSIS法根据各指标的权重和相关参数对储能进行选型。最后,选取压缩空气、飞轮储能、磷酸铁锂电池和超级电容器等12种储能类型为案例进行分析,结果表明,磷酸铁锂电池在参与新能源一次调频应用场景中占有优势。该选型方案可以为储能参与新能源一次调频规划和设计提供一定的理论支撑。

考虑新能源与储能参与调频的联合市场出清模型

新能源渗透率的不断增加以及越来越多的储能装置并入电网,使得现行的调频市场机制已不能再适应电力系统的实际情况,基于此现状构建风、光以及独立储能装置与常规火电机组共同参与的调频辅助服务市场与电能量市场联合出清模型,模型中利用层次分析法(AHP)进行调频性能指标的权重优化,使得新能源与独立储能装置参与电网调频后的电力系统的调频压力减小,同时进一步提高对新能源的消纳力度。通过算例分析表明,引入高渗透率的新能源机组与独立储能装置参与调频市场不仅能减少调频性能较差的火电机组中标,减少弃风、弃光现象,也能减少运营商购买调频服务的费用支出。

基于最优动态功率补偿的先进绝热压缩空气储能一次调频控制策略

随着大规模新能源接入电网,新型电力系统“低惯量、弱支撑”特征凸显,电网频率调节资源日益稀缺,系统频率稳定问题愈发严峻。先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage,AA-CAES)具有容量大、寿命长等优势而受到广泛关注,但由于其储能和释能过程涉及气-热动态耦合过程,调频特性较为复杂,调频潜力还有待挖掘。因此,首先建立AA-CAES系统全工况动态仿真模型,进而基于期望频率动态曲线设计AA-CAES系统调频传递函数,优化目标传递函数关键参数,实现AA-CAES最小动态功率补偿下满足系统频率调节需求。最后通过仿真实验,验证了所提控制策略可优化AA-CAES调频容量的同时减小系统的稳态频率偏差与频率超调量,显著改善频率响应特性,为建设电网友好型AA-CAES电站提供技术支撑。

基于改进p-有效点法的多风电场共享储能联合参与一次调频的容量优化

以大规模多风电场接入电力系统的一次调频备用容量为研究对象,首先通过引入风电出力预测误差的概率分布描述系统的不确定性因素,考虑风储一次调频备用总成本最小为目标;然后建立基于机会约束规划的多风电场联合共享储能参与一次调频的容量优化模型;最后提出基于快速傅里叶变换快速求解联合变量概率分布的改进p-有效点法通过数学解析将机会约束规划从形式上转化为确定性规划,再通过Yalmip调用Cplex实现模型的快速求解。算例结果表明,所提模型和方法可有效提高风储调频效果和收益,且具有更高的求解效率。

基于储能SOC和风光功率裕度调节的风光储联合调频策略

利用储能主动参与风光储场站内部调频控制方法,及风电机组和光伏机组配合储能参与风光储场站内部联合控制,以解决风电机组和光伏机组单独控制时带来的电压和频率稳定问题。对风光储各单元采用虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术,基于储能的荷电状态(state of charge,SOC)实时调整储能的p-f下垂系数,同时根据风/光机组的功率裕度配合储能调整各自的p-f下垂系数,通过风/光/储联合控制实现系统频率调整。此外,为实现风光储场站系统的二次调频,对VSG技术中的频率-有功控制部分进行了修正,通过实时检测系统频率,对有功功率参考值进行自适应调整;最后,通过阶跃负荷扰动下对比储能单一调频、光储联合调频、风储联合调频及风光储联合调频4种场景来验证所提控制方法的有效性。

基于MPC的光-储协同调频优化策略

[目的]为了降低光伏发电给电网带来的频率扰动,并进一步提升调频效果,提出了一种基于MPC(Model Predictive Control)的光-储协同调频优化策略,分析了该策略的基本原理、控制流程、约束条件、目标函数并优化了权重系数。[方法]构建了一个基于MPC的光-储并网系统模型,并根据该模型推导出了非线性状态空间方程。为了验证该策略的调频效果,设置了4种不同的仿真环境:无储能、带电池储能、带混合储能以及文章提出的策略。[结果]仿真结果表明:与其他场景相比,所提出的策略在调频效果上是最优的,无储能的条件下调频效果是最差的,此外,采用混合储能的调频方法优于使用电池储能的方法。[结论]在MATLLAB/Simulink平台上验证了所提策略的有效性。在光伏发电系统中,对储能和光伏最大功率点跟踪进行优化控制,能使电网频率更加稳定,从而提高整个系统的稳定性。该研究成果可为光伏发电并网提供参考依据。

考虑共享储能参与不同能量调频联合市场的优化策略

随着新型电力系统的构建,对储能运营商的运营策略提出了更高的要求。本文在共享理念背景下,构建了一种共享储能参与不同能量-调频联合市场的双层博奔模型。首先,上层模型为共享储能运营商报价优化模型,旨在动态生成共享储能各市场报价信息,下层模型为市场各主体联合出清模型,旨在降低系统运营总成本。其次,采用非线性互补方法将双层优化问题转化为单层优化问题,并通过算例验证。然后,对比了储能在不同调频辅助服务市场运营模式下的收益情况,结果表明共享储能在调频辅助服务市场的参与度远高于电能量市场,其承担的调频里程任务占比高达96.7%;同时,相较于仅形成调频容量价格,在完善的价格体系下共享储能的回收成本周期会缩短2~3年,可进一步激励储能电站的发展。

考虑有源配电网可靠性和脆弱性的储能多目标规划

随着高比例可再生能源接入,配电网的可靠稳定运行受到多重不确定因素影响。为此,提出一种考虑配电网可靠性和脆弱性的储能选址定容优化方法。首先,计及风光和负荷的不确定性,通过改进K-means聚类算法和同步回代消除算法得到不确定运行场景集合。然后,优化利用储能闲置容量和功率参与能量市场和调频辅助服务市场,修正储能系统运行计划。其次,建立以配电网年综合成本、系统电量缺供期望值和配电网综合脆弱性指标为优化目标的储能多目标规划模型。同时,在考虑负荷转供的基础上,计及储能系统的可用性,利用基于优化模型的配电网可靠性评估方法计算可靠性指标。最后,采用基于Tent混沌映射与自适应变异策略的多目标差分进化算法进行模型求解。以IEEE 33节点配电系统进行算例仿真分析,通过设置不同的方案验证了所提模型及算法的优越性。

计及不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略

风电出力的强不确定性严重阻碍了电力市场上报计划的精准执行,由此产生的偏差功率可能使风储联合系统背负高额的偏差惩罚和弃风损失。为了减小投标决策失误导致的经济亏损,建立了一种风储联合系统多时间尺度市场投标模型。借鉴美国现有的市场机制,建立风储联合系统参与能量市场和调频辅助服务市场的收益、成本模型;为了提升风储联合系统投标策略的准确性,基于Copula函数对风电出力不确定性进行量化建模,以此为基础预留部分储能出力能力,从而降低由偏差功率产生的经济性风险;以风储联合系统的预期净收益最大为目标,制定能量市场和调频辅助服务市场的日前投标策略,并在日内阶段根据超短期风电预测数据修正投标决策,提出一种考虑风电出力不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略。基于我国某实际风储联合系统进行算例分析,结果表明所提策略能够有效提高风储联合系统的经济收益,避免资源浪费。