孤岛微电网不同尺寸DESUs的SoC均衡方案

为实现孤岛微电网中不同尺寸(容量和电压)分布式储能单元(Distributed Energy Storage Units,DESUs)的荷电状态(State of Charge,SoC)均衡,提出一种基于P-ω下垂控制的改进型控制方案,在无需中央控制器和通信的前提下实现不同尺寸DESUs的SoC均衡,延长DESUs的使用寿命。在分析传统下垂控制原理和SoC的基础上,阐明所提方案实现不同尺寸DESUs的SoC均衡机理。仿真和实验结果说明:所提方案能够消除尺寸参数差异对SoC均衡的影响,通过SoC均衡因子的调节实现不同负荷下不同尺寸DESUs的SoC均衡。

考虑线路阻抗的分布式储能SOC均衡控制策略

直流微电网孤岛运行状态下,由于分布式电源(distributed generation,DG)的不确定性,需要加入储能单元进行补充。对于传统下垂控制,线路阻抗差异造成输出电流无法精确分配,对储能单元荷电状态(state of charge,SOC)的均衡效果造成影响,且随着SOC的降低,收敛速度变慢,同时没有考虑DG波动对母线电压的影响。因此,提出一种改进下垂控制策略,通过计算输出电流偏差量,引入对电流偏差的积分环节,消除线路阻抗差异的影响,并且设计加速项和自适应变化的加速系数,提高了SOC均衡速度。当DG波动时调整输出电流增发量,满足负荷功率平衡,保持电压稳定。经过仿真验证,所提控制策略在考虑线路阻抗时的SOC收敛误差小于0.1%,收敛速度较对比方法提高20%,并且电压降落小于3%。

考虑容量差异的多储能SOC均衡控制策略

孤岛式直流微电网系统需要配置多组DESUs,以应对不同的负荷需求和能源波动。考虑DESUs具有不同容量时,由于线路中阻抗不匹配,SOC均衡效果受到严重影响,为此,提出一种考虑不同容量的多储能SOC均衡控制策略。首先,通过含加速因子的指数函数建立SOC与下垂系数之间的关系,提升下垂系数对SOC均衡后期变化的灵敏性,实现下垂系数的自适应调节。各DESU仅通过稀疏通信网络与邻居节点交换状态信息,并采用动态一致性算法获取全局平均状态信息。设计一种多目标控制器,其能够在补偿母线电压跌落的同时实现负荷功率的准确分配,消除不匹配线阻的影响,减少控制流程,减轻系统通信负担。最后,基于MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并在各种复杂工况下证实了所提控制策略的有效性。

计及源/荷双重波动的光储微网孤岛稳定控制

根据微网系统运行特点,分析了微网系统中分布式发电单元和储能单元孤岛运行条件下的控制策略。为保证分布式电源出力和负荷波动时微网系统中能量供需平衡及其快速动态响应特性,提出了一种分布式发电单元和蓄电池储能单元间的协同控制能量管理策略,选取光伏发电单元的直流母线电压作为储能单元切换开关和充电放电电流参考信号标量。为验证此处所提算法,分别搭建了包括光伏发电单元和储能单元的仿真模型和实验平台,2台2kVA光伏发电单元采用对等控制作为主分布式单元,蓄电池储能单元采用PQ控制作为从发电单元,仿真和实验结果共同验证了此处所提算法的有效性和正确性。

Approaches for Optimal Planning of Energy Storage Units in Distribution Network and Their Impacts on System Resiliency

In the recent decade,a significant increase in the penetration level of renewable energy sources(RESs)into the distribution grid is evident due to the world’s shift towards clean energy and to increase the reliability or inboard manner resiliency of electrical distribution system.RES based microgrids are the most favorable option available,especially to enhance resiliency.However,the integration of RES over the distribution grid would hamper the grid stability due to its stochastic nature under normal conditions.During extreme weather conditions,RES behavior is completely uncertain.Hence there is a need to eliminate the adverse effects caused by the RES and make the distribution grid more reliable and stable under normal and resilient conditions.To address these issues,many researchers proposed several methods to place energy storage units(ESUs)and microgrids(RES integrated),which can support critical loads at an optimal location in the distribution system during normal and extreme conditions,respectively.The aim of this article is to consolidate and review the research towards various approaches to formulate the problem(optimal location,allocation,and operation of ESU and microgrids to face regular and extreme weather condition)and tools to solve it for enhanced system flexibility and resiliency.Based on the review,a generalized methodology has been designed to adapt the inputs and address both conditions.At the end of the review,future aspects for ESU to strengthen resistance and resiliency of its own are presented,which can be helpful to further improve the reliability and resiliency of the distribution system.

分布式电源供电系统能量波动平抑与稳定控制

分布式能源的开发和应用日益广泛。在此采用了直流侧含有储能单元的交直流分布式电源(DG)统一模型,针对分布式电源大多具有间歇性、易波动的特点,利用直流侧储能单元平抑能量波动,以提高供电的稳定性和供电质量。储能单元通过两相交错并联Buck-Boost型双向DC/DC变换器接入直流母线,针对传统两相并联DC/DC电路易出现的电感电流纹波较大、两相间电流不均衡问题,提出了一种新的移相均流控制策略。最后搭建了5kW实验样机,通过实验验证了理论的正确性。

基于新能源接入的新型交直流储能单元配电网规划方法研究

随着新能源技术的飞速发展,构建以新能源为主体的新型电力系统是推动节能减排的必然趋势,实现新能源充分消纳、满足用户侧灵活接入成为新能源技术的重要研究方向。为此提出了一种基于新能源接入的新型交直流储能单元配电网规划方法。提出了交直流储能单元的技术方案,该方案能提供灵活的接入方式;以储能单元的交直流配电网物理架构为基础,实现多种型式新能源的灵活接入,提供高可靠性的电能。

微电网分布式储能单元荷电状态平衡和电压恢复

为保证分布式能源出力和负荷波动时微电网中能量平衡及稳定,分布式储能单元(distributed energy storage units,DESUs)工作于充放电模式,然而,受线路阻抗不一致的影响,DESUs充放电过程中会出现荷电状态(state-of-charge,So C)不平衡现象,造成过充电或过放电,减短了储能单元的使用寿命。该文基于下垂控制提出So C平衡控制方法,实现So C平衡;同时提出基于低带宽通信的电压恢复控制策略以补偿由下垂控制引起的电压偏差,So C平衡和电压恢复由本地脉冲协调控制,两者互不干扰。讨论分析了不同工况下该策略的特性,证明了So C平衡和电压恢复的有效性。

电池储能单元群参与电力系统二次调频的功率分配策略

大规模电池储能电站响应频繁的电力系统二次调频小额功率需求时,面临二次调频功率在电池储能单元群之间分配的问题,分配不当会劣化储能电站运行效率。文中分析了电池储能单元充放电功率对其能量转换效率的影响,构建了电池储能单元充放电功率-效率模型,提出使电池储能电站整体能量转换效率最大化的电池储能单元群功率分配策略。该策略可以提高电池储能电站运行效率、减小功率损失,同时在小额调频功率需求场景下可以减少电池储能单元响应数量和延长电池储能电站寿命。仿真分析验证了所提功率分配策略的有效性,与按比例功率分配策略和最大充放电功率分配策略对比结果表明,所提出的功率分配策略在提升电池储能系统运行效率以及减缓电池寿命衰减方面均具有优势。

应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究

分布式能源的开发和应用日益广泛。本文采用了直流侧含有储能单元的交直流分布式电源(DG)统一模型,针对分布式电源大多具有间歇性、易波动的特点,利用直流侧储能单元平抑能量波动,以提高供电的稳定性和供电质量。储能单元通过两相交错并联Buck-Boost型双向DC/DC变换器接入直流母线,针对传统两相并联DC/DC电路易出现的电感电流纹波较大、两相间电流不均衡问题,提出了一种新的移相均流控制策略。最后搭建了5kW实验样机,通过实验验证了理论的正确性。

基于惯量支撑和一次调频需求的VSG储能单元配置方法

分布式电源大量接入电网会引发电网惯量、阻尼缺失和系统稳定性下降问题,虚拟同步发电机(VSG)在分布式电源友好接入和提高电力系统稳定性等方面极具应用前景。作为虚拟惯量的物理基础,储能单元的配置直接影响着VSG的性能和成本。文中基于VSG的惯量支撑、一次调频两大基本功能,建立了响应电网频率波动的储能单元出力模型,提出了一种以元件参数和控制参数为基础的储能单元配置方法。然后,计及下垂系数、阻尼系数和惯性常数,研究了储能单元出力的暂态特性及其调节机制,并分析了储能单元功率、容量需求受控制参数影响的机理,明确了影响程度最大的控制参数。最后,借助仿真和实验证明了所提方法的正确性。

基于分布式电源的微电网建模与仿真

在建立可靠电网供电系统问题的研究中,微电网通过揉合多种分布式发电单元,能够实现分布式电源与电力系统的灵活接入。根据微电网的运行特性,构建微电网的仿真模型,利用PSCAD/EMTDC仿真环境,在推导出各个环节数学模型的基础上,设计了每一部分的控制策略并建立了风力发电,光伏系统,储能系统的仿真模型,用已经构建的各个微电源模型搭建了典型微电网的仿真平台,并进行了仿真。仿真结果表明,在风速和光照强度的变化下各部分的控制策略能够很好地完成其控制目标,使微电网正常运行。

城市高压配电网负荷转供辅助决策关键技术与系统

城市电网灵活性不足是造成系统调峰与输电阻塞问题的根本原因,为解决这一问题,提出了一种考虑城市高压配电网负荷转供及储能充放电策略的协同优化策略,并开发了一套可实现高压配电网灵活运行调度的在线辅助决策系统。通过分析城市高压配电网的拓扑特点,在其变电单元简化拓扑建模的基础上,分别以最小化220 kV输电网运行成本和110 kV高压配电网负荷削减成本为上、下层目标,建立时序双层优化模型,通过上下层模型的不断交替迭代,实现对高压配电网拓扑状态及储能运行状态的求解;基于高压配电网标准化站内接线的电气拓扑聚合通用方法,开发了一套可满足高压配电网灵活调度的运行控制与决策支持系统,以实现城市高压配电系统分布式新能源和储能广泛发展的运行方式优化以及调峰与负荷转供策略制定。最后,以某地区电网为例进行方法建模和实用性分析,测试并验证了所提方法的可行性与应用前景。

计及储能荷电状态约束的输配协同机组组合优化

为解决传统输配割裂机组组合运行方式导致的电网堵塞问题,提出一种考虑储能荷电状态约束的输配协同机组组合优化模型。首先,基于分布式优化理论将模型分解成输电网机组组合模型和配电网经济调度模型。然后,采用增量分段方法和二阶锥技术将模型中的非线性项转化为混合整数线性规划问题,并利用交替方向乘子法(ADMM)对所提模型进行迭代求解。最后,通过算例分析表明所提算法和优化模型有助于提高配电网对新能源的消纳能力,保证了输配电网运行的经济性。

基于一致性算法的直流微网多储能SoC均衡策略

针对含有多个储能单元的孤岛型光储直流微电网,提出一种基于一致性算法的多储能荷电状态均衡策略。在改进下垂控制中采用了一种事件触发控制下的平均一致性算法,各分布式储能单元只需在满足事件触发条件时与相邻单元通信,即可实现储能单元间的荷电状态均衡。通过该策略可提高系统不同容量储能单元间的电流分配精度;实现荷电状态均衡和维持母线电压的稳定,在保证控制性能的同时有效减少通信次数。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。

考虑不同容量的储能单元荷电状态均衡研究

随着直流微电网的快速发展,分布式储能单元(DESU)并联下垂控制技术得到了高度重视。针对直流微电网DESU下垂控制中荷电状态(SOC)均衡及负荷电流分配问题,在传统I-U下垂控制的基础上,提出了一种考虑不同容量的储能单元SOC均衡策略。通过在下垂系数中引入相对容量因子,消除不同容量对SOC的影响,实现充放电过程中SOC均衡;同时增加电压均衡器以解决直流母线电压偏离额定值问题。实验结果表明:所提方法实现了不同容量储能单元的SOC均衡、负荷电流按比例分配及母线电压偏差小的目标,有利于系统高效稳定运行。

计及自恢复效应的电池容量利用率提升策略

为充分利用分布式电池储能单元(Distributed Battery Energy Storage Units,DBESU)的自恢复效应,延长DBESU放电时间和提高DBESU容量利用率,提出一种计及自恢复效应的电池储能单元容量利用率提升策略。在DBESU工作在非连续模式放电场景下,该策略可控制荷电状态(State-of-Charge,SOC)低的DBESU停机,利用自恢复效应进行SOC恢复;可控制SOC高的DBESU继续工作以便支持负荷及调压调频。该策略在提高孤岛微电网DBESU容量利用率的同时,延长了DBESU的放电时间。最后,不同方案的仿真对比结果验证了本研究方案的有效性和先进性。

端对端交易场景下配电网分布式储能的优化配置

高渗透率可再生能源接入配电网不仅促进了分布式发电技术以端对端(P2P)的形式参与市场竞争,也对电网的安全稳定运行提出了挑战。为了保证配电网中P2P交易的安全稳定进行,提高用户和储能供应商投资储能的收益,在2种交易方案下提出了一种双层优化储能配置方法。上层模型以储能总投资成本最小为目标,采集配电网一年的运行数据进行优化,计算出储能的配置规格传递给下层模型。下层模型考虑集中竞价和用户主导这2种P2P交易模式,引入区域边际价格的概念最大化买卖双方收益,优化调度储能充放电策略以最小化储能投资成本。最后,以IEEE 15节点配电网为算例验证了所提方法的有效性。

基于有功和无功功率协调分配的统一电能质量调节器控制策略

统一电能质量调节器(UPQC)由串联型有源滤波器和并联型有源滤波器组合而成。在常规功率控制策略中,串、并联变流器与馈线之间存在的有功功率环流增大了串、并联单元的容量负担和损耗,且当电源电压跌落较大时,串、并联单元在补偿电能质量过程中有可能发生容量越限。提出了基于有功和无功功率协调分配的UPQC控制策略,通过合理分配串、并联变流器的功率输出,充分发挥串联变流器的作用,使得串联变流器承担部分负载无功功率以减轻并联变流器的负担,并消除有功功率环流;基于并联变流器补偿容量恒定的原则分配电源与储能单元提供的有功功率,以减小配电网馈线过电流的风险,并保证串、并联单元在补偿电能质量过程中不会发生容量越限。在电源电压完全跌落的极限情况下,负载有功完全由储能提供,实现了不间断电源的功能。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真算例,结果验证了所提策略的正确性和有效性,能够实现UPQC串、并联变流器以及储能单元的协调控制。

考虑极端灾害下系统韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划

近年来,在未来多能互补、综合能源系统的背景下,气电联合配网得到迅速的发展。然而,当前全球各地极端灾害频发,给能源系统的安全性带来了严峻的挑战。针对极端灾害对系统造成的失负荷影响,为兼顾系统的经济性与安全性,提出了一种考虑极端灾害下系统韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型。首先,以规划成本与运行成本最小化为目标,建立考虑电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的气电联合配网扩展规划模型;然后,考虑极端灾害的作用,建立考虑韧性约束的气电联合配网分布鲁棒扩展规划模型,该模型包括基础场景与极端灾害最坏场景,其中基础场景考虑系统的经济性,以规划成本与基础场景运行成本最小为目标,极端灾害最坏场景则通过韧性约束保证系统的安全性,所提模型通过主问题–子问题迭代求解。最后,算例仿真发现:通过增加电动汽车充电站、分布式燃气机组和储能设备的规划投建,系统的经济性得到明显提升;而在面对极端灾害的影响下,通过分布式燃气机组的发电和电动汽车、储能设备的放电,系统失负荷情况得到减少,但随着系统韧性的增大所需单位规划成本会大幅增加。本文为在规划层面提升系统韧性提供了一种有效与实用的方法,为未来减小极端灾害对系统造成的影响的方案提供了一定参考。