基于分布式光伏/飞轮储能联合发电系统的并网点电压主动调控技术研究

为改善配电网末端电能质量,提高并网点电压稳定性,提出了一种基于分布式光伏/飞轮储能联合发电系统的并网点电压主动支撑控制策略。相比于传统电压调节控制方式,该控制策略能够充分发挥飞轮储能高频次充放电特性,根据电压偏差大小自适应调整联合发电系统有功/无功输出,稳定并网点电压。同时该控制策略将并网点功率因数作为考虑因素,引入控制算法当中,能够在进行功率控制的同时优化并网点功率因数。为验证所提控制策略的可行性,搭建了一套含50 kW光伏、100 kW飞轮储能在内的实验测试平台。实验结果表明分布式光伏/飞轮储能系统能够根据电压波动大小自动调整有功/无功输出,改善并网点电能质量。

计及新能源功率概率分布特征的储能配置优化方法

为了降低新能源功率波动对电网的冲击,文章提出了一种计及新能源功率概率分布的储能容量优化配置方法。首先,计算和统计不同时间尺度新能源功率波动量,确定新能源功率概率分布特征;其次,基于新能源功率概率分布特征及并网指标,建立计及时间尺度和功率波动量的储能配置优化模型;再次,基于给定的约束条件和时间尺度,计算波动量满足任意设定概率水平的最小储能充放电调节功率,从而确定储能的额定功率、容量和初始状态;最后,以某地区50 MW光伏电站实测数据进行算例分析。结果表明,此方法只调节不满足波动指标的新能源功率值,不会影响满足条件的功率值,所需储能功率和容量最小,且调节后功率不会出现偏移。

模型差异性混合储能系统建模及功率分配

该文从锂电池和燃料电池的混合储能特性出发,针对已有文献的拓扑结构,对比选取适用于功率分配的混合储能拓扑模型和建模方法,并在组合过程中通过分析选取最合适的变换方式组成混合储能模型,最后通过仿真验证所提模型可在进行功率分配的前提下提高储能系统荷电状态偏移,延长储能系统寿命。

基于电力电子接口的储能系统惯性特征研究

该文从惯性参考系下宏观物体的惯性特征入手,通过惯性是能量的固有属性这一物理观点,引出电势能和磁场能惯性的概念并给出其表征方法。根据能量守恒定律,给出电势能与磁场能的等效转动惯量的计算方法,形成基于电力电子接口的储能系统惯性特征理论研究方法。在此基础上,以电池储能系统为例,论证储能电池本体及储能变流器的等效转动惯量计算方法。通过搭建储能系统仿真模型,对比不同控制方式下储能变流器等效转动惯量参与系统调频响应,并验证在虚拟同步发电机控制方式下的储能变流器及储能系统等效转动惯量计算方法的有效性。

考虑储能SOC的微网接口变流器VSG协同控制

储能系统是微电网的重要组成部分,而保证储能系统的荷电状态(SOC)良好则是储能系统乃至整个微网安全高效运行的技术关键。文中提出了一种基于虚拟同步机(VSG)控制的交直流混合微网接口变流器与储能SOC协同控制策略,用以提高混合微网的频率、功率稳定性和系统内各储能SOC的分配合理性。首先对交直流微网两侧分布式电源的下垂控制方式及子网特性进行了分析,之后基于此特性提出了应用于接口变流器的VSG控制策略提高了系统频率功率稳定性,并且在功率分配环节中加入储能系统SOC控制策略,使各子网间储能SOC状态达到平衡,优化储能系统状态。最后利用Matlab/Simulink搭建了交直流混合微网模型对文中提出的算法进行了有效性验证。

考虑条件风险价值的“新能源+储能”电站现货市场投标策略

新能源电站的发电和现货市场电价均存在较大的不确定性,使得其投标决策困难,容易因实际发电量与投标电量之间或实际电价与预测电价之间存在较大偏差而产生惩罚费用或影响投标决策有效性。考虑上述因素,将“新能源+储能”电站作为价格接受者,以国内双结算模式和偏差考核为背景制定现货市场最优投标策略。首先,采用最小门控记忆网络–分位数回归(minimal gated memory network-quantile regression,MGM-QR)组合模型模拟电站出力和电价的多重不确定性,以条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)为风险度量措施,构建“新能源+储能”电站的日前市场投标和实时市场预期投标的电量组合模型。其次,在实时市场阶段,基于电价和出力的超短期预测结果,利用鲁棒滚动优化模型调度储能出力并重新确定投标电量以获取最大化收益。最后,通过某地区的实际数据进行验证,结果表明所提方法可以有效满足不同风险偏好决策者投标决策需求,保障电站收益。

一种可阻断直流故障电流的双逆阻型MMC研究

可阻断直流故障电流的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)在高压直流输电工程中具有广泛的应用前景。提出一种可阻断故障电流的基于新型双逆阻型子模块(DualReverseBlockingSub-Module,DRBSM)的MMC拓扑结构。在输出相同电平数的前提下,与现有拓扑相比,DRBSM型MMC具有较强的直流故障电流阻断能力和更低的功率损耗,且DRBSM型MMC可直接移植半桥子模块(HBSM)型MMC拓扑的控制和调制策略。亦对该子模块结构的拓扑构成、运行原理及故障电流阻断机理进行分析。最后,采用PSCAD/EMTDC仿真验证了该拓扑结构的可行性和有效性。

考虑CVaR的“新能源+储能”电厂日前市场投标策略

双碳背景下我国正积极构建以新能源为主体的新型电力系统,大力推进电力市场化改革。大量新能源电厂无序上网将会对电力系统的安全稳定运行带来巨大压力,也不利于其作为独立主体参与市场化竞争。将“新能源+储能”电厂作为价格接受者,以“报量不报价”的形式参与电力现货交易。采用随机优化方法构建新能源出力场景、日前及实时出清电价场景,采用K-medoids方法将数量众多的场景转化为数量有限的概率化确定性场景。以日前收益最大为目标,考虑条件风险价值并计及不平衡惩罚费用,建立“新能源+储能”电厂参与日前市场的最优投标策略模型并求解。最后,以某风电厂的历史出力数据以及现货市场电价数据开展数值仿真,仿真结果验证了所建投标策略模型的有效性。

基于经济性的互联网数据中心光-储协同优化配置

互联网数据中心体量大、能耗高,近年来逐渐成为节能降耗的重点领域。基于对数据中心用电需求特征和电网电价机制的分析,提出一种基于经济性的互联网数据中心光伏和储能电池协同优化配置模型。通过该模型求得光伏和储能电池的最优配置方案,以降低数据中心的运行成本。该方案使得数据中心对当地电网电力具有较低的依赖性,充分利用了光伏供应的电力。仿真实例表明,在数据中心结构、负荷和运行环境相同的情况下,该方案可以有效降低数据中心的运行成本,具有较高的实用化价值。

磷酸铁锂电池性能衰退与容量预测模型研究

动力电池由于老化导致的性能衰退与储能系统功率吞吐能力密切相关。为了揭示磷酸铁锂电池的老化特性,进行了实验研究。通过不同恒定倍率下的循环老化实验和特性实验,获取了磷酸铁锂电池特征参数的变化规律以及容量增量分析(ICA)曲线的变化趋势。实验结果表明,磷酸铁锂电池的容量和欧姆内阻随老化变化明显。利用半经验老化模型结合2 C循环老化实验结果验证了电池可用容量预测结果,预测模型能够有效地预测电池可用容量衰减,预测误差在2%以内。

电力系统中储能的系统价值评估方法

储能是未来高比例可再生能源系统的关键支撑技术之一,科学的评价方法是衡量其价值的重要依据。首先,提出储能的系统价值评估方法,全面分析其在电力系统中的价值构成,包括直接价值和间接价值。并给出储能多重应用的协同效应矩阵,分析储能系统价值的特征,全面评估和衡量储能的多重应用价值。然后,建立储能同时应用在削峰填谷、平滑可再生能源和提高供电可靠性的多重价值评估模型,以设备使用率、静态投资回收期和盈利能力指数作为储能的系统价值评估指标。最后,以Garver 6节点测试系统作为算例,计算不同容量配置下储能的系统价值,验证系统价值评估方法的正确性和有效性。

基于多场景的商业园区源-储-荷系统运营模式及投资决策研究

含源-储-荷系统的智能化商业园区是我国能源互联网建设的重要方向之一。开展商业园区源-储-荷系统的运营模式及投资决策研究。从投资和运营2个角度分析不同利益主体的权责关系,提出源-储-荷系统的商业运营模式;在此基础上,基于分布式能源全寿命周期的经济性理论,分别建立源-荷、储-荷、源-储-荷3种应用场景下能源投资商和园区开发商的盈利模型;结合商业园区的电价政策,通过敏感性分析给出分布式光伏/储能投资商提升投资回报水平的建议。仿真结果表明,分布式光伏投资商在商业园区具有较高的投资回报率,而储能投资商盈亏平衡的实现有待于储能成本的下降,其降幅要求在源-储-荷应用场景下较为苛刻。

光伏系统低电压穿越电封闭式测试方法研究

光伏发电系统在接入电网前均需要进行低电压穿越的测试,目前的低电压穿越测试方案是使用基于阻抗分压的测试平台测试,测试设备成本高,在实验室中不易实现,给出了一种基于全功率变换器的电封闭式光伏低电压穿越测试平台方案。该测试平台采用三相半桥的拓扑结构,使用直流母线电封闭的结构减小了测试平台和光伏并网逆变器从电网汲取的电能,便于在实验室中使用。文中分析了电压跌落的几种典型形式,给出了测试平台的具体的实现方法,最后通过仿真分析,与基于阻抗形式的测试设备在相同工况下进行了对比分析,验证了所提的低电压穿越测试方式的有效性。

新能源电站的储能多频段阻尼控制方法

由诸多电力电子装备构成的新能源电站与电网间的相互作用不断增强,容易诱发电网产生多频段振荡现象。分析了新能源与电网间的多频段振荡问题,建立了含风电与光伏的新能源系统模型,通过特征值分析对不同频段的特征频率进行聚合划分,依次分为低频振荡、次同步振荡以及高频振荡;借助储能快速响应特性构建储能抑制电网多频段振荡系统,通过划分电网频率和电压振荡的频段,提升不同频段的阻尼作用,实现多频段振荡的有效抑制。通过仿真验证了所提控制策略的有效性。

局部放电对SiC MOSFET控制单元影响研究

近些年,碳化硅(SiC)半导体器件因其材料优势,可提高电力电子变换器的性能,引起了国内外学者的广泛关注。SiC功率器件的高压化推动了以电力电子变压器为代表的电力电子装备电压等级的提升,使得电力电子装备中的控制单元面临局部放电的威胁,亟需开展局部放电对控制器的影响分析。针对应用在高电压工况条件下,局部放电对其控制电路的影响,设计了相关试验,标定了在150 pC局部放电量条件下,数字信号处理器(DSP)芯片模块的输出波形受到较大影响,而电容、电阻等结构在该放电量下并未对输出波形产生明显影响,为以后相关设计提供了定量参考。

考虑能量成本和污染排放的综合能源系统优化配置

综合能源系统通过对电、热、气多能流间的互补协调,能够在满足用户用能需求的同时提高系统能源利用率。本文针对热电耦合的分布式综合能源系统的最优容量配置问题,提出一种考虑能量成本和污染排放的线性加权双目标优化模型,并分析各目标不同权重对容量配置的影响;并以某厂房办公楼为例,计算得到不同权重组合下的最优容量配比,对不同权重下最优容量配比组合进行了运行分析。结果表明,随着权重配比的改变,系统组件容量、单位能量成本和污染排放成本也在不断波动,能量成本所占权重的增加会导致系统目标函数值的增大,从而使系统的性能降低。系统容量优化配置的运行分析表明,选取合适的权重系数,系统用能单价和污染物排放可以得到有效降低,具有经济和环保效益。

基于决策树模型的多机孤岛被动式检测方法

发展有效的被动式孤岛检测方法,是多机孤岛课题的发展方向之一.用公共耦合点电压、频率、电压电流相位差和电流谐波失真等参数定义了4项指标,基于被动式孤岛检测方法提出了仅包含简单逻辑的决策树分类器模型,并在Matlab/Simulink环境中对两机并联的情形进行仿真.结果表明:因考虑更多系统参数,该方法克服了检测盲区,获得了比电压/频率继电保护更优的检测性能.

基于老化机理分析退役磷酸铁锂电池分选方法

随着电动汽车保有量的逐年上升,退役电池梯次利用已经成为能源合理利用的必然趋势,可是在经历电动汽车复杂和严苛的工况运行后,构成电池组的单体内部老化程度不尽相同,外特性上也呈现出电池单体特性不一致。如果要进行退役电池梯次利用,首先要解决退役电池的无损检测和分选问题。以退役磷酸铁锂电池为研究对象,通过对电池的容量、内阻以及电池的容量增量(increment capacity,IC)曲线进行测试和分析,对磷酸铁锂电池内部的老化机理进行判别,提出基于老化机理分析的退役磷酸铁锂电池分选方法,并对该方法进行实验验证。结果表明,利用该方法分选出的电池所构成的电池组在电池组容量利用率和温度一致性方面都具有较好的效果。

用于储能变流器的改进型VSG控制方法

文章提出一种改进型虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制方法应用于交流微网环境下的储能变流器。针对传统VSG存在的有功功率振荡问题,加入虚拟电抗模块,以实际同步机的典型直轴暂态电抗为目标值来调节VSG对外表现电抗,提高系统的阻尼系数,实现有功功率振荡的抑制。针对传统VSG存在的无功功率分配不合理问题,提出采用稳定的交流母线电压作为励磁控制的参考值,给出通过机端电压以及线路参数估算母线电压的方法,并分析选取合适的下垂系数,实现有功和无功功率解耦,且输出无功功率能够按各机容量比精确分配。最后使用M ATLAB/Simulink平台进行仿真,将该方法与传统VSG控制进行对比,验证所提控制策略的有效性与优越性。

基于小波能量熵的配电网电压暂降源定位方法

电压暂降影响敏感性用电设备可靠运行,在生产中造成巨大经济损失,是最严重的电能质量问题之一,暂降源的准确定位对维护电网安全具有重要意义。不同于以往利用小波能量熵进行故障检测,文中创造性地提出了一种基于小波能量熵的电压暂降源定位方法。利用小波能量熵既对突变信号敏感,又可表征信号复杂程度的特点,确定系统中小波能量熵取得最大值的节点即为离暂降源最近的节点,从而缩小故障区域实现定位。通过在Matlab/Simulink中搭建IEEE14节点模型与IEEE33节点模型,结果表明该方法可以有效实现由故障引起的暂降源定位。