含小水电集群的互补微网混合储能容量配置

针对功率型和能量型储能装置的特点,提出了一种由小水电群等多种分布式能源构成的微电网混合储能容量最优配置方法。基于风、光、水年出力特性曲线与全网年负荷曲线,以购置成本、运行与处理成本为目标,系统储能容量、微网瞬时功率、系统最小功率、蓄电池放电深度以及超级电容充放电电流与电压等条件为约束,采用自适应遗传算法对目标函数进行求解,得到混合储能系统中蓄电池和超级电容的最优容量。结果表明,较之传统的蓄电池储能系统,混合储能系统可以大大减小购置与运行成本。     

基于集合经验模态分解的微电网混合储能优化配置

为了平抑微电网联络线功率,该文采用磷酸铁锂电池与超级电容组合的方式进行微电网混合储能优化配置。首先,根据电网调度安排,将微电网净负荷分解为联络线功率与混合储能系统总功率。其次,通过集合经验模态分解将混合储能总功率分解为锂电池平抑的低频分量与超级电容平抑的高频分量,并建立混合储能的等年值成本、平抑联络线功率、能量供需平衡目标函数,采用自适应粒子群算法求解混合储能容量。根据储能的荷电状态,采用模糊控制算法对锂电池、超级电容的充放电功率进行二次修正,保证储能系统的长期运行。基于某并网型微电网进行算例分析,仿真验证该方法的经济性与有效性。     

基于混合储能的直流微电网孤岛运行控制策略研究

分布式能源越来越受到人们的重视,但由于分布式能源发电的不稳定性特点,也加大了大电网的波动风险。微电网能够弥补分布式电源的缺点,减轻大量入网对电力系统的影响。由于微电网运行中,负载不断变化导致母线电压波动,因此维持母线电压稳定,将有利于微电网平稳运行。为提高微电网的经济性与可靠性,采用锂蓄电池-超级电容混合储能系统,并针对混合储能系统的直流微电网孤岛运行策略进行研究。根据微电网储能系统、锂蓄电池储能和超级电容器储能等基本原理,针对孤岛运行模式下微电网母线电压波动及储能系统运行性能下降的问题,设计了一种基于混合储能的直流微电网孤岛运行状态下的控制策略。用电压电流双闭环的储能系统控制方式,以DC-DC变换器进行功率分配,锂蓄电池对低频部分功率进行补偿,高频部分功率由超级电容器补偿。同时该混合储能系统能有效减少锂蓄电池充放电变化,避免过充过放现象的发生。通过Matlab/Simulink软件搭建仿真平台进行仿真模拟,证实了所设计的控制策略在稳定母线电压,避免蓄电池频繁充放电及过充过放现象中具有良好的优化作用。     

混合储能提高风出力预测精度研究

风气象信息精细化程度不够造成风电场风出力预测精度低,给电网调度增加了难度,采用储能装置可提高预测精度,但是合理又经济地配置储能容量较困难。文章提出在风电场中配置蓄电池和超级电容器混合储能系统,提高风电场日前预报精度;通过高通滤波器得到误差变化较快的成分,由超级电容器来弥补;由蓄电池来弥补剩余变化较慢的误差成分。综合考虑这些误差变化特点及储能充放电功率发生概率特点,合理选取储能额定容量,并且分别搭建了超级电容器和蓄电池储能系统模糊控制规则库,根据各自荷电状态SOC优化分配混合储能充放电功率。最后对新疆某风电场并入混合储能进行了仿真分析,结果表明:采用模糊控制策略的混合储能系统能够更显著有效地提高风出力短期预测精度。     

A power allocation strategy of a hybrid energy storage system for a PV grid-connected system

针对光伏并网系统中光伏微电源出力的波动性和间歇性,将蓄电池和超级电容器构成的混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）应用到光伏并网系统中可以实现光伏功率平滑、能量平衡以及提高并网电能质量。在同时考虑蓄电池的功率上限和超级电容的荷电状态（SOC）的情况下,对混合储能系统提出了基于超级电容SOC的功率分配策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。超级电容和蓄电池以Bi-direction DC/DC变换器与500 V直流母线连接,其中超级电容通过双闭环控制策略对直流母线电压进行控制。仿真结果表明,所提功率分配策略能对混合储能系统功率合理分配,而且实现了单位功率因数并网,稳定了直流母线电压。     

考虑电动汽车充放电响应的微电网混合储能配置

由于微电网内部新能源出力以及负荷的波动性,导致微电网内部新能源的弃风弃光以及负荷高峰时段失负荷问题严重。提出了一种考虑电动汽车充放电响应的混合储能配置方法。充分利用电动汽车的灵活充放电特性,以分时电价为背景最大程度减少微电网内的失负荷惩罚成本,并促进弃风弃光功率的消纳;利用混合储能系统对电动汽车响应后微电网内的弃风弃光功率进行吸收并在负荷高峰时段放电,以减少失负荷功率,以净现值作为混合储能配置的目标函数。利用粒子群算法求解净现值最大情况下的混合储能配置方案。仿真结果表明,该配置方案具有更好的经济性。     

混合储能在微电网系统中的应用

介绍了混合储能的工作原理及作用,设计了相关充放电拓扑结构。针对微电网运行时惯性不足、容易产生电压频率波动及单一储能存在的严重缺陷等问题,提出了基于蓄电池与超级电容混合储能的分层平抑功率波动方案及相关控制策略。该策略采用自适应协调下垂控制方法,在优化储能容量配比的基础上进行功率波动抑制,有效发挥了两类储能的互补优势,同时满足了能量密度与功率密度的要求,保证了电能质量。利用PSCAD/EMTDC软件进行仿真,证实了控制策略的可行性。     

风光互补发电系统混合储能系统容量优化方法研究

风光互补发电系统受风光资源影响发电功率波动较大,配置适当的储能系统可提高新能源发电的消纳能力和电能质量。针对风光互补发电系统储能容量优化配置问题,将运行投入成本作为优化目标,提出以抽水蓄能为基础,蓄电池和超级电容参与的混合储能系统模型。该储能模型以跟踪负荷曲线作为平抑目标函数,利用集合经验模态分解和滑动平均法,对抽水蓄能机组、蓄电池和超级电容设备进行功率分配。建立了风光发电系统模型,利用带免疫的粒子群算法对储能配置容量进行寻优求解。计算结果表明,所提基于抽水蓄能的混合储能容量优化模型,对发电系统输出功率波动情况改善明显,电能消纳能力和运行经济性有所提高。     

一种混合储能微电网离并网控制技术研究

微电网并网功率或本地负载突变时系统稳定性变差,文章采用超级电容和蓄电池混合储能提高系统稳定性。直流侧采用低通滤波为超级电容和蓄电池充放电的控制策略来稳定直流母线电压;交流侧采用离并网控制策略以保证逆变器平滑无冲击的离并网,使逆变器在并网运行时能够按照电网指令产生相应的有功功率和无功功率,孤岛运行时则可以保证电压质量且满足本地负载的功率需求。通过搭建硬件平台对以上策略进行了测试和验证。实验结果表明,文章方法能够有效提高系统的稳定性。     

光伏发电系统中混合储能技术研究

光伏发电等分布式能源应用越来越广泛。但光伏发电自身存在随机性与间歇性,需要配置储能系统来维持稳定。如今适合于微电网的电池种类很多,但各自均存在一定的不足。提出一种良好的环境能量型铅酸蓄电池与循环寿命长的功率型超级电容组合而成的混合储能系统,并进行阐述和分析。     

计及混合储能荷电状态的光伏直流微网功率分配策略

针对光伏直流微电网中光伏出力和负荷投切产生的功率波动,将锂电池和超级电容器构成的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）运用在直流微网中可以平抑系统功率波动和稳定直流母线电压。在考虑超级电容荷电状态（SOC）的二次功率分配的基础上,提出一种基于光伏单元,混合储能系统和负荷三者协调运行的控制模式。根据光伏电池出力情况和负载消耗功率的关系以及各储能单元间SOC的不同,将光伏直流微电网分为4种运行模式,实时调节各储能单元的出力情况,使系统各微源间的功率达到动态平衡。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个含混合储能系统的光伏直流微网仿真模型,结果表明所提控制策略既能稳定运行在各种工作模式,又能保证直流微网系统稳定可靠运行的前提下优化各微源间的出力,验证了该控制策略的有效性和准确性。     

考虑超级电容荷电状态的光伏发电系统功率控制研究

针对光伏出力的波动性和间歇性,文章将蓄电池和超级电容器相结合的混合储能系统HESS(Hybrid Energy Storage System)应用到光伏并网系统,实现了光伏系统的功率平滑,平衡能量,提高并网电能质量。同时考虑到低通滤波法在进行功率分配时存在滤波时间常数难以计算的问题,就蓄电池与超级电容提出一种由超级电容荷电状态(SOC)来反馈二者功率分配的控制策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。仿真结果表明:与低通滤波法相比,文章所提功率分配控制策略延长了蓄电池的使用年限,防止了超级电容器的过充、过放,而且实现了单位功率因数并网。     

提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

基于Levy飞行改进鸟群算法的光伏直流微电网优化配置研究

构建冲击性负载特性下的光伏直流微电网模型,利用超级电容和蓄电池组成的混合储能系统快速的响应以及优越的调峰特性,对光伏直流微电网进行削峰填谷,并采用改进鸟群算法(IBSA)对该模型进行优化,解决经典启发式算法容易陷入局部最优的问题。所用模型参考Levy飞行策略,运用Mantegna算法表示随机Levy步长,并将惯性权重w引入觅食行为,采用不同类型测试函数对收敛性效果进行分析;通过桂林市某小区所测得的年负荷出力数据,结合储能系统相关参数作为优化配置输入参数进行模型求解。研究结果表明:对比鸟群算法、粒子群算法,以及遗传算法的计算效果,该算法具有更高的精度、效率和鲁棒性,对于求解光伏直流微电网容量规划问题具有良好的收敛性。     

基于变换器级联的直流微电网混合储能系统及控制

提出一种基于双有源全桥DC/DC变换器和Buck/Boost双向变换器级联结构的直流微电网混合储能系统及其控制策略。前级为双有源全桥DC/DC变换器,连接超级电容和直流母线,利用超级电容快速补偿直流微电网的高频功率波动;后级为Buck/Boost双向变换器,连接锂电池和超级电容,通过锂电池对超级电容进行能量补充,间接补偿直流微电网的低频功率波动。该混合储能系统结构不但能满足分频补偿直流微电网功率波动的要求,而且利用双有源全桥DC/DC变换器,实现与直流母线的电气隔离,同时有效降低储能设备额定电压;并且对Buck/Boost双向变换器下垂特性进行分区能有效减少锂电池动作次数延长其使用寿命。通过仿真验证,所提出的控制策略可依据直流母线电压信息,快速调节混合储能系统的输出功率,维持直流母线电压稳定,实现直流微电网的可靠运行。     

基于功率交互和充放速率优化的交直流混合微网控制策略研究

针对具有间歇性和波动性的风光分布式微源,为保证微电网电能质量具有较高的可靠性和稳定性,建立具有燃气轮机和混合储能系统的交直流微网结构并提出一种新型的功率分配策略,可增强微网孤岛运行的灵活性。该控制策略将系统总功率差额进行滤波后采用蓄电池承担负载瞬间波动功率的低频分量且对其功率吞吐速率进行优化控制,蓄电池并维持母线电压的稳定;超级电容提供其差值功率,同时系统能量平稳后由蓄电池承担超级电容产生能量的盈亏,时刻维持其电压初始状态,实现储能间的功率交互并且可有效降低对其配置设备容量的要求。分析混储系统无法长期运行时与燃气轮机的协调控制情况。最后,通过Matlab/Simulink混合储能交直流微网的算例仿真,验证所提能量管理方案的可行性和控制策略的有效性。     

与需求响应联合优化的联网型微电网储能容量随机规划

针对含分布式电源、需求响应资源的联网型微电网,提出一种与微电网内多类型需求响应资源联合优化运行的储能系统容量配置优化规划模型。模型以微电网用能成本与储能设备年投资成本之和最小为目标函数,考虑需求响应资源可柔性调节区间、储能设备的荷电状态、微电网与主网间变电容量等约束条件,并计及分布式电源出力的不确定性影响,建立储能容量随机优化规划模型,利用混合整数线性规划算法求解。对某实例微电网仿真分析优化配置储能容量对提高微电网运行和规划的经济性的影响,结果表明模型可实现微电网储能系统最佳容量配置决策,同时优化需求响应资源和储能系统的运行策略。     

基于稳态功率修正的混合储能新型控制策略研究

超级电容在响应系统功率波动时,荷电状态与额定值相比会产生一定偏移。针对该问题,文章在直流母线电压变化率进入稳定状态后,提出了在蓄电池电流内环增加与超级电容实际荷电状态有关的扰动项,改变蓄电池及超级电容的参考电流,实现稳态下蓄电池对超级电容的功率修正,最终使超级电容的荷电状态自动恢复至额定值。将所提的基于稳态功率修正的混合储能控制策略应用于直流微网并进行仿真,结果表明,该策略能够增强混合储能可靠性,减少超级电容配置容量,提高微网的稳定性和经济性。     

带混合储能的微网并网控制策略研究

新能源发电的不确定性严重影响了电力系统的稳定。采用蓄电池单一储能的方式很难具有高功率密度、高效率、无污染等优点。为了克服蓄电池储能的缺点,文章将蓄电池和超级电容组成混合储能单元,利用高通滤波器将微网系统功率波动分为高、低频两部分,高频部分由超级电容直接吸收或释放,而低频功率分量与蓄电池、超级电容的剩余容量一起作为模糊控制器的输入,通过模糊规则的建立,求解出超级电容对低频功率分量的分担系数,进而计算出蓄电池和超级电容对系统功率的分担量。搭建仿真与实验平台,结果表明该控制策略充分利用了超级电容的容量,且能使整个微网系统高效稳定地运行。     

基于VMD-STFT提升源-荷互动可靠性的混合储能优化配置

针对独立微电网内源-荷供需量不平衡问题,文章在孤岛状态下的微电网需求侧添加了功率型和能量型相结合的混合储能系统。对微电网内满足功率平衡约束的净负荷功率序列信号使用变分模态分解法(VMD)进行混合储能的优化配置,利用中心频率法结合皮尔逊相关系数(Pearson)确定最优的分解层数,对分解结果采用短时傅里叶变换(STFT)进行时频分析,得出各分量的模态混叠情况,再根据不同类型储能的充放电频率响应特性进行高、低频功率的重构和分配;对分配结果采用可靠容量计算方法配置储能系统的额定容量和功率,计算配置总成本,并以储能元件的荷电状态(State of Charge,SOC)为依据,衡量系统的供电可靠性。通过对比使用经验模态分解法(EMD)和传统一阶低通滤法的研究结果,VMD分解方法能够有效克服EMD的模态混叠现象,同时提高系统配置的经济性及供电可靠性。