储能协助风电机组参与电网调频控制策略研究

风机通过电力电子设备连接至电网,当转子动能与系统频率解耦,无法为电网频率变化提供惯性支撑,随着系统中风电比例的增加,系统频率稳定受到严峻挑战。文中提出一种变系数综合惯性控制方法,风机能够根据频率的扰动灵活调节输出功率;在此基础上,提出结合桨距角备用控制协同调频方法,通过对风速的分段处理,使风电机组参与电网调频具有针对性;为进一步优化风电机组调频性能,风电并网系统增加了储能装置,通过对风储系统惯性进行详细分析,提出了一种风储系统联合调频控制策略,采用模糊控制策略对中高风速区间风储出力分配制定相应的规则,实时调节储能出力系数。最后对风储调频策略进行仿真验证,结果表明,所提方法能有效改善风电机组调频效果,保证高比例风电并网的频率稳定。     

风储联合辅助电力系统一次调频策略∗

为解决大规模风电并网带来的频率不稳定问题,提出风储联合调频的控制策略.双馈风力发电机组的调频 能力受风速的影响较大,无法满足调频需求.利用储能响应速度快、可控性高等特点弥补风电机组自身调频的不足. 当系统出现频率波动时,通过优化虚拟惯性控制来调节风电机组的输出功率.在MATLAB/Simulink仿真平台上开展 的风电不调频、风电调频和风储联合调频下电力系统频率特性的对比分析表明,风储联合能显著提高电力系统频率的 稳定性.     

计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略

针对风电机组与储能系统频繁参与电力系统调频带来的机械疲劳及循环使用寿命的问题,提出一种计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略。首先,构建含风储调频死区的系统频率响应模型,明晰调频死区变化对电网频率的动态影响;其次,通过人工设置调频死区,确定风储系统调频动作时机及限制其调频深度,将受扰系统的频率响应阶段分为无响应区、风机响应区、风储过渡区和储能响应区,同时风机在考虑有效旋转动能的基础上参与调频,平抑电网频率波动;然后,通过设置风储过渡区可有效缓解风机退出调频带来的机械疲劳问题,储能装置在荷电状态约束的条件下参与调频,遏制电网频率突变;最后,利用大扰动激励法,在连续变动风速场景下验证了所提策略的有效性。     

基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频策略

在风电场中配置储能系统构成风储联合系统可有效提高对电网主动支撑能力，在满足电网一次调频需求的同时还可以提高风电利用率，增加风电场的经济效益。以双馈风机(double fed induction generator,DFIG)与超级电容储能为例，基于不同风速下DFIG参与调频能力，提出了一种风储联合系统参与电网一次调频的控制策略。考虑风速、频差变化率和频率偏差3个因素设计多变量模糊逻辑控制器，实现风储功率的合理调配，根据储能系统的荷电状态(state of charge,SOC)动态设置DFIG调频备用容量，提升不同风况下风储联合系统的一次调频能力。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台对所提策略有效性进行验证，结果表明，所提策略在提升风储联合系统一次调频能力的同时，实现了风储调频功率的合理分配，减少了弃风及风机出力振荡风险，改善了系统的频率稳定性。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。     

计及负荷频率特性的风水电系统频率特性分析

随着新能源占比的升高,在水电资源丰富的云南电网中,依赖传统机组一次调频已不能满足云南异步联网系统频率稳定性的要求。针对大型水电水锤效应引起的功率反调问题,提出了一种计及负荷频率特性的风储联合调频控制策略。首先建立了传统电源(水轮机)、双馈风机、储能系统、综合负荷的频域模型传递函数;然后采用直流潮流法简化电网,得到了负荷扰动下风储节点频率响应解析式。在电力系统仿真程序PSD-BPA中搭建含风储、水机、负荷的四机系统。通过对解析式的理论分析和四机系统的仿真验证,分析了静态负荷模型比例、频率特征参数以及储能占比等因素对系统频率的影响。结果表明,计及负荷频率特性的风储联合调频能有效减小系统频率偏差。     

风储联合调频下的电力系统频率特性分析

风电高渗透率下,电力系统对风电场频率调节能力提出了技术要求.考虑风机惯性控制和变桨距控制的频率响应能力,提出将储能与风电自身调频手段相结合,参与系统频率调节.利用储能的柔性控制作用,弥补风电机组自身惯性控制时间短和变桨控制响应慢的不足,提高了电力系统频率稳定性.在风电场和储能系统频率特性模型的基础上,建立了风储联合调频下电力系统的频率特性模型,对比分析了风电调频、储能调频和风储联合调频下的电力系统频率特性,以及储能的容量配置需求.算例分析表明,风储联合调频需求的功率和容量仅为储能单独调频的67％和11.1％,降低了储能配置成本,提高了储能参与风电调频的经济可行性.     

并网型风储联合发电站有功出力控制与仿真

在风电场配置电池储能是一种提升风电电能质量与促进风电消纳的有效手段。本文建立了并网型风储联合发电站工程化电磁仿真模型;提出了风储联合发电站在平滑风电功率波动与跟踪调度计划出力2个运行目标下的有功出力控制策略;分别通过模拟实际风速波动与给定调度计划指令,对风储联合发电站在2个运行目标下的有功出力进行了分钟级仿真验证。结果表明:通过搭建风储联合发电站工程化电磁仿真模型,可以根据自然资源条件,在工程规划与设计阶段快速评估风储容量配置及其运行效果,指导大型风储联合发电工程建设。     

基于系统惯量需求的风储协同快速频率响应技术EI北大核心CSCD

利用频率安全预警预估系统惯量需求,并通过风储协同虚拟惯量支撑完成频率快速响应是保障新型电力稳定运行的关键。该文首先分析频率安全约束下的系统惯量需求。其次,分析风、储虚拟惯量响应特性,建立含虚拟惯量风储系统的频率响应模型,并量化系统频率变化特性及惯性响应时间。在此基础上,为完成频率预警,通过风、储运行约束离线评估风、储惯量的储备能力,并根据系统惯量需求,预估扰动参考功率,提出风储协同快速频率响应技术,完成风、储虚拟惯量分配。最后,搭建风电高渗透区域电网仿真系统,验证在所提控制策略下常规发电机组及风储可协同形成多源频率快速响应,灵活满足系统频率安全的设定要求。     

基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统调频优化策略

与传统火电系统参与调频相比,利用风火储联合系统进行调频在风电消纳率、节能减排等方面有天然的优势。然而,风电的不确定性波动对风火储联合系统参与调频的策略制定提出了挑战。因此,文章提出了一种基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统参与频率调节的优化策略。根据风火储联合系统参与一次调频的工作原理,搭建了含RMPC的风火储联合系统调频框架;分别建立风、火、储的响应模型,计及各元件运行限制与系统一次调频功率平衡等多重约束,构建以风电机组出力不确定性最大的情况下使系统调频成本最低的双层鲁棒优化模型;采用强对偶理论实现min-max双层鲁棒优化模型的单层化,同时采用前向差分法对风电出力和负荷波动的不确定性约束进行线性化改进,实现模型求解的加速;在MATLAB/Simulink中对所提的优化策略进行算例求解分析,证明了所提方法的调频效果具有显著提升。     

基于多智能体系统的分布式风储协同频率控制策略

随着风电渗透率逐渐提高,缺少传统调频资源的电网将面临频率安全稳定问题。因此提出一种基于多智能体系统的分布式风储协同频率控制策略。首先,各智能体利用平均一致性算法实现全局信息精确分享。然后,根据获得的全局信息,利用分布式经济性算法确定各台风电机组的最优减载率。当电网发生频率扰动时,各智能体通过分布式方法整定控制参数,控制相应风储设备协助同步发电机组参与惯量响应和一次调频。最后,通过仿真验证了所提控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略能够保证电网频率满足动态响应指标。     

风储联合系统调频控制策略研究

风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高,其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时,储能技术在近年来得到大力发展,其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题,提出了应用储能补偿系统惯量,利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K,使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频,再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略,得出风储联合系统参与电网调频的优越性。     

计及风储拓扑结构的调频和平波抑动研究

针对风储系统中储能调频和平波抑动性能受风储拓扑结构影响的问题,首先,分析了3种典型风储拓扑结构及其控制特点,明确安装位置对储能应用的影响;其次,为提高风储系统应用性能,构建了风机直流侧电容参与调频和平波抑动的能力模型,并在此基础上,提出了调频和平波抑动场景下的风储协调控制策略和评估指标,定量评估其影响作用;最后,在MATLAB/Simulink平台中进行了含风储系统的电网频率特性及输出功率波动仿真。结果表明:储能系统安装在风机直流侧更有利于提升储能调频和平波抑动性能。     

考虑风储协调运行的频率控制策略研究

随着电网中风电渗透率逐渐升高,研究风电机组的频率控制特性对于提高系统安全稳定运行水平意义重大。与常规同步发电机基于惯性响应、一次及二次调频向系统提供频率支撑不同,双馈风力发电机一般采用电力电子变换器并网,导致其对于系统频率波动几乎没有响应。为此,已有文献提出了不同的风力发电机频率控制策略以提高频率响应。然而,现有控制策略在面对风速较低的运行场景中控制效果极其有限,导致实用性不强。针对上述问题,提出了一种考虑风储协调运行的频率控制策略,以提高双馈风力发电机的调频能力。该控制策略能灵活协调风力发电机和储能设备的有功输出,使得风储联合系统在低、中、高风速不同工况中表现出良好的虚拟惯量控制能力。     

计及冷负荷效应时变特性的含风储联合系统负荷恢复策略

随着风电大规模接入电力系统,风电与储能结合构成的风储联合系统成为提高风电消纳能力的重要措施之一。在电力系统恢复阶段,如何构建合理的风储联合系统调度策略以加快系统恢复速度成为当前的研究热点。为此,提出了一种计及冷负荷效应时变特性的含风储联合系统负荷恢复策略。介绍了输电系统恢复后期的负荷恢复优化方案;提出了考虑冷负荷效应时变特性和风储联合系统运行约束的输电系统负荷恢复模型,将冷负荷效应描述为关于停电时间的函数,并在风储联合系统的运行约束中考虑了储能系统的寿命约束。为了提高模型的求解效率,提出了基于Benders分解的求解框架,所构建的主问题模型和子问题模型均为混合整数线性规划模型,可调用商业求解器进行高效求解。以IEEE 39节点系统为算例验证了所提模型和方法的有效性。     

集群风储联合系统广域协调控制及利益分配策略

针对多个风储联合系统的协调问题,提出了多风储联合系统集群广域协调控制框架,构建了考虑风电时空相关性的风储系统多模式优化调度模型,进一步基于合作博弈理论提出了集群收益分配策略。采用实际风电数据对所提模型和策略进行了仿真验证。仿真结果表明:广域协调控制可最大化集群收益,提高风电整体可控性和储能运行效率;基于合作博弈理论的集群收益分配策略,可实现集群控制中自身利益与整体利益相协调,激励风储系统积极参与集群控制。     

辅助风电响应电网一次调频的储能VSG自适应控制策略

针对储能常采用配合频率偏差、经典下垂控制策略下的通用模型并没有类似同步发电机的虚拟"惯性"和"阻尼"特征,不能够充分发挥储能的优势问题,提出了一种辅助风电响应电网一次调频的储能虚拟同步发电机(VSG)虚拟参数自适应控制策略。在风电中通过附加储能一次调频单元来提供惯性和阻尼支持,使得风-储发电系统具备同步发电机的惯性和阻尼特征。结合同步机暂态过程中不同阶段的系统频率特性来配置虚拟惯量和阻尼系数,通过在不同控制方案下的典型区域电网阶跃扰动进行了仿真对比,证明了所提控制策略的有效性。     

基于误差分配原则的发电侧共享储能容量规划研究

针对风电集群联合共享储能系统的协调控制和收益分配问题,提出基于预测误差分配原则的运行控制策略.首先,设计共享储能商业运行模式,建立储能变寿命与充放电模型.考虑政策补贴和季节性温度对储能定价和容量配置影响,建立多风场时空相关特性的风群联合大容量共享储能参与能量/调频市场的容量规划模型.通过所提策略计算风储联合系统的最优储...     

计及储能寿命与调频性能的风储联合投标模型及算法

风电与储能联合投标可有效应对风电的随机性,提高风电与储能的综合效益。文章针对电力市场环境下风储联合投标的模型与算法问题开展研究。首先,详细考虑储能电池循环寿命、风储联合调频性能、风储联合运行条件及电力市场方面的约束,建立风储联合参与电能量市场和调频市场的投标模型。然后,将所提模型转化为马尔科夫决策过程,并提出一种改进动态规划算法进行求解。该算法利用情景记忆避免对各个子问题的重复计算,可显著提高计算效率,并有效处理风储联合投标过程中出现的随机性、非线性、离散性问题和逻辑变量。最后,通过算例说明了所提方法的有效性。