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考虑储能不同SOC下新能源场站风储协同的TOPSIS频率优化控制策略

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华北电力大学学报(自然科学版) 2025年

作者：孟建辉王晨雨张扬帆刘京波李琰新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 国网冀北电力有限公司电力科学研究院

新能源场站调频能力有限，储能具有快速响应、灵活控制的特性，故配备储能对系统一次调频具有重要支撑作用。但现有研究未充分考虑基于储能荷电状态（state of charge， SOC）基础上的多风储协同优化问题。针对该问题，提出了一种基于... 详细信息

新能源场站调频能力有限，储能具有快速响应、灵活控制的特性，故配备储能对系统一次调频具有重要支撑作用。但现有研究未充分考虑基于储能荷电状态（state of charge， SOC）基础上的多风储协同优化问题。针对该问题，提出了一种基于改进逼近于理想值排序（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，TOPSIS）算法的风储协同频率优化控制策略。首先，构建了风储系统的频率响应模型，理论上揭示了储能接入对场站系统频率稳定性的影响。其次，引入了改进TOPSIS算法，在改进TOPSIS算法基础上考虑多储能不同荷电状态变化情况，提出了新能源场站风储协同优化控制策略，场站内风储机组频率支撑能力得到优化的同时，最大程度上增加了储能电池的循环寿命。最后，搭建了基于实时仿真器和实际控制器的控制器级硬件在环测试平台，仿真器模拟实际电路控制器实现协同控制策略，通过典型工况场景对所提控制策略的有效性和优越性进行了测试和验证。所提控制策略有效支撑了系统频率的同时避免了储能系统频繁充放电，减少了储能的损耗。

关键词：风储联合系统储能荷电状态改进TOPSIS算法一次调频协同控制策略

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基于风电波动平抑的储能配置影响因素

高电压技术 2018年第10期44卷 3407-3416页

作者：孙玉树张国伟唐西胜苗福丰王平中国科学院电工研究所北京100190 国网河南省电力公司经济技术研究院郑州450052 江苏省电化学储能技术重点实验室泰州225500

为了更精确地分析风电波动平抑过程中储能容量配置的影响因素,在相同并网波动率要求下,采用模型预测控制（MPC）算法作为控制策略。首先,分析了不同波动率限制和波动平抑顺序的影响,从而选取合理的波动率及平抑顺序;再者,分析了不同的... 详细信息

为了更精确地分析风电波动平抑过程中储能容量配置的影响因素,在相同并网波动率要求下,采用模型预测控制（MPC）算法作为控制策略。首先,分析了不同波动率限制和波动平抑顺序的影响,从而选取合理的波动率及平抑顺序;再者,分析了不同的风电采样时间尺度和储能荷电状态（SOC）的影响,从而获取可信的储能容量;最后,分析了不同幅频特性风电的影响,从而确立配置较大储能的风电类型。仿真结果表明：不同的波动率及其平抑顺序需配置不同的储能;储能配置一般与风电最大波动率和储能最大能量变化有关,且还需考虑储能的初始SOC和SOC运行范围;波动率较大且频率较低的风电一般需要配置较大的储能。

关键词：风电波动平抑储能配置影响因素波动率约束时间尺度储能荷电状态风电幅频特性

基于集成三端口的混合微网场景自适应功率协同控制策略

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南方电网技术 2023年第11期17卷 41-50页

作者：李占凯邴绍洋张福民檀世豪何国杰曹智勇河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300401 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300401

混合微网由交流子网、直流子网和储能子网组成,集成三端口拓扑结构应用到混合微网中作为连接交直流子网和储能子网的桥梁。提出了一种基于集成三端口的混合微网功率协同控制策略。针对混合微网存在的功率耦合导致运行控制复杂问题,结合... 详细信息

混合微网由交流子网、直流子网和储能子网组成,集成三端口拓扑结构应用到混合微网中作为连接交直流子网和储能子网的桥梁。提出了一种基于集成三端口的混合微网功率协同控制策略。针对混合微网存在的功率耦合导致运行控制复杂问题,结合该微网结构设计了一种功率协同控制策略以确保微网的可靠运行,该策略包含子网内源荷平衡控制、网间功率互济控制及考虑储能荷电状态的储能单元功率分担控制3种底层控制策略。此外设计了基于归一化交流频率与直流电压的分段控制策略,实现上述3种策略间的组合与切换,以适应不同微网运行场景的变换。该功率协同控制策略无需通信链路,提高了混合微网整体运行可靠性。最后通过MATLAB/Simulink对所提出的控制策略进行了仿真验证,证明了该场景自适应功率协同控制策略的有效性。

关键词：混合微电网储能荷电状态场景自适应功率协同控制

弱惯量电力系统中储能电池参与电网调频关键技术研究

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弱惯量电力系统中储能电池参与电网调频关键技术研究

作者：李旭东山西大学

学位级别：硕士

目前,新能源大规模并网已经成为解决全球资源紧张与气候变化等问题的关键途径之一。然而这类新能源并没有传统机组所具备的惯量与阻尼特性,其出力具有弱惯性、随机性和不确定性,削弱了电力系统频率运行的稳定性,提升了频率调整的难度。... 详细信息

目前,新能源大规模并网已经成为解决全球资源紧张与气候变化等问题的关键途径之一。然而这类新能源并没有传统机组所具备的惯量与阻尼特性,其出力具有弱惯性、随机性和不确定性,削弱了电力系统频率运行的稳定性,提升了频率调整的难度。传统的调频电源已经无法满足日益增长的调频需求,亟需引入更加优质的调频资源。电化学储能技术近年来发展迅速,其材料和制作成本大幅度下降,电池储能技术在电网调频领域的应用越来越广泛。电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)具有响应快、容量大、双向调节等优点,在电网调频领域有着非常好的前景。恰当的控制策略可以使储能参与调频的效果更优,同时更好的保持储能荷电状态(State of Charge,SOC)。故研究储能辅助电力系统调频的控制策略具有一定理论意义与实际应用价值,本文的研究内容包括以下几个方面:首先,对电网一次调频、二次调频进行了理论分析,建立了电力系统各部分数学模型和储能系统的等效模型;结合储能系统参与调频的原理,搭建了综合考虑系统调频需求和储能自恢复的储能参与电力系统一次调频和二次调频的动态响应模型,为后续研究奠定了实验基础。然后,针对一次调频,本文在综合考虑系统调频需求和储能SOC的基础上提出了一次调频控制策略;在此基础上,以储能参与电网调频的死区为界,把储能参与一次调频的策略分为两个阶段:一是储能调频阶段,二是储能自恢复阶段。在调频死区外为储能调频阶段,通过构建一个以S函数为基础的下垂控制因子和分区协助调频控制因子来对BESS充放电出力进行控制;在调频死区内为储能自恢复阶段,此阶段在确保系统频率不跌出死区前提下,构建储能恢复需求系数和储能恢复限制系数,二者共同决定储能自恢复充放电出力的实际大小。由仿真结果分析可知,本文策略在储能SOC较高或者较低情况下有着更好的调频效果,并且能更好的促进储能SOC向理想状态恢复。最后,针对二次调频,本文提出了基于模型预测控制的储能参与电网二次调频的控制策略。选取区域控制偏差信号(Area Control Error,ACE)作为控制信号,将ACE信号和储能SOC划分成不同的区间,且在次紧急调频区通过经验模态分解法对ACE信号进行高低分频,在综合考虑调频需求和SOC自恢复的前提下,得到BESS需承担的调频任务,通过模型预测控制确定未来一段时间BESS的最优控制变量序列,来确定储能出力深度和动作时机。最后对仿真结果对比分析可知,本文方法调频效果更好,且本文方法能够充分利用传统机组的调频能力,发挥BESS响应迅速的优点,保持储能SOC良好的同时提高了系统运行经济性。

关键词：一次调频二次调频储能荷电状态电池储能系统

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面向配电网组网形态的电能交换器研究

面向配电网组网形态的电能交换器研究

作者：白松河北工业大学

学位级别：硕士

为应对不断加剧的能源短缺和污染问题,各国加快了对分布式清洁能源的研究。作为能源互联的主要平台,电网逐渐成为能源互联网研究的重点。分布式能源的接入给传统电网的控制和运行带来了挑战,由电力电子变压器发展而来的电能交换器,融合... 详细信息

为应对不断加剧的能源短缺和污染问题,各国加快了对分布式清洁能源的研究。作为能源互联的主要平台,电网逐渐成为能源互联网研究的重点。分布式能源的接入给传统电网的控制和运行带来了挑战,由电力电子变压器发展而来的电能交换器,融合了电力电子技术和信息技术,能够控制电能流动方向、调节电能质量,在保证分布式能源接入的同时维持了电网的稳定运行。参照信息互联网中局域网通过交换器进行组网的基本模式,将配电网比拟为电网中的局域网,以电能交换器作为组网装备组建能源互联网配电侧局域网。本文以应用于配电网组网的电能交换器为研究对象,对其基本结构和接口控制策略展开研究,以保证配电网持续稳定运行。在能源互联网和电能交换器的研究基础上,对作为配电网组网形态中的配电装备的电能交换器主电路拓扑结构进行了讨论,推导了电能交换器各级电路的数学模型。针对由电力电子器件构成的主电路直流和交流接口轻惯量问题,分别引入虚拟直流电机技术(Virtual DC Machine,VDCM)和虚拟同步机技术(Virtual Synchronous Generator,VSG)。研究了VDCM和VSG的拓扑结构、数学模型,并进行小信号分析以指导虚拟惯量J、虚拟阻尼D数值的选取,以增强电能交换器应用所提控制策略稳定配电网母线电压和频率的能力。因VDCM与VSG的惯量由通过直流接口接入配电网的电能交换器储能模块提供,其荷电状态(State of Charge,SOC)表征了储能提供惯量支撑的能力。为维持SOC在合理的区间,创新性地提出了改进VDCM与VSG控制策略,分别对其功率指令函数进行优化以调节给定功率指令值。通过对其功率影响因子进行设计,协调VDCM恢复SOC至指令值和应对直流母线电压波动的能力,调节功率持续波动场景下VSG维持SOC和应对频率波动的能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建了含分布式能源的能源互联网配电侧组网系统仿真模型,对提出的电能交换器接口控制策略进行验证。稳态试验和暂态试验的仿真结果表明了具有惯量支撑的改进VDCM具有维持母线电压持续稳定的能力;应用功率预测值对影响因子进行设计后的仿真结果表明了具有惯量支撑的改进VSG能够响应配电网能源子网持续频率波动,保证惯量不足风险下系统的持续稳定运行。

关键词：电能交换器虚拟直流电机虚拟同步机电力电子变压器储能荷电状态

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含储能的多电源微电网在线动态黑启动策略

供用电 2023年第8期40卷 13-20页

作者：刘佳豪张利赵波李相俊北京信息科技大学自动化学院北京100192 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

随着微电网中分布式电源(distributed generation,DG)种类和数量的增加,微电网黑启动策略也愈加复杂。综合考虑储能荷电状态(state of charge,SOC)及DG出力不确定性的影响,提出一种基于DG黑启动能力在线评估的微电网动态黑启动策略。首... 详细信息

随着微电网中分布式电源(distributed generation,DG)种类和数量的增加,微电网黑启动策略也愈加复杂。综合考虑储能荷电状态(state of charge,SOC)及DG出力不确定性的影响,提出一种基于DG黑启动能力在线评估的微电网动态黑启动策略。首先,从DG自身启动特性和周围环境特性2个层面出发建立指标体系,用于评价电源黑启动能力;其次,采用主客观综合评价法在线计算DG黑启动能力评估值,确定对应时段各DG的启动顺序;然后,以恢复路径最短和重要负荷恢复最多为目标建立线路恢复数学模型,并引入DG有功出力预测值进行计算,更新该时段恢复路径及恢复策略;最后,在改进的IEEE 33微电网系统中验证了策略的有效性。

关键词：微电网储能荷电状态黑启动策略在线评估主客观综合评价法

基于模糊分区的储能参与电网调频控制策略研究

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沈阳工程学院学报（自然科学版） 2022年第3期18卷 36-42页

作者：刘思奇叶鹏李浩洋关多娇沈阳工程学院电力学院辽宁沈阳110136 沈阳工程学院能源与动力学院辽宁沈阳110136

储能参与电网调频具有响应速度快、功率跟踪精确等优点。通过对电网的区域控制偏差(ACE)和电池的储能荷电状态(SOC)进行动态分区,并与4种不同紧急程度的调频状态相结合,提出一种含动态分区的储能参与电网调频的协调控制策略。根据区域... 详细信息

储能参与电网调频具有响应速度快、功率跟踪精确等优点。通过对电网的区域控制偏差(ACE)和电池的储能荷电状态(SOC)进行动态分区,并与4种不同紧急程度的调频状态相结合,提出一种含动态分区的储能参与电网调频的协调控制策略。根据区域互联系统在MATLAB/Simulink中搭建储能参与电网调频的模型,基于常规控制和上述分区协调控制两种策略分析频率波形得出,储能参与调频可有效缩短调节时间,减小频率波动。通过模糊控制对分区协调控制策略进行优化,使整个环节的调频能力更优。

关键词：储能分区协调控制储能荷电状态区域控制偏差模糊控制

风光火储多源系统参与调峰的分层优化调度研究

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水力发电 2024年

作者：袁浩锋柯杨向昆范李平马辉王灿席磊三峡大学电气与新能源学院(智慧能源技术湖北省工程研究中心) 国网宜昌供电公司

针对大规模风电、光伏等可再生能源并网造成火电机组调峰困难以及弃风弃光严重的问题，提出利用风光火储多源联合系统参与调峰的分层优化调度策略。首先考虑储能荷电状态与负荷区间，划分调峰工作区域；其次提出在上层模型中引入调峰功... 详细信息

针对大规模风电、光伏等可再生能源并网造成火电机组调峰困难以及弃风弃光严重的问题，提出利用风光火储多源联合系统参与调峰的分层优化调度策略。首先考虑储能荷电状态与负荷区间，划分调峰工作区域；其次提出在上层模型中引入调峰功率控制策略，在不同负荷区间与不同储能荷电状态组合时构建6种模式下储能参与调峰的充放电功率控制数学模型，协调储能以不同的充放电功率进行出力；然后构建以系统净负荷方差最小为上层目标，并在上层模型中加入调峰功率控制策略以控制储能的出力，系统运行成本最小为下层目标，优化火电机组出力的分层优化调度模型；最后通过IEEE-30节点对比分析所提模型和策略的有效性。仿真结果表明，相比于单层优化模型，采用调峰功率控制策略的分层模型可有效减少弃风弃光量，提高系统的稳定性。

关键词：风光火储系统储能荷电状态调峰功率控制可再生能源消纳优化调度分层优化

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考虑分时电价的风电场侧储能控制策略研究

考虑分时电价的风电场侧储能控制策略研究