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电工技术学报 2019年第18期34卷 3897-3908页

作者：李欣然崔曦文黄际元黎淑娟孟娅湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司长沙410015

考虑电网频率特性,提出一种基于虚拟惯性和虚拟下垂动态结合的电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制策略。通过分析储能电源虚拟惯性和虚拟下垂两种控制策略对频率特性的影响,提出一种可随频率偏差值和频率偏差变化率变化而自动... 详细信息

考虑电网频率特性,提出一种基于虚拟惯性和虚拟下垂动态结合的电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制策略。通过分析储能电源虚拟惯性和虚拟下垂两种控制策略对频率特性的影响,提出一种可随频率偏差值和频率偏差变化率变化而自动调整两种调频模式参与调频的分配比例系数的模型,此模型可实现这两种控制策略的优势互补,同时可实现两种调频模式的平滑切换,可有效地避免控制模式直接切换时引起的二次扰动。基于此模型提出电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制策略,结合调频评估指标,确定储能电源的动作深度,进而得出储能电源的功率和容量配置需求。最后,分别以阶跃扰动工况和连续扰动工况进行验证,并与虚拟下垂和虚拟惯性直接切换的一次调频控制策略进行对比分析,结果表明所提控制策略能以较小的储能电源的容量配置来满足调频评估指标要求并达到较好的调频效果,同时可减小传统机组的备用容量。

关键词：电池储能电源调频分配比例系数容量配置

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电池储能电源辅助电网一次调频的控制模型与策略研究

电池储能电源辅助电网一次调频的控制模型与策略研究

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作者：崔曦文湖南大学

学位级别：硕士

风、光等新能源发电发展迅速,其输出功率的特征是波动性与不确定性,因此,其规模化并网定会加大电网的调频压力。电网的调频需求日益增高,电池储能电源具有动作迅速和调节方式灵活的优势,可协助传统调频机组参与电网调频,以此来解决日益... 详细信息

风、光等新能源发电发展迅速,其输出功率的特征是波动性与不确定性,因此,其规模化并网定会加大电网的调频压力。电网的调频需求日益增高,电池储能电源具有动作迅速和调节方式灵活的优势,可协助传统调频机组参与电网调频,以此来解决日益提高的电网调频需求的问题。合理的控制模型与策略不仅可使储能电源实现更好的调频效果,还可有效减小储能电源的容量配置,又可提升经济效益。本文在深入分析传统机组参与电网一次调频的响应特性的基础上,研究储能电源在虚拟惯性控制模式和虚拟下垂控制模式两种基本控制模式下的响应机理。基于这两种控制模式的调频特性,兼顾电网频率特性,提出一种这两种控制模式动态结合的储能电源参与电网一次调频的自适应控制模型及其模型参数的计算模型;考虑两种控制模式的调频特性,兼顾储能电源的自身特性,提出一种可随荷电状态变化而自动调节的储能电源参与电网一次调频的自适应控制模型及其模型参数的计算模型;基于这两种储能电源的自适应控制模型,提出一种考虑电网扰动类型的储能电源参与电网一次调频的综合自适应控制策略。首先分析电池储能电源的虚拟惯性控制与虚拟下垂控制的响应机理及调频特性,指出虚拟惯性控制模式在惯性响应阶段内促进电网频率的恢复,且虚拟惯性系数越大,电网频率恢复的效果越好;虚拟惯性控制模式在一次调频阶段内阻碍电网频率的恢复,且虚拟惯性控制系数越大,阻碍作用越明显。同时指出虚拟下垂控制模式在一次调频过程中恒促进电网频率的恢复,且虚拟下垂控制系数越大,电网频率恢复的效果越好。其次考虑电网频率特性,提出一种基于虚拟下垂调频模式和虚拟惯性调频模式动态结合的电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制模型。通过分析这两种控制模式对频率特性的影响,提出一种可随频率偏差值和频率偏差变化率变化而自动调整两种调频模式参与一次调频的分配比例系数的模型,此模型可实现这两种控制模式的优势互补,同时可实现两种调频模式的平滑切换,可有效避免这两种控制模式直接切换时而引起的二次扰动。再次考虑电池储能电源的荷电状态,兼顾两种基本控制模式的调频特性,提出一种可随荷电状态变化而自动调节的储能电源参与电网一次调频的自适应控制模型;通过分析储能电源的自身特性,提出一种可根据电池储能电源的类型与技术特性不同来调整自适应控制模型参数的计算模型。此模型即可充分发挥储能电源的充电/放电的能力,又可优化储能电源的荷电状态,还可保证调频效果。最后对比分析考虑电网频率特性的自适应控制模型与考虑荷电状态的自适应控制模型对不同扰动类型的调频效果的特征,考虑不同扰动类型下电网的频率特性,提出一种考虑电网扰动类型的储能电源参与一次调频的综合自适应策略。此综合自适应策略可自动识别电网的扰动类型,即可实现最优的调频效果,又可优化储能电源的荷电状态。

关键词：自适应控制模型电力系统一次调频调频特性荷电状态电池储能电源

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储能电池参与电网二次调频的容量配置与控制策略研究

储能电池参与电网二次调频的容量配置与控制策略研究

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作者：汤杰湖南大学

学位级别：硕士

随着化石能源危机及环境保护问题的日益突出,具有随机性、间歇性和难以预测性的风电等新能源在电力工业中得到快速发展,同时也给电网调频带来日益严峻的挑战。常规机组调频容量有限、响应慢、存在死区振荡且可能反向调频,难以满足日益... 详细信息

随着化石能源危机及环境保护问题的日益突出,具有随机性、间歇性和难以预测性的风电等新能源在电力工业中得到快速发展,同时也给电网调频带来日益严峻的挑战。常规机组调频容量有限、响应慢、存在死区振荡且可能反向调频,难以满足日益增长的调频需求,限制了电网消纳新能源的能力。储能电源时间尺度灵活,能动态吸收、释放能量,且其响应快速、控制精度高,在参与电网调频方面具有优势,利用储能电池参与电网二次调频已经成为非常重要的调频手段。而确定合适的储能参与二次调频的收益模式、合理的储能配置以及科学的储能调频控制策略不仅直接影响到储能调频的技术经济性,还会影响到其在调频市场的推广和应用。本文研究储能电池参与新能源大规模并网系统二次调频的容量配置和协调控制问题。首先定性分析了储能参与调频的静态效益、动态效益以及环境效益;然后分析了目前广泛采取的两种储能调频效益回报模型,在此基础上,构建了综合考虑实时电量效益、备用功率效益和环境效益并能单独计算储能调频效益的储能二次调频全寿命周期成本-效益模型。所得模型能较好地诠释储能在二次调频中获得的收益,能够为储能容量配置及优化控制提供一定的理论支撑。其次,基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)原理,设计了一种考虑常规机组爬坡率限制的初始功率指令分配方法;并以形成的储能二次调频成本-效益模型为基础,建立以净效益最大为目标,以储能容量及功率为决策变量,综合考虑储能实时出力、调频需求约束和储能荷电状态(State of Charge,SOC)约束的储能电池优化配置模型;利用遗传算法辅助求解该优化模型的过程即为相应的容量配置方法流程。仿真表明,设计的初始功率指令分配方法,有利于更好地发挥机组与储能各自的优势;提出的容量配置优化模型考虑了调频需求对储能出力的约束作用,便于协调配置方案的经济性和技术要求,增强了规划的灵活性。最后,将储能电池看作独立的调频资源,提出了一种基于优先顺序法的储能与常规机组协调参与二次调频的控制策略。考虑常规机组出力与爬坡率约束、储能电池SOC与使用寿命约束的限制,确定储能电池与常规机组功率响应能力、响应时间以及剩余寿命的二次调频性能参量;基于二次调频性能参量,建立二次调频性能指标,形成常规机组与电池储能电源初始变出力序列表;并设计一种基于常规机组出力稳定要求的初始变出力序列表修正方法,设计了功率分配原则以及防止储能SOC越限的储能闭锁情形,由此形成最终的基于优先顺序法的储能二次调频控制策略实现流程。仿真实验结果表明:所提出的控制策略具有可行性和一定的优越性;与石景山策略相比,在保证调频效果的基础上,所提控制策略减少了常规机组和储能电池改变出力的次数;保障机组稳定运行的同时可延长储能电池使用寿命。

关键词：电力系统二次调频电池储能电源成本-效益容量配置优先顺序法控制策略

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