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风光储联合发电系统调频控制策略研究

华东电力 2013年第1期41卷 144-147页

作者：李鹏黄越辉许晓艳刘德伟马烁中国电力科学研究院北京100192

针对风光储联合发电系统的运行特点,基于分段调频控制的理念,提出了一种风光储联合发电系统参与电力系统二次调频的控制策略。该控制策略根据区域控制偏差ACE就调频控制的紧急程度进行划分,在不同控制区域使用不同的有功控制方式,实现... 详细信息

针对风光储联合发电系统的运行特点,基于分段调频控制的理念,提出了一种风光储联合发电系统参与电力系统二次调频的控制策略。该控制策略根据区域控制偏差ACE就调频控制的紧急程度进行划分,在不同控制区域使用不同的有功控制方式,实现对联合发电系统出力的精细化控制,最大程度利用风电及光伏发电,保障储能电池SOC运行在合理范围。仿真分析验证了所提调频控制策略的可行性、有效性及经济性。

关键词：风光储联合发电系统调频控制策略充放电控制有功功率

微网系统Kuramoto建模与调频控制策略研究

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微网系统Kuramoto建模与调频控制策略研究

作者：白云鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微网技术的发展使微网系统容纳的分布式能源种类和数目增多,网络规模日益扩大,其动力学行为也越来越复杂,这增加了对分布式单元同步运行的控制难度。保证各分布式单元的频率同步是微网系统稳定性研究的一项重要内容。单靠对下垂系数有... 详细信息

微网技术的发展使微网系统容纳的分布式能源种类和数目增多,网络规模日益扩大,其动力学行为也越来越复杂,这增加了对分布式单元同步运行的控制难度。保证各分布式单元的频率同步是微网系统稳定性研究的一项重要内容。单靠对下垂系数有严格要求且为线性有差控制的下垂控制策略来进行微网系统调频控制已不足以满足实际需求。因此,寻求一种可以突显微网的非线性网络性质、便于表达局部单元动态与全局网络平衡关系的建模方法,并在此基础上探索一种更接近实际的线性无差分布式调频控制方法具有重要的理论意义和应用价值。本文从相位耦合振子网络的新视角刻画微网系统中分布式单元动力学行为与整个系统同步稳定运行的关系,在其基础上对微网系统调频控制进行研究,建立了能表征微网系统非线性网络性质的模型,并采用李雅普诺夫直接法设计了非线性无差调频控制方法,以提升微网系统调频能力,增强系统频率稳定性。首先,本文在研究传统电力系统相位耦合振子模型的基础上,将微网系统与Kuramoto模型之间的内在联系进行分析。通过研究微网系统中各分布式单元的惯性特点和表现形式对其进行归类分析,使之与Kuramoto模型的一阶和二阶形式相对应。以此为基础,分别研究各类分布式单元的电力结构和相位振子方程,建立起与之对应的Kuramoto模型,凸显出各单元振子模型的动力学特性。然后,对电力网络中节点类型进行了分析,利用图论的方法研究微网系统网络的Kron化简,建立起微网系统Kron化简步骤。利用IEEE5节点实例模拟了Kron化简过程。研究了微网电力网络模型结构化简前后的动态特性和等价性,为确定微网系统Kuramoto模型的有效振子数目和网络节点参数提供了解决办法。最后,研究了网络振子同步与微网频率同步的内在联系。利用网络振子的能量函数构造出了李雅普诺夫函数。在此基础上,采用李雅普诺夫直接法提出了基于平衡点配置的调频控制策略,突破了传统下垂控制中功频关系必须为线性、有差的局限,完成了对微网系统调频控制策略的设计。本文对Kuramoto模型中表征微网特征的参量进行了仿真,结果表明,本课题所建立的微网系统Kuramoto模型可以正确地描述实际微网系统。利用IEEE5节点实例对网络结构化简进行了仿真,结果表明化简前后网络结构是等价的,其动态特性没有被改变。对构造出的李雅普诺夫函数的证明结果说明了用振子能量函数构造李雅普诺夫函数的合理性。在此基础上,对振子模型和微网模型进行了仿真,结果表明本课题设计的控制策略能够对频率变化快速响应,具有较好的调频效果。

关键词：微网系统 Kuramoto模型 Kron化简调频控制策略李雅普诺夫函数

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高渗透率风电并网后的调频控制策略研究

电工技术 2019年第13期 26-29,33页

作者：范林源王德林李颖颖刘柳陈斌西南交通大学电气工程学院

大规模风电注入电网后,部分地区电网末端的风电渗透率超过20%,导致电网中传统的同步发电机维持同步运行的调频压力极大,因此对高渗透率下风电机组参与电网调频时的系统频率等特性进行分析就显得极为重要。对双馈感应风力发电机(DFIG)的... 详细信息

大规模风电注入电网后,部分地区电网末端的风电渗透率超过20%,导致电网中传统的同步发电机维持同步运行的调频压力极大,因此对高渗透率下风电机组参与电网调频时的系统频率等特性进行分析就显得极为重要。对双馈感应风力发电机(DFIG)的虚拟惯量控制及变桨距运行方式进行了研究,提出了风电机组参与电网一、二次调频的控制策略并基于改进后的3机9节点系统搭建了相应的频率响应控制模块,在风电渗透率为40%时分别对不同调频情况下系统频率的变化进行了探究,提出了“调频渗透率”和“调频深度”的概念,在同一模型中不改变电网参数的情况下对比分析了不同调频渗透率或调频深度下系统的频率调整特性。最后验证了调频渗透率及调频深度对于系统频率调整及稳定运行的重要作用,并得出了“高渗透率下留有裕量”的一、二次联合调频策略。

关键词：双馈感应风力发电机渗透率风电并网二次调频调频控制策略

光储一体机参与系统调压调频的综合控制策略研究

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光储一体机参与系统调压调频的综合控制策略研究

作者：郑遵国华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,为了实现“碳达峰”和“碳中和”目标,我国大力发展新能源发电。然而,随着新能源发电装机容量在整个电力系统中所占的比例不断升高,其随机性和弱调频性也给传统的电力系统带来了巨大的挑战。针对这个问题,本文提出了一种光储一... 详细信息

近年来,为了实现“碳达峰”和“碳中和”目标,我国大力发展新能源发电。然而,随着新能源发电装机容量在整个电力系统中所占的比例不断升高,其随机性和弱调频性也给传统的电力系统带来了巨大的挑战。针对这个问题,本文提出了一种光储一体机参与电网调频调压的控制方法。光储一体机是一种将光伏发电和储能系统相结合的新型能源装备。由于储能系统具有响应快、控制精确和双向出力等特点,因此采用本文策略的光储一体机可以快速跟踪功率指令,改善发电站频率和电压调节效果。首先,本文对光储一体机各个单元的基本原理进行了分析,其中包括光伏发电的基本原理、储能技术的基本原理和双向半桥DC-DC变换器的基本原理。解释了光伏发电最大功率点跟踪的概念,并根据不同类型储能的原理和特点,将储能分类为容量性储能和功率型储能,提出了混合储能的概念。阐述了超级电容器和锂电池的工作原理,建立了二者的电路模型和数学模型,并建立了双向半桥DC-DC变换器电路模型。其次,本文确定了光储一体机的拓扑结构,设计了不同单元对应的控制方法,包括光伏电池单元的控制方法、混合储能单元的控制方法和并网逆变器单元的控制方法。在光伏电池单元的控制中设置了两种方法.:基于变步长扰动观察的最大功率点跟踪法和恒压控制法;在混合储能单元的控制中设置了两种方法:恒压控制法和参考功率控制法;将并网逆变器控制设置为基于dq分解的PQ法。基于传统聚类方法与光储一体机运行特点的综合考虑,提出了光储一体机基于改进聚类算法的工作模式选择方法。提出了基于功率电压电流三环控制的低电压穿越策略和基于3L-DEBS的光储一体机参与电网一次调频策略。最后,基于所提出的控制策略搭建了光储一体机并网的电路模型,仿真测试了不同工况下光储一体机的输出电压和输出功率,验证了本文所提出的光储一体机控制策略的有效性。仿真结果表明光储一体机具有良好的电能质量控制能力,能够抑制电力系统的电压波动和频率波动。在系统因负荷变动造成频率变化时,光储一体机可以快速实现一次调频,在系统发生三相短路时光储一体机可以快速提供无功支撑。

关键词：新能源发电光储一体机储能技术调压控制策略调频控制策略

考虑频率模态特性的虚拟同步机惯量与阻尼分析和控制设计

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电力自动化设备 2023年第9期43卷 18-26页

作者：陶俊高晖胜辛焕海王子骏杨永恒吴英姿浙江大学工程师学院浙江杭州310027 浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北武汉430070

随着新能源渗透率的不断提高,系统调频资源不足且分布不均特性明显,节点频率响应之间差异大.设备的调频控制设计不仅需要考虑系统频率响应中的全局分量,也需要考虑非全局分量.为此,提出兼顾频率多模态分量的虚拟同步机惯量与阻尼设计方... 详细信息

随着新能源渗透率的不断提高,系统调频资源不足且分布不均特性明显,节点频率响应之间差异大.设备的调频控制设计不仅需要考虑系统频率响应中的全局分量,也需要考虑非全局分量.为此,提出兼顾频率多模态分量的虚拟同步机惯量与阻尼设计方法.首先,分析了虚拟惯量与阻尼控制对不同频率模态分量的影响;其次,利用调频统一结构模型,揭示了高阶调频动态对不同频率分量可表现不同惯量与阻尼的特性,进而基于此特性提出多模态惯量和阻尼控制设计方法;最后,仿真验证了提出的多模态调频控制策略的有效性,可同时改善多频率分量响应特性.

关键词：频率响应差异多模态特性统一结构模型模态惯量和阻尼调频控制策略

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考虑平台运动的浮式海上风机频率响应控制

中国电机工程学报 2024年

作者：梅铭洋寇鹏张智豪田润泽张远航梁得亮电工材料电气绝缘全国重点实验室陕西省智能电网重点实验室(西安交通大学电气工程学院)

受水动力扰动和气动负阻尼两方面影响，浮式海上风机的频率支撑能力随浮式平台运动变化。此外，在调频过程中，浮式平台可能出现大幅纵摇运动，危及浮式风机的安全运行。针对上述两个问题，本文提出了一种考虑平台运动的频率响应控制策... 详细信息

受水动力扰动和气动负阻尼两方面影响，浮式海上风机的频率支撑能力随浮式平台运动变化。此外，在调频过程中，浮式平台可能出现大幅纵摇运动，危及浮式风机的安全运行。针对上述两个问题，本文提出了一种考虑平台运动的频率响应控制策略。该策略以自适应下垂控制为基础，根据浮式平台运动自适应确定下垂系数，从而补偿浮式平台纵摇、纵荡运动对于风轮气动性能的影响。特别地，针对来流风速高于额定风速的工况，设计了针对频率响应的独立变桨控制，显著抑制了浮式平台在调频过程中的大幅纵摇运动。在NREL 5MW和IEA 15MW半潜浮式风机上的仿真结果表明，本文策略不仅实现了浮式风机频率支撑能力的尽限利用，还将频率响应期间浮式平台的纵摇运动减少20%以上。

关键词：浮式风机调频控制策略水动力扰动气动负阻尼自适应控制独立变桨控制

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性能不一致的储能电池出力的自适应控制策略

储能科学与技术 2019年第6期8卷 1253-1259页

作者：靳瑞久张向锋王致杰上海电机学院电气学院

为改善性能不一的储能电池对电网的调频效果,解决电池在调频过程中过充过放的问题,提出一种基于双层模糊器的自适应控制策略。使性能不一致的储能电池出力在满足电网调频要求的情况下,也更好地维持电池荷电状态(SOC),避免过充过放进而... 详细信息

为改善性能不一的储能电池对电网的调频效果,解决电池在调频过程中过充过放的问题,提出一种基于双层模糊器的自适应控制策略。使性能不一致的储能电池出力在满足电网调频要求的情况下,也更好地维持电池荷电状态(SOC),避免过充过放进而延长循环寿命,提高储能电池经济性,通过将仿真算例结果和传统方法对比,验证了所提控制策略的优越性,尤其对于性能较差的储能电池SOC状态维持效果优于传统方法。

关键词：储能电池调频控制策略性能不一致荷电状态双层模糊控制

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风电机组参与电网二次调频的控制方法研究

风电机组参与电网二次调频的控制方法研究

作者：范林源西南交通大学

学位级别：硕士

风能作为清洁、丰富、经济的新能源,越发受到广泛利用。然而大规模风电注入电网后,部分地区20%以上的风电渗透率聚集电网末端,导致电网中传统的同步发电机难以维持同步运行同时也遭受着巨大的调频压力。目前国内外对风电一次调频已展开... 详细信息

风能作为清洁、丰富、经济的新能源,越发受到广泛利用。然而大规模风电注入电网后,部分地区20%以上的风电渗透率聚集电网末端,导致电网中传统的同步发电机难以维持同步运行同时也遭受着巨大的调频压力。目前国内外对风电一次调频已展开了相关研究,但对风电二次调频研究甚少,二次调频能够改善系统频率至额定值,对于电网无差调频意义重大。因此,对高渗透率风电机组参与电网调频时的一、二次调频特性进行分析并采用相应调频控制策略就显得极为必要。本文对双馈感应风力发电机(DFIG)的超速减载法、虚拟惯量控制及变桨距运行方式进行了研究,改进了风电机组参与电网一、二次调频的方法并构建了相应的频率响应控制模块,在低风速段运用超速与综合虚拟惯量法进行一次调频来增强系统频率的稳定性,在高风速段利用变桨法和改进的PI控制进行二次调频使电网频率恢复至额定值。本文设定了风机运行的3种运行状态并且提出了“调频渗透率”和“调频深度”的概念,在恒定渗透率模型中不改变电网参数的情况下对比分析了不同调频渗透率或调频深度下系统的频率调整特性并基于调频参数提出了“最大一次调频渗透率”、“一、二次调频共同作用”和“增加调频深度”的3种控制方式,充分发挥DFIG的调频能力。在DFIG风机的频率调整特性和3种控制方式的基础之上,本文利用低风速段“优化调差系数”的一次调频策略来改善DFIG备用功率利用不充分的问题,在高风速段提出了“高渗透率下留有裕量”和“利用容风积分配调频任务”的二次调频策略来增强风电场机组调度和任务分配的经济性与合理性。本文基于MATLAB/Simulink平台对改进的3机9节点模型进行仿真分析,在风电渗透率恒为40%的大规模风电场中验证了综合调频控制策略,该策略能够在全风速段调配风电机组,保证电力系统经济稳定运行,具有科学性和有效性。

关键词：双馈感应风电机组风电并网渗透率二次调频调频控制策略

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储能参与含风电的电力系统调峰调频研究

储能参与含风电的电力系统调峰调频研究

作者：李艳生新疆大学

学位级别：硕士

随着化石燃料的日渐枯竭,人们开始大力开发利用可再生能源,近几年来风电发展异常迅速,但是由于风能自身具有波动性、随机性和不确定性,当大规模风电接入电力系统时,会造成电力系统调峰调频困难,影响电力系统的安全稳定运行,导致弃风严重... 详细信息

随着化石燃料的日渐枯竭,人们开始大力开发利用可再生能源,近几年来风电发展异常迅速,但是由于风能自身具有波动性、随机性和不确定性,当大规模风电接入电力系统时,会造成电力系统调峰调频困难,影响电力系统的安全稳定运行,导致弃风严重,这也是制约风电快速发展的重要因素。因此增强电力系统调峰调频能力、促进风电消纳显得尤为重要。储能系统拥有动态响应能力强、可靠性高以及灵活的充放电能力,在提高系统调峰能力以及改善电能质量方面广泛受到学者关注。因此研究储能系统参与含大规模风电的电力系统调峰调频,对于提高系统调峰能力,提高风电消纳以及改善电能质量意义重大。本文对储能系统参与含大规模风电的电力系统调峰调频进行了研究,主要完成以下工作:首先,简要概述本文研究的背景和意义,具体介绍相关国内外研究现状,主要是对风力发电发展现状、储能发展现状、储能调峰的控制策略研究现状、储能参与电网调频的控制策略研究现状进行了分析,最后总结本文所做的工作。其次,根据风电历史数据分析风电特性,并引入风电功率波动性评价指标以及大规模风电并网前后系统峰谷差的评价指标。用核密度估计的方法得出电网峰谷差的概率密度函数曲线和累积概率分布函数曲线,详细分析大规模风电并网对系统峰谷差的影响。然后,分析了常规机组的调峰机制,根据NON-AGC机组与AGC机组的协调为基础,提出了AGC机组、NON-AGC机组与储能系统间的协调控制策略。引入了改进调度时间级,实现储能与常规机组时间协调配合;以AGC机组与NON-AGC机组的协调机制为基础,建立了AGC机组向NON-AGC机组与储能系统的转移功率模型。并通过算例仿真,对所提出的策略所达到的效果进行验证。最后,以储能系统传统的控制方法—虚拟惯性控制和虚拟下垂控制为基础,分析了常规机组死区以及储能参与电网调频的死区设置,提出一种综合虚拟惯性控制和虚拟下垂控制两种控制模式优势的储能系统参与电网调频的控制策略。建立两种控制模式的分配比例系数模型,并进行算例验证。算例结果表明,本文提出的控制策略有助于减小同步发电机组的备用容量和电网的最大频率偏差,同时也有效减小了储能的功率配置,提高了其容量利用效率,平滑储能系统的出力,可有效提高储能系统的使用寿命。

关键词：大规模风电并网储能系统调峰控制策略调频控制策略