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电池储能系统并网控制策略及频率调节研究综述

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四川电力技术 2024年第4期 71-77页

作者：文曹肖军涂平稳徐韵扬国网四川省电力公司特高压直流中心国网四川省电力公司自贡供电公司国网四川省电力公司电力科学研究院

随着可再生能源在新型电力系统中的比例不断上升，可再生能源的随机性与波动性以及因电力电子器件的大规模接入所造成的电力系统阻尼与惯性缺失，都严重影响着电力系统的安全稳定。传统的调频机组因其启动时间长、频率响应慢等缺点，已... 详细信息

随着可再生能源在新型电力系统中的比例不断上升，可再生能源的随机性与波动性以及因电力电子器件的大规模接入所造成的电力系统阻尼与惯性缺失，都严重影响着电力系统的安全稳定。传统的调频机组因其启动时间长、频率响应慢等缺点，已无法满足新型电力系统对频率调节的需求。因此，具有频率支撑能力且响应速率快的电池储能系统受到了广泛关注。为了对电池储能系统参与调频辅助服务进行深入研究，首先，分析了现有电池储能系统的并网控制策略和所受限制；然后，浅析了电池储能系统辅助电力系统实现一次频率调节与二次频率调节的研究现状及改进方向。

关键词：储能系统 V/F控制策略 PQ控制策略频率调节

基于采用模糊逻辑分层控制的交流微电网的频率调节（英文）

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Journal of Donghua University(English Edition) 2024年

作者：吴雪杨单英浩沈波东华大学信息科学与技术学院东华大学数字化纺织服装技术教育部工程研究中心

交流(alternating current,AC)微电网是一种集成可再生能源、电力变换器、控制器和负载的系统。分层控制可以管理微电网的频率,防止系统失衡和崩溃。现有的频率控制方法使用传统的比例积分(proportion integration,PI)控制器,无法实时调... 详细信息

交流(alternating current,AC)微电网是一种集成可再生能源、电力变换器、控制器和负载的系统。分层控制可以管理微电网的频率,防止系统失衡和崩溃。现有的频率控制方法使用传统的比例积分(proportion integration,PI)控制器,无法实时调整PI参数以应对系统的状态变化。由模糊逻辑驱动的分层控制可以实时调整PI参数,该方法采用两层控制结构。一层控制采用下垂控制调整功率分配,模糊逻辑用于一层控制的电压环路。二层控制用于弥补下垂控制造成的频率偏差,在二层控制中使用模糊逻辑,以处理负载扰动引起的频率动态变化。在Matlab/Simulink中对所提出的方法进行仿真,在一层控制中,所提出的方法将输出电压两个周期的总谐波失真率(total harmonic distortion,THD)从4.19%降低到3.89%;在二层控制中,当负载增加和减少时,所提出的方法分别将系统的频率波动降低约0.03 Hz和0.04 Hz。结果表明,所提出的方法对AC微电网的频率维持和电压控制有较好的效果。

关键词：模糊逻辑分层控制频率调节下垂控制交流(AC)微电网

集成VSG频率调节与经济调度的微网分布式优化

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电工电气 2024年第4期 34-42,64页

作者：杨鼎余飏孙佳航李亮楷中节能(五峰)风力发电有限公司湖北宜昌443000 中国三峡建工(集团)有限公司四川成都610000 三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002

在通信受限的情况下如何对低惯量孤岛运行的微网同时进行频率调节和综合经济调度,是目前需要解决的难点。建立了含多类型电源虚拟同步机(VSG)的微网调度控制模型,提出了一种集成频率调节与综合经济调度的分布式优化算法,来同时实现微网... 详细信息

在通信受限的情况下如何对低惯量孤岛运行的微网同时进行频率调节和综合经济调度,是目前需要解决的难点。建立了含多类型电源虚拟同步机(VSG)的微网调度控制模型,提出了一种集成频率调节与综合经济调度的分布式优化算法,来同时实现微网中的频率调节和经济调度。在综合考虑各类电源VSG成本和收益以及微网整体惯量和备用容量需求的基础上,提出了一个分布式经济调度问题,该问题最小化了各类型VSG参与频率调节所产生的综合成本并提高了微网在扰动下频率的稳定运行能力;在考虑微网逆变器的动态特性的基础上重构优化问题,利用事件触发通信在线感知和补偿供需失衡,解决了最优调度问题。仿真结果表明,所提方法能够避免跨时间尺度的层间协调,提高系统的惯量、调频能力以及经济性,并增强对短期通信故障的鲁棒性。

关键词：虚拟同步机频率调节经济调度分布式优化算法孤岛微网

参与微电网频率调节的光伏发电系统模糊自适应功率控制

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电机与控制学报 2023年第9期27卷 126-138页

作者：李忠文吴龙程志平贾东强孙浩锋郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 国网河南省电力公司许昌供电公司河南许昌461000

针对光伏在微电网中渗透率不断提高导致系统惯量和频率响应能力不足的问题,提出一种模糊自适应功率控制策略。首先,每相邻两组光伏阵列分别通过前级Buck-Boost型DC/DC变换器并联后再通过DC/AC逆变器接入微电网,其中一组光伏阵列运行在... 详细信息

针对光伏在微电网中渗透率不断提高导致系统惯量和频率响应能力不足的问题,提出一种模糊自适应功率控制策略。首先,每相邻两组光伏阵列分别通过前级Buck-Boost型DC/DC变换器并联后再通过DC/AC逆变器接入微电网,其中一组光伏阵列运行在最大功率点追踪模式,并为另一台运行在模糊自适应功率追踪模式的DC/DC变换器提供最大功率参考;其次,考虑到光伏发电运行中负荷变动、辐照度波动等多种因素导致的系统频率波动,设计了模糊自适应控制器,以相邻光伏阵列提供的最大功率参考和当前系统频率为输入,决策输出功率储备因子,并结合最大功率参考生成光伏输出功率指令,实现光伏发电输出功率的自适应调节。最后,光伏阵列运行在模糊自适应功率追踪模式具有上下灵活调节的功率储备,通过自适应增加或减少功率储备实现微电网频率的双向调节。该控制策略减少了最大功率点估计器使用、无需详细的光伏模型且易于实现,基于IEEE 13节点测试系统的仿真结果验证了所提控制策略能够有效抑制微电网频率的波动。

关键词：微电网光伏发电最大功率点追踪模糊控制自适应频率调节

光储系统参与微电网频率调节的模糊自适应滑模控制

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高电压技术 2022年第6期48卷 2065-2076页

作者：李忠文吴龙程志平孙浩锋贾东强刘建设郑州大学电气工程学院郑州450001 国网河南省电力公司许昌供电公司许昌461000

随着微电网中光伏(photovoltaic, PV)渗透率的不断提高,系统调频能力不足问题愈发严重,传统仅依赖储能的调频方案具有较高的投资维护成本。为了提高微电网系统频率稳定性并降低对储能的依赖,亟需研究光伏发电系统与储能系统的联合调频... 详细信息

随着微电网中光伏(photovoltaic, PV)渗透率的不断提高,系统调频能力不足问题愈发严重,传统仅依赖储能的调频方案具有较高的投资维护成本。为了提高微电网系统频率稳定性并降低对储能的依赖,亟需研究光伏发电系统与储能系统的联合调频策略。因此,提出了光伏系统模糊自适应滑模控制策略及储能系统模糊自适应控制策略,从而实现光储系统协同参与微电网的频率调节。针对光伏模糊自适应滑模控制策略,首先根据光伏功率-电压特性曲线设计滑模面函数,然后设计自适应滑模面补偿量,从而为微电网系统频率的上下调节提供自适应功率储备。针对储能系统模糊自适应控制策略,首先设计了功率控制环和电流控制环,然后设计了自适应充放电功率控制策略,从而根据系统频率偏差自适应协同参与微电网频率的调节。设计的控制策略具有不需要最大功率估计器、辐照度传感器、通信设备及详细的光伏模型等优点。基于IEEE 13节点微电网仿真结果表明,高光伏渗透下,所提控制策略在负荷或辐照度波动时,引起的最大频率偏差比传统下垂控制低2.84%~23.24%,比无储能控制低6.14%~11.99%,比最大功率点控制策略低21.42%~58.14%。研究结果可为高新能源渗透率新型电力系统频率调节提供参考。

关键词：微电网光储系统滑模控制自适应模糊控制频率调节

基于频率调节的电动汽车无线充电互操作性提升方法研究

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电工技术学报 2023年第5期38卷 1237-1247页

作者：陈志鑫张献沙琳杨庆新孙于刘立东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300131 天津市电气装备智能控制重点实验室(天津工业大学) 天津300387 中国电工技术学会北京100055 横店集团东磁股份有限公司金华322118

随着电动汽车无线充电技术的普及,如何实现不同厂家、不同型号的地面端与车辆端设备之间的互联互通,已成为制约无线充电技术推广和规模化的关键性问题。该文首先通过定义归一化角频率和电路类品质因数Q、Qf表征系统频率与系统固有参数特... 详细信息

随着电动汽车无线充电技术的普及,如何实现不同厂家、不同型号的地面端与车辆端设备之间的互联互通,已成为制约无线充电技术推广和规模化的关键性问题。该文首先通过定义归一化角频率和电路类品质因数Q、Qf表征系统频率与系统固有参数特性,提出一种电动汽车无线充电系统模型的简化方法,并对系统频率特性进行分析研究;然后提出基于频率调节提升电动汽车无线充电系统互操作性的方法;最后搭建大功率电动汽车无线充电互操作性实验平台,通过仿真与实验验证了通过频率调节提升互操作性的正确性。该文对电动汽车无线充电技术的推广与产业化发展提供了理论支撑与技术参考。

关键词：无线充电互联互通互操作性频率调节归一化角频率

参与电网频率调节的并网换流器直流侧电压控制方法

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电力系统及其自动化学报 2022年第6期34卷 18-24页

作者：袁敞左羚吴鸣新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 国网上海能源互联网研究院有限公司上海201213

随着大量新能源、并网换流器接入电网,低惯量的问题随之出现。针对这一问题,本文提出利用并网换流器提供虚拟惯量的控制方法,以及使用存储在并网换流器直流侧电容中的能量来模拟同步发电机转子的动能。首先,将电网频率-直流侧电压(ω-U_... 详细信息

随着大量新能源、并网换流器接入电网,低惯量的问题随之出现。针对这一问题,本文提出利用并网换流器提供虚拟惯量的控制方法,以及使用存储在并网换流器直流侧电容中的能量来模拟同步发电机转子的动能。首先,将电网频率-直流侧电压(ω-U_(dc))补偿环节嵌入并网换流器直流侧电压控制系统中,在系统遭受扰动发生频率变化时,通过检测电网频率波动及时调整并网换流器直流侧电压,从而实现类似同步发电机的频率调节能力。然后,在所提控制方法下,分析不同控制参数对虚拟惯量控制的影响,使加入的虚拟惯量控制并网换流器可以表现出与同步发电机相同的频率调节效果。最后,搭建基于PSCAD/EMTDC平台的仿真模型,验证了所提控制方法的正确性和有效性。

关键词：虚拟惯量控制并网换流器直流侧电压同步发电机频率调节

基于永磁直驱风力发电机的频率调节和电压穿越

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基于永磁直驱风力发电机的频率调节和电压穿越

作者：张威山西大学

学位级别：硕士

我国电力工业正处于高质量转型发展阶段,以高比例新能源与高度电力电子化为特点的新型电力系统正在飞速发展,给系统稳定带来了严峻的挑战。为提高直驱风电系统的频率调节能力与电压穿越性能,本文做了以下研究工作:(1)建立了永磁直驱式... 详细信息

我国电力工业正处于高质量转型发展阶段,以高比例新能源与高度电力电子化为特点的新型电力系统正在飞速发展,给系统稳定带来了严峻的挑战。为提高直驱风电系统的频率调节能力与电压穿越性能,本文做了以下研究工作:(1)建立了永磁直驱式风电系统和超级电容储能的数学模型,阐述了机侧与网侧变流器的工作原理和传统控制策略,同时介绍了基于虚拟同步发电机控制的永磁直驱式风电机组频率调节和电压穿越的基本原理,为后文的改进研究奠定了基础。(2)针对风、光新能源存在惯性不足、波动大的问题,本文提出了一种基于永磁直驱式风电机组的自适应虚拟同步发电机控制策略。在网侧变流器中引入该控制策略,结合风电系统的功频特性,通过自适应控制调整转动惯量J和阻尼系数D以平抑系统频率的波动;若机侧变流器采用最大功率跟踪控制策略,直流侧母线电压将会出现幅值越限的现象,为解决此问题,本文在直流侧引入超级电容储能单元,使直流侧母线电压更快的恢复到稳定状态。通过MATLAB/Simulink仿真验证了自适应虚拟同步发电机控制策略的优越性。(3)针对传统直驱风电机组穿越能力弱的问题,本文首先对传统虚拟同步发电机控制策略进行了改进,通过将频率的下垂环节改为功率补偿环节来加快风电系统直流侧母线电压的稳定。当电压出现严重跌落时,采用转子超速与超级电容的联合控制策略,一方面解决单独使用转子超速控制时电压穿越能力弱的问题,另一方面用转子超速控制可限制输入功率,以此来减少超级电容的储能容量,降低了建设成本。最后,将改进虚拟同步发电机控制策略与传统控制策略作对比,单一控制策略与联合控制策略作比较,在MATLAB/Simulink仿真中验证了所提控制策略的有效性和可行性。

关键词：永磁直驱式风电机组虚拟同步发电机控制频率调节电压穿越超级电容储能

电池储能参与电力系统频率调节的分布式控制策略研究

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电池储能参与电力系统频率调节的分布式控制策略研究

作者：俞冰清兰州交通大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标及我国电力体制改革的不断深入,新型电力系统的本征特性不断凸显。首先是其对能源资源的时空均衡配置,空间维度更宽,时间尺度更小;其次大量新能源不断接入电网,新能源发电自身固有的波动性、不确定性以及电力系统的低... 详细信息

随着“双碳”目标及我国电力体制改革的不断深入,新型电力系统的本征特性不断凸显。首先是其对能源资源的时空均衡配置,空间维度更宽,时间尺度更小;其次大量新能源不断接入电网,新能源发电自身固有的波动性、不确定性以及电力系统的低惯性使得电力系统的运行特性更加复杂多变,传统调频机组已难以满足新能源渗透率日益增长下的调频需求,当含大规模新能源的电网发生冲击性负荷扰动时,会严重影响系统的频率稳定性。近年来,电池储能(Battery Energy Storage System,BESS)凭借其迅速、精准出力和爬坡率高的特性,已成为在新能源高渗透率形势下提高区域电网调频性能的重要调频资源。随着国家对储能的不断重视以及相应的政策引导,通过在电网中配置储能势必将成为新型电力系统的重要调频手段。基于此背景,为更好地促进储能在电力系统调频领域的运用,研究如何更充分地利用既有电池储能资源参与电力系统的调频控制策略具有极其重要的意义。在上述背景下,本文以含电池储能的单区域电网及区域互联电网作为研究对象,针对电池储能参与单区域电网及区域互联电网调频的控制策略进行研究,主要内容如下:(1)论文首先对电力系统的负荷频率控制(Load Frequency Control,LFC)机理进行分析,在此基础上建立电网调频动态元件模型,包括火电机组调速器模型、汽轮机模型、发电机-负荷模型、联络线模型;其次分析储能参与电力系统调频的运行机理,并建立能够反映电池储能调频特性的储能模型;最终在考虑实际电网不可忽视的非线性因素的基础上,建立含电池储能的电力系统负荷频率控制模型,为研究电池储能参与单区域电网及多区域互联电网调频的控制策略奠定基础。(2)针对调频控制策略中协调分配调频功率指令的问题,提出一种电池储能参与区域电网二次调频的双层分布式协调控制策略。其中,在上层基于区域控制偏差(Area Control Error,ACE)信号,综合考量储能荷电状态(State of Charge,SOC)管理和不同调频电源的技术特性,完成调频信号在储能和传统机组间的协调分配;在下层考虑储能系统的运行经济性优化需求,建立储能调频运行成本模型,基于分布式一致性算法对各分布式储能(Distributed Battery Energy Storage System,DBESS)进行协调控制,从而实现对各自出力的精细化管理,并完成对调频需求信号的响应。仿真结果表明,所提出的控制策略,能够充分发挥不同调频电源的技术特性,在提升区域电网调频效果的同时,避免储能系统电量的过度损耗,实现了储能系统的连续运行。(3)针对区域互联电力系统,提出电池储能参与的区域互联电力系统分布式负荷频率控制策略。该策略首先在明确区域互联电网拓扑结构的基础上,将系统按区域划分为若干子系统,设计含电池储能的区域互联电力系统的分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control,DMPC)结构;其次基于第二章所建立的含电池储能的电力系统负荷频率控制模型,完成电池储能参与的区域互联电力系统状态空间模型的构建;之后基于分布式模型预测控制原理,以各区域的输出预测误差与控制增量所构成的综合指标作为优化目标设计DMPC控制器,并利用分布式交替方向乘子算法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)进行求解。最终通过仿真结果的对比分析验证了文章中设计方案的有效性和可行性。

关键词：电池储能频率调节分布式控制