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电池储能系统在电网调频中的运行控制

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过新型控制方法协调储能电池与传统电源,不仅能充分利用各自的技术优势,还能有效减少电网频率及联络线功率波动,且控制效果均优于PI控制器。参考文献[107]提出了基于荷电状态QSOC反馈的风-储联合调频控制策略。此外,也有学者研究将模糊控制及模型预测控制等方法用于控制V2G参与调频,进而实现其与传统电源的协调运行。此外,储能电池应用于电网一次调频、二次调频的协联控制技术也尚待研究。

电池储能系统在电网调频中的运行控制

传统调频控制研究集中于整定PI控制器参数和利用高级控制方法替代PI,前者采用遗传算法人工神经网络和神经模糊推理智能算法动态整定,仿真比较各个自适应控制器在不同负荷水平和电网参数条件下的性能,后者利用模型预测控制或自适应模糊控制等高级控制方法,对电网的参数不确定性、延时及控制过程中的非线性环节(如调频死区、爬坡率约束等)进行优化设计。这类控制方法相较于传统的PI控制器,更能与实际电网的设备[如广域测量系统(WideArea Measurement System,WAMS)等]相结合,进而取得更佳的控制效果。从调频任务协联的角度出发,参考文献[95]考虑到电网一、二次调频任务所存在的矛盾,引入微分博弈论以改善各调频任务的协联和合作,可减少不同层次控制器之间的冲突,取得最佳调频效果。

通过新型控制方法协调储能电池与传统电源,不仅能充分利用各自的技术优势,还能有效减少电网频率及联络线功率波动,且控制效果均优于PI控制器。参考文献[96]面向微网提出了基于鲁棒控制的储能电池调频控制策略,运用μ-综合相关理论,计及电网参数不确定性、测量噪声等对控制效果的影响,对控制偏差与控制输入信号采取不同加权函数,使储能电池和传统电源分别承担高频和低频信号,并保持储能电池的荷电状态QSOC维持在50%附近,仿真结果表明所设计控制器有效,能较好地应对电网参数变化及噪声影响。参考文献[97,98]引入了频率偏差变化率信号,与频率偏差信号共同作为输入信号,提出了改进型下垂频率控制策略,并与采样频率偏差信号作为输入信号,运用H∞下垂控制的方式进行比较。仿真结果表明,H下垂控制能更好地控制电网频率偏差及维持储能电池荷电状态稳定。参考文献[99]提出了一种基于模糊控制的储能电池辅助AGC调频策略,该控制器的输入量为区域控制误差信号SACE及其变化率,输出量为储能电池的动作深度,采用此策略能使储能电池快速响应SACE信号的变化,并在火电机组逐渐增加出力时减少储能电池出力,直至电网达到新的平衡态时储能电池退出运行。仿真结果表明,此策略有效,且能减少储能电池所需配置的容量。参考文献[100]提出了一种利用二次规划法分配调频信号的策略,该策略控制飞轮储能电源跟踪快速变化的调频信号,并在其接近于满充或满放时,由传统电源弥补其不足,可延长前者的使用寿命并提高后者的运行效率。参考文献[101]研究了基于模型预测控制器的储能调频控制策略。在此基础上,参考文献[102]根据储能电源的工作模式和控制策略,设计了广域储能协调控制(Wide-area Coordina-ted Control of Energy Storage System,WCCESS)框架,并提出了储能电源、电网传统设备及间歇性能源在不同时间尺度下的多目标控制构想。在混合储能电源的协调控制方面,目前的研究主要集中在平抑波动应用,对频率控制的研究还相对较少,部分研究提出用小波包分解和模糊控制相结合的控制策略,利用功率型的超级电容和能量型的锂离子电池组成的混合储能电源进行平抑波动,即结合两者各自的技术优势,不但能覆盖频率范围较宽的功率波动,还能实现各储能的效率最优,有效提高储能的运行经济性。参考文献[107]提出了基于荷电状态QSOC反馈的风-储联合调频控制策略。该策略需要实时监测电网频率偏差和储能电池QSOC状态,由储能电池优先响应电网频率变化,当其QSOC值位于不同区间时,通过协调风机与火电机组参与调频,使储能QSOC维持在50%附近,为下一时刻调频任务做好准备。此外,也有学者研究将模糊控制及模型预测控制等方法用于控制V2G参与调频,进而实现其与传统电源的协调运行。

可见,国内外对储能电池与传统电源联合运行的研究尚处于起步阶段。如何在模型中更合理地体现储能电池的技术优势、如何协调好混合储能电源的运行亟须深入研究,同时可结合控制理论对(多)区域电网调频动态模型进行分析,运用新型智能控制方法解决储能电池参与电网调频问题。应当指出,从电网运行需求全局角度来看,如何结合和兼顾储能电池、风电及传统电源的技术经济特性,形成多时间尺度的协调运行策略是电网面临的一个重要问题。此外,储能电池应用于电网一次调频、二次调频的协联控制技术也尚待研究。(www.xing528.com)

综上所述,国外针对大规模储能电池参与电网调频已开展了不少基础理论工作,而国内理论分析开展较少,应用示范也处于起步阶段,且国内网架和能源结构与国外相差甚远,故亟须探索符合我国电网特点的储能电池调频技术,加大基础理论研究及工程示范力度。

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