储能系统参与电网辅助调频的优化控制策略研究

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目前,大量可再生能源并入电网,由于其出力具有不确定性及波动性,对电力系统频率的质量产生很大影响。储能系统具有响应速度快、精度高以及可以双向传输能量等优点,现已被大量应用在电力系统中,储能系统辅助电网调频也已是目前热门研究的领域之一。辅助电网进行调频的储能系统一般分布在电网侧和发电侧,对其进行合理的控制策略的设计具有重要意义。针对电网侧的储能系统辅助调频控制策略的研究重点在于对储能变流器的控制,由于储能变流器为电力电子设备,缺少惯性与阻尼特性,已有研究将虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术应用在其中,但大多研究都忽略了储能系统本身的物理约束在VSG控制策略中的影响,导致控制策略不够完善。针对发电侧储能系统辅助调频控制策略的研究重点一般在于协调储能系统与传统机组的出力分配控制,事实上,由于发电侧对储能容量需求大,因此一般需要多储能联合进行调频,而不同储能系统具有不同的特性参数,在不同的电网环境下也有不同的出力重点,且调频过程中需要综合提高调频效果与效益,这些尚未有研究进行全面的考虑,针对此的综合控制策略亟待被研究。本文首先建立了电网侧储能系统与发电侧储能系统参与电网调频的等效模型,针对发电侧需要多储能共同参与调频的特点,提出了一种考虑储能系统技术特性因素的系统等效模型,根据不同储能系统的特征配置不同的系统参数,可以有效体现不同储能系统参与调频时对结果的影响,为之后的控制策略奠定基础。其次,针对电网侧储能系统辅助调频的控制策略,研究了VSG在储能换流器中的应用,建立了VSG的等效模型,分析了其并网运行特性。根据储能系统物理约束,对VSG的关键控制参数进行了设计。提出了一种基于电网频率变化量的优化VSG控制策略,在电网侧储能系统进行辅助调频的过程中,此策略能够自适应地改变关键控制参数,在维持系统具有一定的惯性与阻尼的同时,优化动态过程,并满足储能系统物理约束的要求。最后,针对发电侧储能系统辅助调频的控制策略,研究了储能系统参与自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)的过程。先对几种发电侧储能系统参与AGC调频的典型控制方式做了阐述,其次分析了不同储能系统的技术特性及不同电网情况因素对AGC调频效果的影响。基于此,提出了一种多储能系统联合进行AGC辅助调频的综合控制策略,一方面,应用多目标规划算法提升了系统在经济性、调频质量、储能系统荷电状态上的控制效果,另一方面,通过提出的基于自适应权重因子的最优解选择方法将不同影响因素纳入选择最优解的判断决策中,综合确定系统最优的控制方案,其能够有效地提升调频效果与调频的经济效益。通过MATLAB/Simulink平台分别验证了本文提出的两种优化控制策略的有效性,并与其他控制策略进行了对比验证,证明了本文所提控制策略的优越性。
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