- 頭條湖大學者提出應用于獨立微電網風儲協同調頻的功率柔性分配新方法2023-03-06 作者：張靖、張志文 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語針對獨立微電網運行中存在的頻率波動與新能源利用率不高的問題，湖南大學電氣與信息工程學院、規?；姵貎δ軕眉夹g湖南省工程研究中心的張靖、張志文、胡斯佳、李勇、林錦杰，在2022年第15期《電工技術學報》上撰文，提出一種風機和儲能裝置協同參與調頻的新型功率柔性分配策略。該策略在滿足風機與儲能安全運行的前提下，能實現獨立微電網頻率控制的同時優化風機和儲能裝置的有功出力，降低棄風率，達到能量高效利用的目標，并且具有對模型參數依賴度低的特點，魯棒性較好。
近年來，隨著世界各國對清潔能源需求的增長，微電網作為一種能有效整合各種分布式電源的小型電力系統得到了學術界和工業界的極大關注。微電網孤島運行時，失去了外界電網的支撐，同時考慮到風機、光伏等新能源出力隨機且用電負荷不確定，當微電網發生功率擾動后其頻率往往難以穩定，對安全運行十分不利。
此外，分布式電源在參與獨立微電網的調頻時，如何有效提高新能源的利用率，提升儲能裝備的使用壽命，以及充分發揮新能源與儲能裝置的協同優勢，是助力實現我國碳達峰、碳中和目標過程中的重要環節。
頻率穩定是表征獨立微電網功率動態性能的重要指標。目前，微電網的一次調頻策略主要包括：①基于分布式電源的傳統控制，如下垂控制、恒功率控制等；②利用儲能快速響應能力以提高獨立微電網慣性的虛擬同步發電機技術等。然而，獨立微電網的慣性較小且網內負荷波動較為劇烈，一次調頻作為有差調節，難以滿足其孤島運行的頻率品質需求。因而，針對獨立微電網的二次調頻研究顯得尤為重要。
隨著風力發電的廣泛應用，風機和儲能裝置已成為微電網的重要組成部分，二者在參與微電網調頻時，往往需對風機和儲能裝置的出力進行聯合控制以響應頻率的變化。但是風速具有時變特性，且儲能裝置的荷電狀態又直接影響著充、放電功率，這大幅增加了建模和控制的難度。模型預測控制以滾動向前的方式求解有限時域優化目標，能較好地削弱可再生能源“時變性”和模型參數與真值的偏差等不確定性因素對控制產生的不利影響，魯棒性較好，目前已在工業過程控制和電力系統領域獲得了較好的應用。
針對獨立微電網中的風機和儲能裝置協同參與調頻的關鍵技術，湖南大學電氣與信息工程學院、規?；姵貎δ軕眉夹g湖南省工程研究中心的科研人員提出了一種功率柔性分配策略。期望綜合考慮參與調頻的風機和儲能裝置的工作狀態，并以此為基礎優化各自的“出力”配置，在確保各子系統安全的前提下，提高可再生能源在調頻中的能量利用率，同時保證調頻效果。
圖1 風儲功率柔性分配策略控制架構
他們首先分析多種分布式電源在獨立微電網中的運行及控制方式；其次，建立獨立微電網中風機和儲能裝置聯合參與調頻的狀態空間模型；然后，以頻率偏差最小和能源利用率最高為指標構建滾動時域內的優化目標函數，并根據頻率變化實時調整目標函數中風機和儲能出力項的權重以優化各自出力。
此外，所提策略能夠參考風速和儲能裝置荷電狀態的時變特性，在每個時間斷面柔性調整約束條件的邊界，提高其安全運行水平。最后通過搭建獨立微電網的仿真模型，并與傳統控制策略在多種工況下進行仿真研究。
圖2 風儲調頻流程
研究人員指出，研究結果表明，新策略具有三個重要特征：①可根據頻率對優化目標的權系數進行自適應調整，合理分配風機和儲能裝置的有功出力，在確保調頻效果的同時進一步提高新能源參與調頻的“份額”，降低棄風率；②根據風機與儲能裝置的運行狀態在線調整約束條件的邊界，提高二者在參與調頻時的安全運行水平；③對模型參數準確性的依賴度低，具有較好的魯棒性。
本文編自2022年第15期《電工技術學報》，論文標題為“獨立微電網風儲協同調頻的功率柔性分配策略”。本課題得到國家重點研發計劃政府間國際科技創新合作重點項目、國家自然科學基金項目、湖南省科技重大專項項目、湖湘高層次人才聚集工程項目、長沙市杰出創新青年計劃和中央高?；究蒲袠I務費資助的支持。
