混合储能系统

风机自身的调频能力有限，已无法满足电网调频需求。储能的柔性控制、吞吐容量大以及响应速度快等特点可以弥补风机的不足，适合形成风储联合系统参与电网的调频控制。通过对储能与风机参与电力系统调频的原理和控制策略进行的详细梳理，介绍了储能参与调频的原理、特点以及储能的调频模型与控制策略，对不同类型以及混合储能系统的调频特点与效果进行分析；接着对风机的调频原理及不同控制策略进行阐述，以风机分别以变桨控制、转子动能控制和联合控制方式进行分类。最后对本领域的现状和未来发展进行了总结与展望。

为有效提高风电入网的经济性和可行性，文中提出一种考虑风电典型场景概率的电热混合储能优化配置方案。首先通过场景分析，利用K-means聚类法将大量风机历史出力数据简化为6个典型出力场景，确定各场景发生的概率，其中聚类数目由肘部曲线法和Dunn指数法综合确定；其次提出电热混合储能系统控制策略，建立适用于多场景的风储联合系统模型；最后，以经济性成本最低与弃风量最小为目标，建立包含电、热负荷综合响应的容量配置优化模型，并将场景概率以权值的形式加入到目标函数中，采用粒子群算法求解模型。通过仿真分析和与其他储能配置场景对比，发现所提配置策略能够提高风电利用率约16.12%，同时减少系统综合成本约43.76%，验证了所提策略的合理性和有效性。

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求，针对基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的新型混合储能系统（hybrid energy storage system，HESS）MMC-HESS，提出了混合同步控制（hybrid synchronous control，HSC）整体策略。MMC-HESS采用模块化设计，将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内，具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能，采用滤波器实现储能功率分配，采用荷电状态（state of charge，SOC）均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后，基于硬件在环实验平台，验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明：所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力，在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换，能够有效发挥混合储能的综合优势，在中压配电网中具有良好的应用前景。

微电网的能量管理与优化调度作为构建新型电力系统的重要环节，提高其可再生能源的消纳水平、降低源荷不确定性风险以及优化系统运行成本具有重要意义。因此，文中提出一种基于信息间隙决策理论(information gap decision theory，IGDT)的含广义储能的独立直流微电网日前优化调度模型。首先，构建含超级电容的混合储能系统，以降低蓄电池运行成本，将具备虚拟储能特性的柔性负荷与混合储能相结合，形成广义储能，充分发挥微电网系统内灵活性资源特性；其次，考虑系统风光荷不确定性，引入IGDT模型，在确定性模型基础上建立风险规避策略下的鲁棒模型和风险投机策略下的机会模型，从2种决策角度追求降低风险与最大化收益；最后，基于算例仿真分析，证明该调度策略在降低微电网运行成本的基础上可量化不确定性因素对系统调度决策的影响，验证了模型的有效性和可参考性。

本文件规定了微电网混合储能系统的基本要求、设计要求和安全风险。本文件适用于微电网混合储能系统

抽水蓄能电站是当前发展最为成熟、配置容量最大的储能形式，但其功率变化速率较慢，调节灵活性较为匮乏。电化学储能是当前发展最快的储能设施，具备灵活的功率调节能力。本文的目的在于构建光-蓄-储混合储能系统，通过不同储能设施的特性互补，大幅提升抽水蓄能电站的运行灵活性。本研究基于抽水蓄能的功率振荡区间描述机组的功率调节能力，并根据单台机组的功率调节能力以及多台机组的机组组合定义抽水蓄能的灵活性。考虑灵活性约束以及提升机组运行寿命的需求，建立光-蓄-储混合储能系统的容量规划模型。以山东某抽水蓄能电站为例，进行实例分析。结果表明，配置抽水蓄能10%容量的电化学成储能可以提升抽水蓄能系统灵活性40%左右，减少14%的机组发电启动次数。但在当前的两部制电价下，峰谷电价差需要达到0.5元/kWh以上电化学储能设施才具备盈利空间。

目前海上油气平台的无人化、低碳化已然成为一种发展趋势。为了满足无人化油气平台的低碳运行，本文构建了一种考虑新能源接入的海上油气微能系统，实现了海上油气平台的低碳运行。首先，考虑应对新能源的不确定性，建立了一种含浮式海水制气-伴生气储库低碳运行模块的混合储能系统，构建了含新能源接入及混合储能系统的海上油气微能系统；其次，考虑系统能量物质流动情况，建立系统的异质流耦合模型，分析了系统各单元的耦合关系，并基于此考虑源、荷不确定性，构建了系统模糊随机经济优化调度模型，实现系统的协调优化；最后，通过算例仿真验证了本文所提模型和方法的可行性与有效性。

风机自身的调频能力有限，已无法满足电网调频需求。储能的柔性控制、吞吐容量大以及响应速度快等特点可以弥补风机的不足，适合形成风储联合系统参与电网的调频控制。通过对储能与风机参与电力系统调频的原理和控制策略进行的详细梳理，介绍了储能参与调频的原理、特点以及储能的调频模型与控制策略，对不同类型以及混合储能系统的调频特点与效果进行分析；接着对风机的调频原理及不同控制策略进行阐述，以风机分别以变桨控制、转子动能控制和联合控制方式进行分类。最后对本领域的现状和未来发展进行了总结与展望。

充分发挥不同发电能源和储能设备之间的协同互补潜力，可以缓解高比例可再生能源电力系统中可再生能源出力的波动性给系统电力电量平衡带来的巨大压力。为此，提出了一种考虑多能互补的电力电量平衡优化调度策略。该方法可实现不同时间尺度下的多能互补，提高系统整体运行性能。首先，考虑新能源出力季节性和短期波动特征，兼顾中长期电量平衡和短时电力平衡，建立系统多时间尺度双层优化调度模型；其次，通过对混合储能系统充放电策略的优化，实现多种储能的互补协调，提高系统运行经济性；最后，利用修改的IEEE-RTS 1979标准算例系统验证所提方法的有效性，验证了不同时间尺度的能源互补和不同储能设备的协调配合，在保证系统平衡的同时，提升系统的经济效益。

为解决风电场并网时的功率波动影响电网稳定性的问题，提出一种基于北方苍鹰（northern goshawk optimization，NGO）算法优化变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）参数的混合储能功率分配策略。首先，按照风电场并网技术规范，采用自适应平均滤波法对风力发电功率进行滤波，并由滤波后的并网功率计算出波动功率。然后，采用NGO优化VMD算法中分解模态数K值和二次惩罚因子α值的最优值组合，将波动功率信号经VMD分解后实现在锂电池和超级电容器的功率分配，最后，采用双重模糊控制对混合储能系统（hybrid energy storage system，HESS）的荷电状态（state of charge，SOC）进行优化，完成HESS功率的二次分配。仿真结果表明，该控制策略不仅能够满足风电并网最大功率波动要求，还可以保持SOC维持在合理范围，实现HESS长期安全运行。