基于新能源发电的构网型协调储能控制策略研究

基于新能源发电的构网型协调储能控制策略研究

郑日红1 叶建伟1杨永义1杨佳瑞2王飞1

1. 内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善供电分公司(内蒙古自治区阿拉善盟，750306)，
2. 2东北电力大学（吉林省吉林市，132000）

摘要：为响应“双碳”目标的号召，中国正在加速建设以新能源和电力电子设备为主导的新型电力系统。随之构网型控制技术应运而生。以构网型变流器作为新能源发电系统的底层逻辑操作，首先意味着存在能量存储。另外作为在平抑新能源发电功率波动，降低大电网调峰压力，提升大电网对新能源的接纳水平方面，储能环节是个必选项。其可用于解决瞬态期间的供需不平衡。因此为了在新能源高渗透下保持电力系统的稳定性，构网型储能应运而生。所谓构网型储能指在新能源附近增加具备同步发电机或者类似同步发电机的频率调节和电压控制能力的新型设备，构网型储能相较于传统储能不仅可以全面提升电力系统调节能力和灵活性，又可以在各种应用场景中提高储能系统收益。

关键词：新能源发电；构网型协调储能；控制策略

1构网型储能变流器系统研究

1.1构网型储能变流器控制系统

构网型储能变流器控制系统是新能源发电系统中的关键组成部分，其主要功能是实现新能源发电系统与电网的协调运行，并对储能系统进行有效的管理和控制。首先，构网型储能变流器控制系统需要根据电网的需求动态调整储能系统的充放电策略，以满足电网的功率平衡和频率调节要求。其次，该控制系统还需要实现对储能系统的辅助服务功能，如无功补偿、电压调节等，以提高电网的稳定性和可靠性。另外，构网型储能变流器还需要实现与新能源发电系统的协调运行，通过协调控制新能源发电与储能系统之间的能量流动，最大限度地提高新能源发电系统的利用率，降低风电和光伏发电的波动性带来的影响。因此，构网型储能变流器控制系统的研究对于促进新能源发电与电网的协同发展具有重要意义。

1.2基于VSG的构网型控制

基于VSG的构网型控制是一种有效的新能源发电与储能协调控制策略。该策略基于虚拟同步发电机（VSG）的构图，通过通过高精度时钟与GPS处于同步状态的方式，实现了对于风力、光伏等各种新能源发电系统能源输出进行有效的储存与管理。在实现基于VSG的构网型控制过程中，可以通过设计合理的算法，结合各种储能装置构建全方位、多目标的储能系统，来实现储能管理的最优化控制。此外，基于VSG的构网型控制还具备高度的智能化特征，可以自动化地对电网的负荷、电压、频率等各种参数进行监测和管理，在保证电网安全稳定运行的同时，可有效提高新能源发电的效率和储能利用率。同时，该策略还可以实现对于各种不同类型的储能设备的智能协同管理，可以有效地提高储能设备的寿命，延长使用寿命，同时又保证了电能的可靠供应和安全性。基于新能源发电的构网型协调储能控制策略的研究对于促进新能源发电的发展和提高储能利用价值具有重要意义。随着我国新能源发电装机容量的逐年攀升，基于VSG的构网型控制策略必将成为新能源发电管理的重要手段和技术支撑。未来，相关研究人员将继续深入挖掘基于新能源发电的构网型协调储能控制策略的应用价值，促进其在实际生产中的应用和推广，推动我国能源产业的可持续发展。

1.3基于新能源发电的直流侧储能系统配置

在基于新能源发电的构网型协调储能控制策略研究中，直流侧储能系统的配置起着至关重要的作用。新能源发电的特点是波动性和不稳定性，而直流侧储能系统能够有效地对电能进行储存和释放，实现能量的平稳输出。同时，直流侧储能系统还能够提高电网的响应速度，降低发电侧与负荷侧之间的功率失衡，从而提高电网的稳定性和可靠性。在进行直流侧储能系统配置时，需要考虑新能源发电场站的规模、储能设备的容量和数量、以及系统的运行模式等因素。通过合理配置储能设备的容量和数量，可以最大程度地提高系统的储能效率和运行灵活性，从而更好地应对新能源发电场站的波动性和不稳定性。同时，运行模式的选择也至关重要，不同的运行模式能够满足不同的运行需求，提高系统的运行效率和经济性。

1.4基于新能源发电的交流侧s储能系统配置

储能系统在电力系统中扮演着至关重要的角色，特别是在新能源发电占比不断增加的背景下。为了更好地利用新能源，提高电力系统的灵活性和稳定性，必须合理配置储能系统。在交流侧的储能系统配置中，需要考虑多方面因素，如容量大小、位置选择、充放电速率等。首先，针对新能源发电的波动性和间歇性特点，储能系统的容量应该具有一定的弹性，能够快速响应系统的需求。其次，储能系统的位置选择也至关重要，应该考虑到新能源发电站点的布局，以及电力系统的负荷分布情况，尽量缩短输电距离，减小能量损耗。最后，充放电速率的控制也是影响储能系统性能的重要因素，需要根据实际情况调整，以满足系统的需求，同时尽量减少对系统的影响。

2构网型储能系统的相关建模研究

2.1改进的构网型外部储能系统建模

本文提出了一种改进的构网型外部储能系统建模方法，该方法能够更有效地实现新能源发电系统的协调储能控制。在传统的外部储能系统建模方法中，往往忽略了新能源发电系统的实际运行情况，导致储能控制策略的制定和实施效果不佳。因此，本文通过引入新的建模参数和算法优化方法，对构网型外部储能系统进行了改进。首先，我们对新能源发电系统的各个组成部分进行了深入的分析，包括风力发电、光伏发电和其他可再生能源发电设备。通过对每种电源的输出特性和运行特点进行详细研究，我们确定了适合构网型外部储能系统的储能容量和充放电功率等重要参数。其次，本研究还考虑了新能源发电系统与外部储能系统之间的协调控制策略。通过建立新能源发电系统和外部储能系统之间的数学模型，我们可以实现对储能系统的实时监测和控制。利用智能控制算法和优化方法，我们可以实现对储能系统的精准控制，确保电网运行的平稳和可靠。

2.2电压跌落下的基于VSG特性构网型储能

控制策略在实际应用中起着至关重要的作用。随着新能源发电技术的发展和普及，电网接入的分布式电源越来越多，给电网运行带来了一定的挑战。在电网负荷变化较大或者故障发生时，容易导致电压跌落过大，影响电网的稳定运行。因此，采用储能设备来协调新能源发电、提高电网的可靠性和稳定性成为一种重要的方式。基于VSG特性构网型储能控制策略就是一种有效的解决方案。VSG（虚拟同步发电机）技术可以将分布式电源模拟成同步发电机接入电网，实现电网频率控制和无功功率支撑。通过结合VSG技术和储能设备，可以实现在电压跌落下对电网进行及时调节，提高电网的鲁棒性和适应性。在该控制策略中，储能设备可以根据电网状态和需求实时调整储能功率的放电或充电状态，实现对电网电压的动态控制。通过智能算法的优化调度，可以实现对储能设备充放电功率的精确调节，提高储能设备的利用效率，降低电网运行成本。

结论

文中提出一种基于新能源发电的构网型协调储能控制策略，并以电网电压跌落时来模拟新能源发电不足时系统状态，并对于其动态及静态特性进行了分析。可知构网型控制策略模拟了传统的同步发电机的机械和电磁特性，以达到和其近乎相同的惯性和阻尼支撑，但在电网电压跌落时容易出现稳态和瞬态过流的问题。文中在此基础上提出的改进式构网型控制策略，在电压跌落期间，该策略可有效为系统提供电压支撑，可同时防止功角的发散，对于虚拟阻抗环节的设计可改善输出的无功功率。并在构网型并网运行时切断无功—电压下垂调制环节，在电压跌落时冻结有功功率环，通过有功和无功的协调控制为系统提供无功支撑，维持了系统的稳定。

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