基于暂态能量函数的快速响应储能系统的优化配置研究

随着我国电网互联规模的不断扩大和可再生能源并网发电比重的逐渐上升，电力系统的安全稳定运行面临严峻挑战。功率平衡是电网安全稳定运行的基础。快速响应储能系统（FR-ESS）可以参与电力系统的功率平衡控制，实现主动致稳，从根本上提高电力系统的安全稳定运行水平。分布式FR-ESS可以有效地为系统提供动态功率补偿，是其在电力系统中应用的主要结构形式。本项目以FR-ESS为研究对象，采用暂态能量函数法分析其动态运行特性及其与系统间相互作用机理，设计基于本地测量参数的FR-ESS控制器；根据FR-ESS控制参数与系统暂态能量函数之间关系，研究其在暂态稳定控制过程中的控制域，为其布局提供基本理论依据；研究系统故障模式的识别方法，判断严重受扰机（群）分布；在此基础上，形成分布式FR-ESS在系统中的优化配置方法，以满足系统暂态稳定控制的需求，为FR-ESS的工程化应用提供理论基础和关键技术支持。

本项目系统深入地研究了基于暂态能量函数的快速响应储能系统的优化配置基础理论和方法。在研究FR-ESS动态特性的基础上，采用能量函数法建立了含FR-ESS的系统模型，设计基于能量函数的FR-ESS控制器以满足系统暂态稳定控制的需求。通过分析FR-ESS提高系统稳定性的作用范围，研究了FR-ESS的安装位置及容量大小与其引入系统阻尼之间的关系，作为其布局的基本方法和理论依据。研究了基于系统暂态能量函数的故障模式识别方法，综合考虑系统稳定性和经济性，提出FR-ESS的多目标优化配置方法。针对多机电力系统，提出分区配置、分层控制的优化配置方案，考虑分布式FR-ESS在多机系统中与发电机的耦合关系，提出了以提高多机电力系统动态稳定性为目标的控制策略。针对大规模风电并网运行功率波动对系统稳定性的影响，研究了基于超导磁储能系统—蓄电池复合储能系统拓扑结构，提出了一种基于遗传算法优化的多元复合储能系统模糊控制新方法。本项目以快速响应储能系统为研究对象，以电力系统暂态能量函数分析为基础，以满足系统稳定运行为目标，研究了分布式FR-ESS在系统中的优化配置方法，并提出相应的新型控制策略，为FR-ESS的工程化应用提供理论基础和关键技术支持。