基于分布式储能虚拟电厂的模拟惯量协调控制机理与网络节点优化配置研究

Virtual plant technology has been widely concerned with high efficiency, flexible, economical characteristics . However, there are still some key problems needed to be solved: the internal rotation inertia of distributed generation unit is so small that oscillatory instability occurs when the system is disturbed. The aggregation of distributed battery storage unit lacks of unified parameters, system architecture and coordination control strategy, and it is difficult to achieve a unified scheduling..Under this background, the application tries to put forward a collaborative control strategy to aggregate distributed storage unit into a virtual power plant, which has the inertial characteristics of the traditional power plant and unified scheduling capabilities: first, the virtual inertia characterization methods of virtual power plant will be proposed, the quantitative relationship between energy storage characteristic parameters and virtual inertia would be revealed; And the introduction of multi-agent control architecture and model predictive control algorithm, is going to realize the virtual inertia's unified scheduling of virtual power plant in wide area and multi time scale; Then study the optimization principle of virtual power plant network key nodes based on the distributed storage, and analyze the main factors of node location that influences the control process and battery capacity allocation rules; At the end this project will verify the semi-physical real-time simulation of the virtual power plant of the storage. The virtual inertia coordination control strategy can solve the stability problem of virtual power plant, and provides a new method for researching cooperative control of distributed storage system.

虚拟电厂技术以高效、灵活、经济的特点而被广泛关注，然而,仍有部分关键问题亟待解决：其内部分布式发电单元转动惯量较小，扰动时易发生振荡失稳；其聚合的分布式电池储能单元缺乏一致的参数指标、系统架构和协调控制策略，难以实现统一调度。.在此背景下，申请书力图提出一种协同控制策略，将分布式储能单元聚合成虚拟电厂，使之具备传统电厂的惯性特征和统一调度能力：首先提出储能虚拟电厂模拟惯量表征方法，揭示储能特征参数与模拟惯量的量化关系；然后引入多代理控制架构和模型预测控制算法，实现储能虚拟电厂模拟惯量在广域空间和多时间尺度的统一调度；再研究基于分布式储能的虚拟电厂网络关键节点的优化原则，分析节点位置对控制过程产生影响的主要因素和电池容量配置规则；最后对储能虚拟电厂的系统架构和控制算法进行半实物实时仿真验证。模拟惯量协调控制策略的提出将切实改善虚拟电厂稳定性问题，也能为分布式储能系统协同控制研究提供理论指导。

储能技术是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术。本项目首先归纳影响电池储能系统虚拟电厂模拟惯量的特征量，实现储能关键参数与虚拟电厂模拟惯量特征值的具体量化对应关系，提出储能虚拟电厂模拟惯量评价方法；其次提出基于多代理控制的储能虚拟电厂控制架构，基于多时间尺度模拟惯量的模型预测控制，实现灵活改变模拟惯量以增强系统暂态稳定性，达成虚拟电厂的瞬时备用、旋转备用和可控负荷等多重控制特性的统一；最后在满足电池储能系统时变特性基础上，实现基于分布式储能的VPP网络节点布局优化，结合实际电网结构，提出分布式储能系统容量配置算法，归纳总结储能虚拟电厂电池充放电功率、倍率以及储能容量优化分配方案和算例。通过本项目明确了基于分布式储能系统与模拟惯量协调控制的频率和电压稳定机理，阐明储能系统参数与虚拟电厂模拟惯性特征量的具体量化对应关系，归纳出影响电池储能系统虚拟电厂模拟惯量的特征值和边界条件；提出了根据多机系统功率分配原则进行惯量调节的协调控制方法，针对储能多机系统稳定性搭建了系统小信号模型，得出了惯量参数变化对多机系统稳定性的影响，并根据惯性参数变化对稳定性影响的结果，进行惯量参数的选取，并分别对单机储能系统和多机储能系统搭建实时仿真系统进行分析验证；以虚拟电厂网络中分布式储能节点的布局优化因子为约束条件，提出基于模拟惯量协调控制方法的分布式储能系统网络节点优化布局算法，揭示VPP的充放电功率优化分配规律并实现分布式储能容量的优化配置。本项目采用的模拟惯量协调控制技术方案，以实证为事实依据，侧重数学理论分析，并将惯性理论仿真结果与电网规划实际相结合，用于储能容量的评价、改善和设计等，适合分布式储能系统在工程领域的储能系统容量设计应用研究。研究成果对阐述电池储能虚拟电厂的惯性参量协调控制规律有重要的理论研究意义，为探索适合虚拟电厂的分布式电池储能之系统框架和能量管理策略奠定理论基础。