压缩空气储能作为一种大规模物理储能技术，广泛应用于可再生能源消纳和电网削峰填谷。设计了一种耦合熔盐储热的压缩空气储能系统，采用Ebsilon软件对复合系统进行建模仿真。基于该储能系统对外供应热水、蒸汽、电能的工况，研究不同系统运行模式下的㶲效率、热效率以及经济性。结果表明：复合系统在储气压力为7 MPa、排气温度系数为1.96时系统㶲效率最高，达到64.98%；在储气压力12 MPa时系统热效率最高，达到91.55%；在热汽电三联供应用场景下，最佳储能时长为6 h，储气压力为7、12 MPa时，最优发电时长分别为6、8 h；该研究可为耦合熔盐储热压缩空气储能热电联供提供理论指导。

在电力资源相对匮乏而自然风光资源丰富的孤岛等地区，电力供应的稳定性和成本效益一直是个亟待解决的问题。传统的独立微电网在容量配置时，大多依赖快速非支配排序遗传算法（NSGA-II），该算法在处理真实负载的多目标优化问题时，局部搜索能力略显不足。为此，提出了利用改进强度Pareto进化算法（SPEA2）优化风光柴储独立微电网容量配置，以经济性成本、失负荷概率、碳排放作为优化目标，实现更加全面和高效的容量配置。通过导入某孤岛天气与负荷数据，生成风光柴储独立微电网的真实Pareto前沿，将SPEA2和基于指标选择的多目标搜索（IBEA）、NSGA-II 3种算法分析结果进行对比，相较于NSGA-II，SPEA2的反世代距离评价IGD指标提升46.83%，空间评价方法Spacing指标提升60.28%，真实Pareto覆盖率CPF指标提升35.14%，该算法表现出更加出色的性能。最后根据容量优化的结果合理配置各部分参数，共同出力满足负荷需求，为孤岛等电力资源匮乏地区的能源管理提供了新的思路，也为多能源微电网的优化设计提供了有价值的参考。

提出了一种新型电力系统下构网需求储能的双层优化选址方法，该方法考虑了储能在电力系统中对调峰调频的响应，建立了多目标双层优化模型。其中，运行层将弃风弃光量和网损计入经济惩罚中，以系统的年运行成本最优为目标，计及调峰、调频收益；规划层评估系统的安全性，并以系统的年综合运行成本最优为目标进行建模。利用改进的帝国竞争算法进行仿真分析，通过多场景比较说明调峰调频经济性和最优场景下的储能选址。最后，采用IEEE-33节点进行仿真，验证所提模型的有效性，并选取不确定性因素指标对总成本进行敏感性分析，确定影响经济成本更需关注的指标。

针对综合能源系统中碳排放与运行成本冲突的问题，提出了一种考虑碳捕集的风光火储综合能源系统多目标优化调度方法，探讨了碳捕集设备对系统可再生能源消纳、碳排放与运行成本的影响。以某地区典型日的电负荷数据为参考，以改进的IEEE 30节点系统为例，以系统经济性为优化目标求解。结果表明：相比无碳捕集的风光火和风光火储情景，考虑碳捕集的综合能源系统在典型日的运行成本分别下降了5.19%和2.86%；碳排放量分别减少了1 159 t和1 013 t；风光消纳率分别提升了5.01%和2.82%。以系统运行成本和碳排放量最小作为优化目标，采用非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）进行多目标寻优，结合线性加权和法得到了不同目标权重下系统优化调度方案：随着碳排放量目标权重的增加，碳排量逐渐减小，系统运行成本增加，单位碳减排成本也会增加；当碳排放量目标权重从0增至0.5时，系统碳排放量减少了5 159 t，运行成本增加了205 466元；碳排放量目标权重从0.4增加到0.5时，单位碳减排成本增加最小；碳排放量目标权重在[0.2, 0.4]时，减排效果最为明显。该计及碳捕集的多目标优化调度方法可为决策者在权衡系统碳排放和运行经济性时提供参考。

随着电力系统电力电子化程度加深，具有电压源特性的构网型变流器将成为未来电力系统的常规装备之一。为了准确高效地分析含构网型装备的电力系统控制运行与安全稳定特性，需对具有强非线性特性的构网型变流器进行降阶。传统的基于电流环、电压环简化的降阶方法构建的简化模型由于忽略了内环控制与线路耦合阻抗对装备同步稳定性的潜在影响，在部分场景下难以保证稳定性分析的准确性。基于此，在现有降阶方法的基础上，充分考虑内环控制的小信号特性与线路耦合阻抗的影响，提出了一系列改进的简化模型，并就各简化模型对频域、特征值、时域分析的适应性进行了分析。分析得出在各类场景下没有能始终保持高精度的简化模型，需要根据场景更换模型简化方法，并根据分析结果总结了变流器简化模型选择与控制参数整定的相关依据。

光伏机组采用构网型逆变器并网是戈壁荒漠新能源电网稳定运行的关键。为解决传统光伏减载运行受辐照度影响大、保留功率不精准等问题，提出了基于构网型逆变器的光伏有功备用控制策略。首先，设计了含参考阵列和备用阵列的光伏并网结构。其次以双级式光伏拓扑结构为基础，在前级DC/DC引入有功备用控制，在后级DC/AC引入构网型控制策略，实现光伏机组主动参与电网频率调节；控制策略引入直流电容电压恒定控制，维持直流电压的同时，增强光伏机组的惯量特性。最后建立构网型光伏逆变器小信号模型，通过根轨迹分析了直流电容值对光伏频率响应的影响。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和可行性。

弱电网内阻抗大，在接入不平衡负载时，无法维持自身电压的稳定，导致电压三相不平衡、输出功率波动，虚拟同步发电机（VSG）技术作为构网型控制可对弱电网电压提供支撑，但不平衡负载接入下VSG技术无法维持输出电压平衡。对此，提出一种的改进VSG分序解耦控制策略。首先，分析了不平衡负载接入后导致VSG输出电压三相不平衡、功率波动的机理；然后，采用基于双同步坐标系解耦（DDSRF），分离出电网正、负序电压，在dq旋转坐标系下采取正、负序分序控制的策略，控制负序电压分量；最后，搭建了VSG仿真模型，仿真结果表明所提改进VSG分序解耦控制技术可抑制VSG输出的不平衡电压。

针对风氢耦合系统接入弱电网下负荷变动导致系统频率波动及越限问题，提出基于储氢系统压强动态反馈的构网型虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）转动惯量自适应控制策略。首先建立了构网型风氢耦合系统物理仿真模型，推导有功功率闭环传递函数，分析了转动惯量和阻尼系数对系统功频振荡特性的影响情况；然后考虑储氢系统压强的动态变化实时优化转动惯量的计算，保证风氢耦合系统在电网频率波动及负荷有功波动下稳定运行；最后通过MATLAB/SIMULINK进行策略验证。研究结果表明：采用构网型自适应方法可加快系统频率恢复，大幅度提升系统的动态响应能力，实现风氢耦合系统稳定运行。

随着新能源高比例接入电网，储能逆变器多机并联协调控制已成为关键问题。采用虚拟同步发电机（VSG）算法，可以为构网型储能系统提供阻尼和惯性支撑以及稳定的电压频率。但多台储能逆变器并联运行的协调控制还需考虑并联同步、稳定性以及各电堆的荷电状态（SOC）和各线路阻抗的不同等。对此，研究建立了储能逆变器并联数学模型；分析了考虑虚拟阻抗的无功功率分配和考虑SOC的有功功率分配的方法，提出了一种结合自适应虚拟阻抗和SOC均衡的改进VSG控制策略。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建模型，以全钒液流电池组作为储能系统，分析了各储能逆变器之间的协调控制，验证了改进VSG控制策略的有效性，有效解决了线路阻抗差异导致的压降差及无功功率不均和SOC差异导致的电池过度充放电问题，提高了电池和储能逆变器的利用效率，降低了电池的寿命损耗。

虚拟同步发电机（virtual synchronous generator，VSG）作为构网型控制的主要技术之一，可为电网提供惯量支撑，但由于变流器单机容量有限，当系统需要更大的惯量支撑时，需要多VSG并联运行，因此多VSG并联的协同控制备受关注。基于此，建立了VSG多机并联的状态空间模型，通过状态变量矩阵的特征值分析系统稳定性。同时，提出了基于模型预测控制（model predictive control，MPC）的多VSG并联协同控制策略，引入角频率差与功角差作为性能指标设计目标函数，求解所需最佳有功额定增量，通过功频系数对输出角频率进行动态修正，实现对输出频率的主动支撑，有效抑制了VSG并联造成的系统频率波动，提高了电网的稳定性。结果表明，相较于传统的VSG并联系统，所提出的MPC-VSG并联控制方法可缩短系统暂态响应时间，提高系统在暂态下的鲁棒性。仿真结果验证了该方法的有效性。

针对构网型变换器预同步过程时电力系统频率电压稳定性低导致变换器并网失败的问题，提出一种基于改进线性自抗扰控制（LADRC）的构网型变换器预同步控制策略。首先，采用无锁相环（PLL）控制策略，通过相位偏差的反馈控制对网侧电压的相位和幅值进行快速同步追踪，可避免因PLL精度较低和响应速度慢而引起的电力系统稳定性降低的问题。在此基础上，在有功频率支路模块的角频率输出端引入LADRC，这可以有效解决预同步控制过程中变换器输出电压频率存在过冲的问题，从而确保构网型变换器预同步控制顺利进行最终实现成功并网。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建基于改进LADRC的构网型变换器预同步控制模型并进行仿真验证，结果表明所提控制策略可以有效抑制系统频率震荡，并能够加速系统预同步进程，确保构网型变换器安全运行最终实现成功并网，仿真结果验证了所提方法的有效性。

在“双碳”目标背景下，为实现微电网系统的低碳排放和风电消纳最大化，提出了一种含碳捕集电厂（carbon capture power plant，CCPP）及电转气（power-to-gas，P2G）耦合的综合能源系统（integrated energy system，IES）和电车入网（vehicle to grid，V2G）的双层模型优化调度策略。首先，在低碳技术层面上，针对CCPP和P2G设备在时间上运行不同步的问题，在CCPP和P2G设备中间加设储液罐作为CO₂的缓冲站，建立含CCPP、P2G设备、燃气轮机的数学模型并建立阶梯碳交易对IES进行低碳排放约束；其次，为了充分发挥电动汽车负荷和储能的双重特性，以IES的弃风时段和高峰时段制定策略引导电动汽车进行充放电，来进行能量时移；最后，在经济效益层面上，以综合运行成本最低为目标函数，采用MATLAB调用GUROBI求解器进行求解。通过设置不同场景进行对比，结果表明，该调度策略能在提高微电网风电消纳水平的同时，实现系统的低碳经济运行。

风储一体化系统即配备储能的风力发电，具有黑启动能力，对其加以控制可将该系统作为黑启动电源。基于此，在单台风机的基础上，制定了风储一体化系统的黑启动方案。首先，通过构网型控制的储能装置进行启动，为避免变压器投入过程中的励磁涌流或谐振产生的自励磁，在原有的电压环控制基础上，加入了惯性环节来实现软启动策略；然后，储能系统建立交流频率和电压后，实现风电机组及负荷的恢复；在风储一体化系统稳定启动后，经过主变压器和输电线路将电能输送到35 kV母线，完成黑启动过程。最后，在PSCAD/EMTDC软件平台建立风储一体化仿真模型，验证了采用软启动策略的黑启动方案，验证过程电压保持稳定，功率平衡，系统完成启动，同时有效地抑制了励磁涌流。

随着新能源占比在电网系统中不断增加，国内调峰、调频与调压能力日益增大，电网灵活性受到较大影响。对此，重点围绕构网型储能相关领域进行分析研究。首先，对构网型与跟网型控制的技术特点进行对比分析，总结了新疆地区构网型储能的发展现状；同时，选取新疆某构网型储能电站示范工程对低电压穿越、惯量响应与阻尼特性方面进行相关性能测试，并提出了一种覆盖多层级全场景的构网型储能电站并网测试方法，测试结果可为构网型储能并网性能评估提供借鉴参考；最后，针对新疆地区构网型储能发展进行预测分析，总结了构网型储能在新能源富足地区的发展优势。

针对永磁直驱风机与分散式混合储能系统提出了联合无功控制策略。首先对永磁直驱风机以及储能系统的无功调节能力进行分析，确定永磁直驱风机与储能系统通过变流器控制均可参与无功调节；其次提出无功控制策略，从信号接收、初次分配、内部分配等方面进行分析，在初次分配中采用了等裕度分配方法，在内部分配中考虑了以储能优先出力进行比例分配；最后通过仿真验证了该策略的有效性，该策略可充分利用永磁直驱风机与储能系统的无功容量能力对电网的电压提供有效支撑。

为进一步提高暂态稳定评估（transient stability assessment，TSA）的精准度和可靠性，提出一种基于统计学与Shapley值结合的特征选择方法（Powershap），并建立电力系统TSA模型。首先，根据电力系统运行时的稳态分量构建输入特征集，采用Powershap将数据集分为多个数据子集进行训练，筛选出关键特征集；其次，利用关键特征集训练多个CatBoost模型并进行TSA，生成TSA模型；最后，在新英格兰10机39节点系统和加入新能源发电的新英格兰54机118节点系统上进行仿真实验，并给出评估结果。实验得出：在新英格兰10机39节点系统中采用基于Powershap特征选择的方法进行分类，其准确率能够达到99.79%；在改进的新英格兰54机118节点系统上，其准确率能够达到99.49%，说明该方法能够有效进行电力系统暂态稳定评估，并且验证了所提TSA模型具有较好的鲁棒性与泛化能力。

大规模的风电并网致使现有系统调峰资源难以为继，风电消纳受阻。为此，文中综合考虑风电出力与电价的不确定性，提出一种基于Wasserstein距离的电解铝负荷协同火储深度调峰分布鲁棒优化方法。首先，结合电解铝的负荷特性，计及储能辅助火电机组优化深度调峰容量，建立了电解铝负荷协同火储深度调峰的电力系统优化框架；其次，借鉴Wasserstein距离的分布鲁棒模型的思想，构建了上级电网购售电价与可再生能源出力的Wasserstein模糊集约束，设计了电解铝负荷协同火储深度调峰的分布鲁棒优化模型；最后，通过仿真分析验证了所提方法可有效降低系统运行成本，改善系统调峰压力，促进风电消纳，通过对比分析验证了其方法的经济性和鲁棒性。