一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，首先依据电力系统固有频率特性方程，在发生有功扰动情况下通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，接着根据定义的电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离，结合扰动后系统频率偏差情况计算出有功不平衡距离，运用自适应模糊逻辑控制策略，动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。本发明专利技术提供的方法适应多种电网运行工况，在满足电力系统快速调频需求基础上，实现储能高效运行，减小其容量配置需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法
本专利技术属于储能参与电力系统频率控制
，涉及一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法。
技术介绍
因主流变速风电机组有功控制一般不主动参与频率调节，大规模风电并网对电力系统快速调频提出了挑战。储能系统具备有功快速响应优势，可改善系统动态频率响应特性，减缓系统故障后频率跌落速度和减小频率最大偏差，提高系统频率运行稳定性。但储能容量如何合理配置是储能参与系统快速调频的关键技术之一，配置容量较大会导致配置成本较高和资源浪费，配置容量较小会导致快速调频效果不佳，而基于有功不平衡距离储能快速调频方法，既可满足系统快速调频需求又最小化储能配置成本。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法。在频率变化不同阶段有功不平衡距离的应用，实现储能参与系统快速调频过程中有功出力的灵活调整，在频率跌落阶段弥补常规机组一次调频响应不足，在频率恢复阶段协同常规机组一次调频，从而在满足系统快速调频需求基础上，实现储能系统高效运行，减小其容量需求。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，依据电力系统固有频率特性方程，在发生有功扰动后通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差，由此计算出电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离，结合扰动后系统频率偏差情况，运用自适应模糊逻辑控制策略，动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。具体步骤如下：所述的电力系统固有频率特性方程为其中，ΔPG表示常规机组总出力变化，ΔPW表示风电出力变化，ΔPE表示储能出力变化，ΔPL表示系统负荷变化，后向差分化后k2＝(1-k1)/DL(4)其中，Δf为系统频率偏差；t为时刻，Δt为差分化的时间步长，s为拉普拉斯算子，t-Δt为t时刻的前一时刻；k1，k2为与系统惯量和负荷频率调节效应相关的系数；Meq为系统等效惯量，DL为负荷频率调节效应系数；Pu、Ploss、ΔPw、ΔPG、Pe、Pu,p分别为系统总不平衡功率、系统故障损失功率、风电机组有功增量、常规机组有功增量、储能系统有功和系统侧不平衡功率；Δft为t时刻的频率偏差，为t时刻的前一时刻的频率偏差、系统总不平衡功率、常规机组有功增量、风电机组有功增量、储能系统有功不平衡率、系统侧不平衡功率。通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差：在储能没有参与调频情况下，当系统发生有功扰动如机组跳闸时，系统频率在最低点和新稳态时，其变化率等于零即Δft＝Δft-Δt，由式(2)可知系统在频率最低点和稳态时，系统侧不平衡功率如式(6)、(7)所示：式中：Pu,p,m为频率最低点系统侧不平衡功率，Pu,p,s为频率稳态时系统侧不平衡功率，Δfd、Δfs分别为系统频率最大偏差和稳态偏差；Δfd可设定为系统启动低频减载对应的频率偏差阈值ΔfUFLS；而Δfs的大小取决于系统故障损失功率Ploss、系统等效调差系数Req和负荷频率调节效应系数Deq，如式(8)所示：为适应系统不同故障扰动情况，将系统侧不平衡功率进行归一化处理，如式(9)所示γu,p＝-Pu,p/Ploss(9)式中：γu,p为系统侧有功不平衡率；进而由式(6)-(9)可得到在频率最低点和稳态时有功不平衡率，如式(10)、(11)所示：式中，γu,p,m为系统频率最低点时不平衡率，γu,p,s为系统频率稳态时不平衡率；γu,p,m、γu,p,s可分别作为频率跌落阶段与频率恢复阶段的有功不平衡率参考点；基于上述两个参考点，提出系统有功不平衡距离，分别如式(12)(13)所示，用来描述系统故障后在频率变化不同阶段的有功不平衡程度：式中：du,p,m为频率跌落阶段有功不平衡距离，du,p,s为频率恢复阶段有功不平衡距离，γu,p,r为系统从频率跌落阶段转为恢复阶段时对应不平衡率；du,p,m可表征频率跌落阶段系统有功扰动程度，用于确定在频率跌落阶段储能快速调频的投入时机与有功出力。所述的自适应模糊逻辑控制策略，包含三个单元：模糊化、模糊推理、反模糊化；逻辑输入量为有功不平衡距离和系统频率偏差，输出量为储能调频有功输出比例，进而动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。模糊化：将输入量和输出量划分为5个等级：Z、S、M、L、O；同时，隶属度函数采用高斯型、S型和Z型函数三种类型。模糊推理：输入量输出量隶属度函数，设计了25条逻辑推理规则，涵盖了模糊逻辑输入量与输出量的所有可能组合情况，如表1所示；在有功不平衡距离较大时，储能注入较大的有功功率，减缓系统频率跌落(频率跌落阶段)或防止发生二次快速跌落(频率恢复阶段)；当不平衡距离较小时，随着频率偏差减小，储能系统注入较小的有功功率，减小储能容量需求。表1储能快速调频的模糊逻辑规则反模糊化：将模糊变量转化为具体数值的过程；利用“重心法”对输出量进行反模糊化处理，得到储能参与系统快速调频的有功出力比例。有益效果：本专利技术提出的基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，提高含高比例风电的电力系统快速调频能力。给出了频率跌落阶段和频率恢复阶段有功不平衡距离的定义，表征在不同阶段的系统侧有功不平衡程度；结合模糊逻辑策略动态调整在频率变化不同阶段的储能调频功率，可以有效将频率运行在低频减载的阈值范围内。在频率变化不同阶段有功不平衡距离的应用，有利于实现储能参与系统快速调频过程中有功出力的灵活调整，在频率跌落阶段弥补常规机组一次调频响应不足，在频率恢复阶段协同常规机组一次调频，从而在满足系统快速调频需求基础上，实现储能系统高效运行，减小其容量需求。附图说明图1是本专利技术方法流程图；图2是改进的IEEE3机9节点图；图3是有功扰动后频率变化典型曲线；图4是频率跌落阶段有功不平衡距离的隶属度函数；图5是频率恢复阶段有功不平衡距离的隶属度函数；图6是系统频率偏差的隶属度函数；图7是储能调频有功输出比例的隶属度函数；图8是不同控制方式下系统频率曲线；图9是不同控制方式下储能功率曲线；图10是有功不平衡距离。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，基本原理为：依据电力系统固有频率特性方程，在发生有功扰动后通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差，由此给出电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离的定义，结合扰动后系统频率偏差情况计算得到有功不平衡距离，运用自适应模糊逻辑控制策略，动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。具体步骤如下：电力系统固有频率特性，表达式为其中，ΔPG表示常规机组总出力变化，ΔPW表示风电出力变化，ΔPE表示储能出力变化，ΔPL表示系统负荷变化，后向差分化后k2＝(1-k1)/DL(4)其中，Δf为系统频率偏差；t为时刻，Δt为差分化的时间步长，s为拉普拉斯算子，t-Δt为t时刻的前一时刻；k1，k2为与系统惯量和负荷频率调节效应相关的系数；Meq为系统等效惯量，DL为负荷频率调节效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，其特征在于，依据电力系统固有频率特性方程，在发生有功扰动后通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差，由此给出电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离的定义，结合扰动后系统频率偏差情况计算得到有功不平衡距离，运用自适应模糊逻辑控制策略，动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。

【技术特征摘要】
1.一种基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，其特征在于，依据电力系统固有频率特性方程，在发生有功扰动后通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差，由此给出电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离的定义，结合扰动后系统频率偏差情况计算得到有功不平衡距离，运用自适应模糊逻辑控制策略，动态调整储能系统在频率跌落阶段和恢复阶段的有功出力。2.根据权利要求1所述的基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，其特征在于，所述的电力系统固有频率特性方程为其中，ΔPG表示常规机组总出力变化，ΔPW表示风电出力变化，ΔPE表示储能出力变化，ΔPL表示系统负荷变化，后向差分化后k2＝(1-k1)/DL(4)其中，Δf为系统频率偏差；t为时刻，Δt为差分化的时间步长，s为拉普拉斯算子，t-Δt为t时刻的前一时刻；k1，k2为与系统惯量和负荷频率调节效应相关的系数；Meq为系统等效惯量，DL为负荷频率调节效应系数；Pu、Ploss、ΔPw、ΔPG、Pe、Pu,p分别为系统总不平衡功率、系统故障损失功率、风电机组有功增量、常规机组有功增量、储能系统有功和系统侧不平衡功率；Δft为t时刻的频率偏差，Δft-Δt、为t时刻的前一时刻的频率偏差、系统总不平衡功率、常规机组有功增量、风电机组有功增量、储能系统有功不平衡率、系统侧不平衡功率。3.根据权利要求2所述的基于有功不平衡距离的储能快速调频方法，其特征在于：通过动态频率数值仿真获得频率变化曲线，进而得到系统频率最大偏差和稳态偏差，由此计算出电力系统在频率跌落和频率恢复阶段有功不平衡距离，具体是指：在储能没有参与调频情况下，当系统发生有功扰动如机组跳闸时，系统频率在最低点和新稳态时，其变化率等于零即Δft＝Δft-Δt，由式(2)可知系统在频率最低点和稳态时，系统侧不平衡功率如式(6)、(7)所示：式中：Pu,p,m为频率最低点系统侧不平衡功率，Pu,p,s为频率稳态时系统侧不平衡功率，Δfd、Δfs分别为系统频率最大偏差和稳态偏差；Δfd设定为系统启动低频减载对应的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊海锋，刘文龙，徐春雷，张琦兵，彭志强，杨明，韩禹，尹永昌，余璟，郑明忠，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，浙江大学，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32