一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法，包括以下步骤：步骤1，将电池储能电源经断路器和变压器并入电网，并预设储能调频死区边界fd

【技术实现步骤摘要】
一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法
本专利技术属于电网调频领域，具体涉及一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法。
技术介绍
随着能源日益紧张，新能源并网及储能技术将成为未来能源战略的重要一环。我国风电装机容量为全球第一，但是存在高比例风电不能被消纳，其中近30％的弃风电量是由调频问题导致的。近几年来，国内外已经有大量商业化储能项目应用于辅助服务领域，美国PJM市场储能调频系统安装量超过了200MW，国内在京能石景山热电厂实施了国内第一个储能火电联合调频商业化示范项目后，山西也陆续实施了多个同类储能调频项目，这使得储能调频需求和控制策略成为当前研究热点。纵观当前储能电池参与电网调频的相关研究，更多关注储能电池的选型与容量配置、多时间尺度仿真建模、协调控制策略优化以及储能电池参与调频的经济性评估等。目前在储能电池参与电网调频的理论研究中存在以下问题：在协调控制方面，下垂控制与惯性控制作为典型控制方法被广泛运用，大部分研究仅基于对二者的初步探索，并未考虑电网调频需求以及二者对系统动态特性影响和优势互补，且对其边界限制的研究尚浅。在死区设定方面，《两个细则》(《并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)》和《发电厂并网运行管理实施细则(试行)》)提出死区是机组调频的关键参量，所以储能调频死区的设定是储能参与电网调频不可忽视的重要参量之一。此外，目前大多数本领域技术人员对调频死区方面的研究大多集中于对传统机组一次或二次调频回路中的死区设置研究上，随着计算机技术的不断发展，数字电液调节系统(DEH)的应用不断增多，由于电网中大量含有死区限制的机组存在，本应发挥高灵敏度作用的高性能DEH不得不设置相应的死区，所以部分地区的一次调频已经很难在正常情况下发挥作用了，例如台州电厂7、8号机组的一次调频死区设置为±0.1Hz，在实际运行中由于一次调频功能的投入，使得机组负荷在电网频率变化至±0.1Hz时就发生变化，但电厂出于对负荷稳定需求的考虑，将一次调频死区调整为±0.2Hz后，机组的一次调频功能基本不起作用。若将机组的一次调频死区设置过小，除了导致机组的频率调节过于频繁外，同时也会对该区域的控制标准考核有负面影响。综合以上叙述可知，在传统机组的调频死区上的研究和改进仅能对电力生产起到理论作用，而实际运行中很难实现或保持。
技术实现思路
本专利技术提供一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法，可以改善电网调频效果，提高混合电网的调频能力，而且可以减少机组机械磨损和频繁动作的调动费用，增加常规机组的使用寿命，提高经济效益。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法，包括以下步骤：步骤1，将储能电池经断路器和变压器并入电网，并预设储能调频死区边界fdbess，其中储能调频死区边界fdbess小于常规机组调频死区边界fdgen；步骤2，实时采集电网频率偏差△f；当满足|△f|≥fdbess时，储能电池参与电网一次调频。基于现有技术对电网一次调频的研究局限于调整常规机组的固有死区边界，但在实际运行中很难实现或保持的现状，以及电网一次调频的反应速度要求高的特点，本方案在常规机组参与电网一次调频的基础上，突破性地引入储能电池辅助常规机组对电网进行一次调频，具体通过设置储能调频死区边界小于常规机组调频死区边界，使得储能电池在常规机组投入调频之前可迅速对电力系统频率波动进行平抑，改善电网一次调频效果，提高混合电网的调频能力，而且可以减少常规机组出力进行电网一次调频的动作次数，从而减少机组机械磨损和频繁动作的调动费用，增加常规机组的使用寿命，提高经济效益。进一步地，在步骤1时还包括：并预设储能调频死区边界fdbess和储能电池的荷电状态的最小死区边界SoCmin和最大死区边界SoCmax，在步骤2时还包括：实时测量储能电池的当前荷电状态SoC，仅在满足|△f|≥fdbess且SoCmin≤SoC≤SoCmax时，储能电池参与电网一次调频。本方案中，当储能电池的荷电状态小于最小死区边界，或大于最大死区边界时，没有进行电网一次调频的能力，故不使用储能电池进行电网一次调频，同时也可避免储能电池因过度充电而发生功率畸变，从而延长使用寿命。进一步地，储能电池参与电网一次调频的方法为：若电网频率偏差|△f|正在增大，则储能电池采用虚拟下垂与虚拟惯性相结合的控制方法参与电网一次调频；若电网频率偏差|△f|正在减小，则储能电池仅采用虚拟下垂控制方法参与电网一次调频。本方案中，电网频率偏差|△f|正在增大时，说明电网频率处于恶化阶段，此时采用虚拟惯性与虚拟下垂共同控制的模式，一方面利用下垂控制稳态效果好的优势缩小频率偏差，另一方面利用惯性控制减小频差变化率，阻碍频率的进一步恶化。电网频率偏差|△f|正在减小时，说明电网频率处于恢复阶段，此时仅采用虚拟下垂控制方法，可以避免惯性控制的储能电池出力对系统造成二次干扰，从而避免阻碍频率的恢复，使电网频率尽快恢复。进一步地，储能电池采用虚拟下垂控制方法参与电网一次调频的方法为：其中，△FD(s)为储能电池仅采用虚拟下垂控制参与电网一次调频时的电网频率偏差，s表示频域，ΔPL(s)为负荷扰动，D为负荷阻尼系数，是指频率变化1％引起的负荷功率的变化量，Kgen为常规机组的单位调节功率，Tt是汽轮机时间常数，Tg为调速器时间常数，为储能电池的传递函数，Tb为储能电池时间常数，KbessD表示储能电池的虚拟下垂系数；储能电池采用虚拟下垂与虚拟惯性相结合的控制方法参与电网一次调频的方法为：其中，△F(s)为储能电池采用虚拟下垂与虚拟惯性相结合控制参与电网一次调频时的电网频率偏差，KbessI表示储能电池的虚拟惯性系数。进一步地，虚拟下垂系数KbessD和虚拟惯性系数KbessI按以下公式计算得到：其中，Kbess_c为储能电池的充电单位调节功率因数、Kbess_d为储能电池的放电单位调节功率因数，Kmax为储能电池的单位调节功率最大值，P0为储能电池参与电网一次调频时的电能初始值，Kmax为储能电池参与电网一次调频的目标能量，n为储能电池的一次调频参数。本方案中的虚拟下垂系数KbessD和虚拟惯性系数KbessI，考虑了储能电池的荷电状态的反馈数据进行自适应控制，当荷电状态SoC相对较好时，即储能电池以最大速度释放/储存电量，优先保证调频需求；当荷电状态SoC变化至相对紧张时，以适当的系数进行出力，即合理控制储能电池的虚拟下垂系数和惯性控制系数，保证荷电状态SoC维持在合理范围内；当荷电状态SoC超过合理范围时，停止充放电。因此，可以维持储能电池的荷电状态SoC在合理范围内，避免储能电池因电量耗尽或过度充电而发生功率畸变，进而影响使用寿命。进一步地，P0＝0.01，n＝15，Kmax＝24p.u.。进一步地，fdbess＝60％*fdgen。进一步地，SoCmin＝0.1，SoCmax＝0.9。有益效果本专利技术通过设置储能调频死区边界小于常规机组调频死区边界，当电网频率偏差满足|△f|≥fdbess时，储能电池参与电网一次调频，使得储能电池在常规机组投入调频之前可迅速对电力系统频率波动进行平抑，改善电网调频效果，提高混合电网的调频能力，而且可以减少常规机组出力进行电网一次调频的动作次数，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将储能电池经断路器和变压器并入电网，并预设储能调频死区边界fd

【技术特征摘要】
1.一种考虑储能动作边界的快速调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将储能电池经断路器和变压器并入电网，并预设储能调频死区边界fdbess，其中储能调频死区边界fdbess小于常规机组调频死区边界fdgen；步骤2，实时采集电网频率偏差△f；当满足|△f|≥fdbess时，储能电池参与电网一次调频。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1时还包括：并预设储能调频死区边界fdbess和储能电池的荷电状态的最小死区边界SoCmin和最大死区边界SoCmax，在步骤2时还包括：实时测量储能电池的当前荷电状态SoC，仅在满足|△f|≥fdbess且SoCmin≤SoC≤SoCmax时，储能电池参与电网一次调频。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，储能电池参与电网一次调频的方法为：若电网频率偏差|△f|正在增大，则储能电池采用虚拟下垂与虚拟惯性相结合的控制方法参与电网一次调频；若电网频率偏差|△f|正在减小，则储能电池仅采用虚拟下垂控制方法参与电网一次调频。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，储能电池采用虚拟下垂控制方法参与电网一次调频的方法为：其中，△FD(s)为储能电池仅采用虚拟下垂控制参与电网一次调频时的电网频率偏差，s表示频域，Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭庄熙，李欣然，马智慧，崔益伟，刘鑫，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43