电池储能系统参与电网一次调频的控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法，根据电网所处不同工况，采用虚拟惯性响应、虚拟负惯性响应以及虚拟下垂控制三种调频模式参与电网调频。在频率处于恶化工况时，采用虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同参与电网调频；在频率处于恢复工况时，采用虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同参与电网调频。该调频控制策略统筹考虑一次调频过程中的频率偏差和频率偏差变化率特征，结合虚拟惯性和虚拟下垂两种模式各自的优势，实现在同一时刻对三种控制模式的综合使用，从而改进一次调频效果，减小储能容量需求。

【技术实现步骤摘要】
电池储能系统参与电网一次调频的控制方法
本专利技术涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法。
技术介绍
随着化石能源的枯竭，大规模可再生能源如风能、太阳能等被应用于发电，但是风电、光伏发电等间歇式电源具有波动性和不确定性，且目前绝大多数间歇式电源对电网不表现出惯性。大规模接入可再生能源后会显著加剧电网调频压力。储能电池的精确控制、快速响应特性使其在参与电网辅助服务方面受到了广泛关注。电池储能运用于辅助电网调频，可充分发挥其动作迅速和调节方式灵活的优势，不仅可显著改善电网调频性能，而且能够有效减小传统机组的调频备用。在电化学储能电源辅助电网调频的领域中，控制策略是备受关注的理论与实际工程问题，合理的控制策略能够更好地发挥电化学储能电源的调频效果。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提出一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法，根据电网所处不同工况，采用虚拟惯性响应、虚拟负惯性响应以及虚拟下垂控制三种调频模式参与电网调频。在频率处于恶化工况时，采用虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同参与电网调频；在频率处于恢复工况时，采用虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同参与电网调频。并且控制系数采用基于SOC的自适应控制规律。该调频控制策略统筹考虑一次调频过程中的频率偏差和频率偏差变化率特征，结合虚拟惯性和虚拟下垂两种模式各自的优势，实现在同一时刻对三种控制模式的综合使用，从而改进一次调频效果，减小储能容量需求。其具体采用以下技术方案：一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：循环监控电池储能系统的频率以及荷电状态，当频率未超出死区范围(fref1,fref2)或储能的荷电状态不在工作区内(SOCmin,SOCmax)时，储能闭锁；当频率超出死区范围，并且储能的荷电状态在工作区内，执行步骤S2进行电网的一次调频；其中，fref1,，fref2为死区的两个边界值；SOCmin，SOCmax为储能的荷电状态工作区的两个边界值；步骤S2：通过传感器采集获得电池储能系统的频率与频率变化率，判断Δf×df/dt是否大于0；如果Δf×df/dt大于0，采用虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式进行电网的一次调频，如果Δf×df/dt小于0，采用虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式进行电网的一次调频；所述虚拟下垂控制、虚拟惯性控制响应、虚拟负惯性响分别根据以下公式计算：ΔPE1＝-KE×Δf；ΔPE2＝-ME×d(Δf)/dt；ΔPE3＝M′E×d(Δf)/dt；其中，Δf为频率偏差，d(Δf)/dt为频率变化率，KE为虚拟下垂控制系数，ME为虚拟正惯性控制系数，M′E为虚拟负惯性系数；步骤S3：将步骤S2得到的功率响应值叠加输出至PI控制器进行参数调节，再将控制信号输出到储能逆变器控制系统。优选地，在步骤S2中，根据储能的荷电状态自适应的调整所述虚拟下垂控制系数、虚拟正惯性响应控制系数、虚拟负惯性响应控制系数：当SOC≤SOCmin时，SOCmin＜SOC≤SOC0时，SOCmin＜SOC≤SOCmax时，SOC≥SOCmax时，其中，SOC0、Kmax、SOCmin、SOCmax为常量，KC为充电下降系数，Kd为放电下降系数。优选地，SOC0＝0.5，Kmax＝1，SOCmin＝0.1，SOCmax＝0.9。储能处于放电状态时，采用的虚拟下垂控制系数、虚拟正惯性响应控制系数、虚拟负惯性响应控制系数为：KE＝A×Kd，ME＝M′E＝B×Kd，A和B为放大系数，系经验参数。类似的，储能处于充电状态时，采用的虚拟下垂控制系数、虚拟正惯性响应控制系数、虚拟负惯性响应控制系数为：KE＝A×KC，ME＝M′E＝B×KC。本专利技术及其优选方案具有以下有益效果：本专利技术统筹考虑了一次调频过程中的频率偏差和频率偏差变化率特征，结合虚拟惯性、虚拟负惯性和虚拟下垂三种模式各自的优势，实现在同一时刻对三种控制模式的综合使用，从而改进一次调频效果，减小储能容量配置。在频率恶化阶段，采用虚拟惯性控制与虚拟下垂控制共同作用的模式，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。在频率恢复阶段，采用虚拟负惯性控制与虚拟下垂控制共同作用的模式，利用虚拟负惯性控制增加系统频率的恢复速率，最大发挥储能在调频中的的作用。并且同时考虑到了充放电过程中储能SOC变化的影响，引入了基于SOC的自适应控制策略，有益于防止储能电池的过充过放，保障其循环寿命。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步详细的说明：图1为本专利技术实施例的系统控制框图；图2为本专利技术实施例电网调频工况示意图；图3为本专利技术实施例的一种基于SOC的自适应控制规律；图4为本专利技术实施例的仿真系统示意图；图5为本专利技术实施例阶跃负荷扰动下的系统频率变化图；图6位本专利技术实施例阶跃负荷扰动下的储能SOC变化图；图7为本专利技术实施例连续负荷扰动曲线；图8为本专利技术实施例连续负荷扰动下系统频率变化图；图9为本专利技术实施例连续负荷扰动下的储能SOC变化图。具体实施方式为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：本实施例技术方案的核心点在于：虚拟惯性控制响应、虚拟负惯性响应、虚拟下垂控制在不同的频率工况下共同参与电网的一次调频。且在不同频率工况下，其采用的控制模式的不同：当频率处于恶化工况时，采用的是虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式；当频率处于恢复工况时，采用的是虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式。其中，虚拟下垂控制、虚拟惯性控制响应、虚拟负惯性响应分别根据以下公式计算：ΔPE1＝-KE×ΔfΔPE2＝-ME×d(Δf)/dtΔPE3＝M′E×d(Δf)/dt其中，Δf为频率偏差，d(Δf)/dt为频率变化率，KE为虚拟下垂控制系数，ME为虚拟正惯性控制系数，M′E为虚拟负惯性系数。其控制框图如图1所示。首先循环监视系统的频率以及储能系统的荷电状态，当系统频率未超出死区范围(fref1,fref2)或储能的荷电状态不在工作区内(SOCmin,SOCmax)时，储能闭锁；当系统的频率超出死区范围，并且储能的荷电状态在工作区内，确定储能系统参与电网的一次调频；其中，死区(fref1,fref2)通常根据我国一次调频的死区设计。其次，通过传感器采集得到系统的频率与频率变化率，判断Δf×df/dt小于0还是大于0，如图2所示，即判断调频工况是处于频率恢复阶段还是频率恶化阶段。然后将根据虚拟下垂控制、虚拟惯性响应、虚拟负惯性响应得到的功率响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：循环监控电池储能系统的频率以及荷电状态，当频率未超出死区范围(f

【技术特征摘要】
1.一种电池储能系统参与电网一次调频的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：循环监控电池储能系统的频率以及荷电状态，当频率未超出死区范围(fref1，fref2)或储能的荷电状态不在工作区内(SOCmin，SOCmax)时，储能闭锁；当频率超出死区范围，并且储能的荷电状态在工作区内，执行步骤S2进行电网的一次调频；
其中，fref1，fref2为死区的两个边界值；SOCmin，SOCmax为储能的荷电状态工作区的两个边界值；
步骤S2：通过传感器采集获得电池储能系统的频率与频率变化率，判断Δf×df/dt是否大于0；
如果Δf×df/dt大于0，采用虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式进行电网的一次调频，如果Δf×df/dt小于0，采用虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式进行电网的一次调频；
所述虚拟下垂控制、虚拟惯性控制响应、虚拟负惯性响分别根据以下公式计算：
ΔPE1＝-KE×Δf；
ΔPE2＝-ME×d(Δf)/dt；
ΔPE3＝M′E×d(Δf)/dt；
其中，Δf为频率偏差，d(Δf)/dt为频率变化率，KE为虚拟下垂控制系数，ME为虚拟正惯性控制系数，M′E为虚拟负惯性系数；
步骤S3：将步骤S2得到的功率响应值叠加输出至PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雨晨，林章岁，叶荣，林毅，温步瀛，朱振山，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35