一种电池储能参与的调频方法、系统、装置及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电池储能参与的调频方法、系统、装置及可读存储介质，包括：风机、同步机调频装置及电池储能装置；风机发电组件和电池储能装置分别并入电网的输出功率；同步机调频装置用于实时跟踪风机发电组件并入电网的输出功率；当系统中发生扰动时，风机发电组件产生功率降落，控制电池储能装置接入电网，使电池储能装置与风机发电组件并行运行；使发出的功率弥补风机发电组件输出功率降低产生的功率缺额。采用变下垂系数控制方式控制电池储能系统参与调频，下垂系数将因扰动的不同及风机所处的方波调频阶段的不同而取不同值。在电网系统中，风电机组可通过释放转子动能来参与调频提升频率最低点，大大提高系统应对扰动的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种电池储能参与的调频方法、系统、装置及可读存储介质
本专利技术涉及电网调频
，尤其涉及一种电池储能参与的调频方法、系统、装置及可读存储介质。
技术介绍
近年来，以风能为代表的新能源发电并网规模不断扩大、装机占比不断增加，同步机逐渐被取代。常规同步发电机转子转速与系统频率之间直接耦合，对系统呈现一定的惯性，可以响应系统频率的变化。而风电机组通过变频器与电网连接，转子动能与频率完全解耦，从系统的角度看，其对电网的惯量贡献几乎为零。随着风能渗透率的提高，系统惯量逐渐减小，承受有功冲击、抑制频率波动的能力变弱，电网的安全稳定运行受到挑战。为了满足系统的需求，风电机组可通过方波控制释放转子动能以参与电力系统的频率调节。在方波调频期间，扰动引起的系统频率跌落问题可得到改善，系统对扰动的缓冲能力提升。但风机转子动能不可无限释放，当释放量达到允许值时，风机将瞬间减小出力退出调频。风机出力的瞬时下降对于系统而言相当于一个新的扰动，将引起频率的二次跌落，威胁电网的安全运行。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种电池储能参与的调频系统，能进一步提高系统应对扰动的能力，并且能有效消除因风机退出调频产生的频率二次跌落问题。其中，方法包括：实时跟踪风机发电组件并入电网的输出功率；当系统中发生扰动时，获取风机发电组件进入突增功率阶段的增发功率值ΔP1；当达到预设的调频时间时，采集风机发电组件产生ΔPdrop的功率降落，以及风机输出功率低于正常运行点的值；接入具有PWM控制器控制的电池储能装置，使电池储能装置与风机发电组件并行运行；控制电池储能装置发出的功率，使发出的功率弥补风机发电组件输出功率降低产生的功率缺额。进一步需要说明的是，在正常运行下，风机输出功率为Pwe0；当系统中发生扰动时，风机进入突增功率阶段并保持恒定的增发功率值ΔP1；在达到预设的调频时间时，风机退出调频，产生ΔPdrop的功率降落，输出功率低于正常运行点的值；得到方波调频方式中突增功率ΔPWT的表达式为：其中，t0为扰动发生时刻，toff为风机退出方波调频时刻，ωoff为退出时刻的转子转速，可由式(3)求得，Pwm(ωoff)为退出时刻对应的机械功率，可由式(4)求得；式中，ω0为正常工作点下的转子转速，H为风机的惯性时间常数，ρ为空气密度，A为风轮叶片扫过的面积，vw为风速，Cp为风能利用系数，与桨距角β及转子转速ωr有关。进一步需要说明的是，当方波调频处于增发功率阶段时，下垂系数k取值k1，电池储能装置起辅助调频作用；当风机退出方波调频时，下垂系数k增大为k2以使电池储能装置发出更多的功率来弥补风机退出造成的功率缺额；k2根据k1及风机方波调频参数值计算得出；基于公式(5)、(6)得频率偏差(7)的表达式为：其中ΔPL为负荷扰动值；设在方波调频的突增功率阶段，变下垂控制系数k＝k1，在退出阶段，k＝k2，将公式(2)、(3)代入(7)得由扰动引起的频率波动Δf1及二次跌落时频率波动Δf2的关系表达式为：Δf1(t)＝F(k1,ΔPL,ΔP1,t)(7)Δf2(t)＝f(k2,ΔPL,ΔP1,t0,toff,t)(8)Δf1随时间t的变化情况受k1、ΔPL、ΔP1取值的影响，F代表它们间的映射关系；Δf2随时间t的变化情况受k2、ΔPL、ΔP1、t0、toff取值的影响，f代表它们间的映射关系。进一步需要说明的是，为保证系统频率在安全范围Δflim内波动，则式(8)、(9)需满足|Δf1(t)|max＝C1(k1,ΔPL,ΔP1)<Δflim(9)|Δf2(t)|max＝C2(k2,ΔPL,ΔP1,t0,toff)<Δflim(10)其中，|Δf1(t)|max为由扰动引起的频率波动的最大值，与k1、ΔPL、ΔP1相关，C1代表它们间的映射关系；|Δf2(t)|max为风机退出导致频率二次跌落时频率波动的最大值，与k2、ΔPL、ΔP1、t0、toff相关，C2代表映射关系。进一步需要说明的是，为了减小甚至消除二次跌落，风机出力与电池储能装置出力之和保持在预设阈值范围，即ΔPdrop＝-k2Δf1(toff)+k1Δf1(toff)(11)其中，ΔPdrop可由式(13)计算得出，ΔPdrop＝Pwe0+ΔP1-Pwm(ωoff)＝C3(ΔP1,t0,toff)(12)得到ΔPdrop的值与ΔP1、t0、toff的取值相关，采用C3代表它们间的映射关系；将式(8)、(13)代入式(12)得为消除频率二次跌落，k1、k2需满足的限制条件为：C3(ΔP1,t0,toff)＝(k1-k2)·F(k1,ΔPL,ΔP1,toff)(13)当系统中的负荷扰动大小ΔPL及发生时刻t0确定时，可得式(10)与(14)为：C1(k1,ΔP1)<Δflim(14)C3(ΔP1,toff)＝(k1-k2)·F(k1,ΔP1,toff)(15)式(15)、(16)即为扰动发生下，消除频率二次跌落，电池储能装置变下垂控制系数与风机方波调频控制参数之间需满足的关系式。本专利技术还提供一种电池储能参与的调频系统，包括：风机、同步机调频装置及电池储能装置；风机发电组件和电池储能装置分别并入电网的输出功率；同步机调频装置用于实时跟踪风机发电组件并入电网的输出功率；当系统中发生扰动时，同步机调频装置获取风机发电组件进入突增功率阶段的增发功率值ΔP1；当达到预设的调频时间时，同步机调频装置采集风机发电组件产生ΔPdrop的功率降落，以及风机输出功率低于正常运行点的值；同步机调频装置控制具有PWM控制器控制的电池储能装置接入电网，使电池储能装置与风机发电组件并行运行；控制电池储能装置发出的功率，使发出的功率弥补风机发电组件输出功率降低产生的功率缺额。本专利技术还提供一种实现电池储能参与的调频方法的同步机调频装置，包括：存储器，用于存储计算机程序及电池储能参与的调频方法；处理器，用于执行所述计算机程序及电池储能参与的调频方法，以实现电池储能参与的调频方法的步骤。本专利技术还提供一种具有电池储能参与的调频方法的可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现电池储能参与的调频方法的步骤。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术中的电池储能系统发出的功率用于弥补风机退出产生的功率缺额，其中，采用变下垂系数控制方式控制电池储能系统参与调频，下垂系数将因扰动的不同及风机所处的方波调频阶段的不同而取不同值。在含高比例风电的电网系统中，风电机组可通过释放转子动能来参与调频提升频率最低点，大大提高系统应对扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池储能参与的调频方法，其特征在于，方法包括：/n实时跟踪风机发电组件并入电网的输出功率；/n当系统中发生扰动时，获取风机发电组件进入突增功率阶段的增发功率值ΔP

【技术特征摘要】
1.一种电池储能参与的调频方法，其特征在于，方法包括：
实时跟踪风机发电组件并入电网的输出功率；
当系统中发生扰动时，获取风机发电组件进入突增功率阶段的增发功率值ΔP1；
当达到预设的调频时间时，采集风机发电组件产生ΔPdrop的功率降落，以及风机输出功率低于正常运行点的值；
接入具有PWM控制器控制的电池储能装置，使电池储能装置与风机发电组件并行运行；
控制电池储能装置发出的功率，使发出的功率弥补风机发电组件输出功率降低产生的功率缺额。


2.根据权利要求1所述的电池储能参与的调频方法，其特征在于，
在正常运行下，风机输出功率为Pwe0；
当系统中发生扰动时，风机进入突增功率阶段并保持恒定的增发功率值ΔP1；
在达到预设的调频时间时，风机退出调频，产生ΔPdrop的功率降落，输出功率低于正常运行点的值；
得到方波调频方式中突增功率ΔPWT的表达式为：



其中，t0为扰动发生时刻，toff为风机退出方波调频时刻，ωoff为退出时刻的转子转速，可由式(3)求得，Pwm(ωoff)为退出时刻对应的机械功率，可由式(4)求得；






式中，ω0为正常工作点下的转子转速，H为风机的惯性时间常数，ρ为空气密度，A为风轮叶片扫过的面积，vw为风速，Cp为风能利用系数，与桨距角β及转子转速ωr有关。


3.根据权利要求2所述的电池储能参与的调频方法，其特征在于，
当方波调频处于增发功率阶段时，下垂系数k取值k1，电池储能装置起辅助调频作用；
当风机退出方波调频时，下垂系数k增大为k2以使电池储能装置发出更多的功率来弥补风机退出造成的功率缺额；
k2根据k1及风机方波调频参数值计算得出；
基于公式(5)、(6)得频率偏差(7)的表达式为：









其中ΔPL为负荷扰动值；
设在方波调频的突增功率阶段，变下垂控制系数k＝k1，在退出阶段，k＝k2，将公式(2)、(3)代入(7)得由扰动引起的频率波动Δf1及二次跌落时频率波动Δf2的关系表达式为：
Δf1(t)＝F(k1,ΔPL,ΔP1,t)(38)
Δf2(t)＝f(k2,ΔPL,ΔP1,t0,toff,t)(39)
Δf1随时间t的变化情况受k1、ΔPL、ΔP1取值的影响，F代表它们间的映射关系；Δf2随时间t的变化情况受k2、ΔPL、ΔP1、t0、toff取值的影响，f代表它们间的映射关系。


4.根据权利要求3所述的电池储能参与的调频方法，其特征在于，
为保证系统频率在安全范围Δflim内波动，则式(8)、(9)需满足
|Δf1(t)|max＝C1(k1,ΔPL,ΔP1)<Δflim(40)
|Δf2(t)|ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建杰，王历华，李蓬，钟文涛，张健，李平，辛春青，盖鹏宇，伊瑞鹏，邹宇鹏，张煜，卞法刚，于睿，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司滨州供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37