用于风电场站的混合储能调频控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于风电场站的混合储能调频控制方法及装置，该方法包括：获取风电场站并网点处的电网频率偏差、电网频率变化率、功率型飞轮储能阵列系统的第一电量状态和能量型电池储能阵列系统的第二电量状态；根据第一电量状态和第二电量状态判断混合储能系统是否满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；若是，则控制风电场站进入一次调频/虚拟惯量响应控制模式或AGC调频控制模式；若否，则控制混合储能系统进入闭锁状态。本发明专利技术在风电场站中配置了混合储能系统，通过控制混合储能系统充放电来参与电网一次调频/虚拟惯量响应或AGC调频，提高了新能源发电参与电网一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频的稳定性及安全性。

【技术实现步骤摘要】
用于风电场站的混合储能调频控制方法及装置
本专利技术涉及电网调频
，尤其是涉及一种用于风电场站的混合储能调频控制方法及装置。
技术介绍
预计到2050年，中国的风电、太阳能发电装机容量占比将达68%，发电量占比将达48%，从而形成高比例新能源的电力系统，电网的主要任务是安全稳定运行及接纳大规模新再生能源发电。随机性、波动性的可再生能源接入电网越多，对电力系统安全稳定性的影响就越大；同时，由于电力系统中具有转动惯量的电源比例减少，会导致电力系统的安全性和稳定性下降。新能源发电参与一次调频/虚拟惯量响应及AGC（AutomaticGenerationControl，自动发电控制）调频可降低稳态频率偏差和暂态最大频率偏差，但因未改善系统惯量，使得频率变化率未能改善，低惯量系统越限风险仍然存在。通过采用虚拟惯量控制可使新能源提供一定惯量支撑，但由于一次能源输入的可控性差，可能导致频率二次跌落等次生事故。另外，新能源大规模接入会导致频率越限风险增加。当风电渗透率较低时，电力系统保持原有的运行方式，系统调度及AGC未考虑风电场站，风电场站出力随机性全部由旋转备用容量进行补偿；当风电渗透率较高时，系统调度与AGC必须改变原有的有功功率控制方式，基于功率预测技术实时地控制风电场站出力，是风电场站具备向常规机组一样的调频能力。目前，相关现有技术实现新能源场站一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频的主要方式包括：（1）转子动能控制方式：在有功功率控制环节引入与系统频率有关的信号，通过控制风电机组转子的旋转动能与电磁功率的能量转换，从而使得风机参与电网频率调节。然而，风电机组受制于不同工况及风速的影响，使得该方式难以确保高可信度的调频容量，且存在调频时间短以及频率二次跌落的问题，从而导致稳定性及安全性不高。并且，该方式只能实现一次调频功能，无法实现虚拟惯量响应功能。（2）通过桨距角控制来预留备用容量，由此具备广泛的调节范围。然而，桨距角机构中有机械部分有较大的惯性常数，响应速度慢，频繁的变桨操作容易造成机械疲劳损耗，增加维修成本，并且预留备用容量会影响风电场站运行的经济性。并且，该方式只能实现一次调频功能，无法实现虚拟惯量响应功能（3）在新能源场站二次控制室加装快速频率响应装置，以此来实现一次调频功能。然而，通过加装快速频率响应装置实现一次调频功能，需要对风机变流器进行改造，在不预留备用容量的前提下，只能实现出力下调，且该方式只能实现一次调频功能，无法实现虚拟惯量响应功能。（4）风电场站通过在35kV升压站加装集中式能量型电池储能系统，以此参与AGC调频。然而，风电场站AGC调频一般通过加装集中式电池储能系统实现，电池储能系统若频繁响应电网频率变化，将导致其寿命周期缩短，经济性差，且存在起火爆炸等安全隐患，导致安全性和可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中风电场站无法主动参与电网一次调频/虚拟惯量响应以及在MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪）或低有功功率出力时无法参与电网AGC调频，以及现有能量型电池储能系统频繁响应电网一次调频/虚拟惯量及AGC调频，导致安全可靠性低、寿命周期短及经济性差的技术问题。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种用于风电场站的混合储能调频控制方法，在风电场站中配置了混合储能系统，通过控制混合储能系统充放电来参与电网一次调频/虚拟惯量响应或AGC调频，提高了新能源发电参与电网一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频的稳定性及安全性，促进风电消纳，提高风电场站并网友好性，提高参与电网有偿一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频收益，提高风电机组在全风速工况下的AGC频率调节能力。为此，本专利技术的第二个目的在于提出一种用于风电场站的混合储能调频控制装置。为了解决上述问题，本专利技术第一方面实施例提出一种用于风电场站的混合储能调频控制方法，所述风电场站包括风力发电单元和与所述风力发电单元连接的混合储能系统，所述混合储能系统包括功率型飞轮储能阵列系统和能量型电池储能阵列系统，所述用于风电场站的混合储能调频控制方法包括：接收到自动发电控制系统下发的AGC控制指令后，实时获取所述风电场站并网点处的电网频率偏差、电网频率变化率、所述功率型飞轮储能阵列系统的第一电量状态和所述能量型电池储能阵列系统的第二电量状态；根据所述第一电量状态和第二电量状态判断所述混合储能系统是否满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；若是，则根据所述电网频率偏差和所述电网频率变化率控制所述风电场站进入一次调频/虚拟惯量响应控制模式或AGC调频控制模式，以在所述一次调频/虚拟惯量响应控制模式下，控制所述混合储能系统进行一次调频/虚拟惯量响应，或者在所述AGC调频控制模式下，控制所述混合储能系统和所述风力发电单元进行AGC调频；若否，则控制所述混合储能系统进入闭锁状态，以对所述混合储能系统的工作状态进行修正，直至所述混合储能系统满足所述一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件。根据本专利技术实施例的用于风电场站的混合储能调频控制方法，基于先进的高功率飞轮物理储能技术和能量型电池储能技术，在风电场站加装混合储能系统，使风电场站同时具备响应一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频的功能。利用功率型飞轮储能阵列系统短时高功率频繁充放电特性，当电网频率发生时间较短且负荷扰动幅度较小的波动时，优先响应电网频率变化，即一次调频和虚拟惯量响应基本由功率型飞轮储能阵列系统控制实现；当功率型飞轮储能阵列系统在响应电网频率发生时间较长且负荷扰动幅度较大的波动而导致功率不足或SOC不足时，由能量型电池储能阵列系统辅助功率型飞轮储能阵列系统进行调频，AGC调频由功率型飞轮储能阵列系统和能量型电池储能阵列系统优先响应，配合风力发电单元完成功率调节。从而，该方法可以充分发挥功率型飞轮储能阵列系统可以短时高功率频繁充放电的技术特性，大幅降低能量型电池储能阵列系统的充放电次数，延长其使用寿命，降低能量型电池储能阵列系统的充放电倍率及深度，大幅提高安全性和可靠性，降低电池火灾爆炸等安全隐患，提高有偿一次调频/虚拟惯量响应补偿收益，提升风电场站AGC调频性能及补偿收益，提高调频精度，减少系统运维工作量，提高可运营天数，实现了新能源场站在全工况运行条件下具有一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频能力，提高了风电场站接入电网的稳定性和抗扰性，符合国家所提倡的节能减排、绿色发展以及碳达峰碳中和的发展战略。另外，根据本专利技术上述实施例的用于风电场站的混合储能调频控制方法还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，当所述第一电量状态处于第一预设电量范围，和/或所述第二电量状态处于第二预设电量范围时，确定所述混合储能系统满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；当所述第一电量状态不处于第一预设电量范围，且所述第二电量状态不处于第二预设电量范围时，确定所述混合储能系统不满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件，其中，所述第一预设电量范围的下限值小于所述第二预设电量范围的下限值，所述第一预设电量范围的上限值大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，所述风电场站包括风力发电单元和与所述风力发电单元连接的混合储能系统，所述混合储能系统包括功率型飞轮储能阵列系统和能量型电池储能阵列系统，所述用于风电场站的混合储能调频控制方法包括：/n接收到自动发电控制系统下发的AGC控制指令后，实时获取所述风电场站并网点处的电网频率偏差、电网频率变化率、所述功率型飞轮储能阵列系统的第一电量状态和所述能量型电池储能阵列系统的第二电量状态；/n根据所述第一电量状态和第二电量状态判断所述混合储能系统是否满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；/n若是，则根据所述电网频率偏差和所述电网频率变化率控制所述风电场站进入一次调频/虚拟惯量响应控制模式或AGC调频控制模式，以在所述一次调频/虚拟惯量响应控制模式下，控制所述混合储能系统进行一次调频/虚拟惯量响应，或者在所述AGC调频控制模式下，控制所述混合储能系统和所述风力发电单元进行AGC调频；/n若否，则控制所述混合储能系统进入闭锁状态，以对所述混合储能系统的工作状态进行修正，直至所述混合储能系统满足所述一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，所述风电场站包括风力发电单元和与所述风力发电单元连接的混合储能系统，所述混合储能系统包括功率型飞轮储能阵列系统和能量型电池储能阵列系统，所述用于风电场站的混合储能调频控制方法包括：
接收到自动发电控制系统下发的AGC控制指令后，实时获取所述风电场站并网点处的电网频率偏差、电网频率变化率、所述功率型飞轮储能阵列系统的第一电量状态和所述能量型电池储能阵列系统的第二电量状态；
根据所述第一电量状态和第二电量状态判断所述混合储能系统是否满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；
若是，则根据所述电网频率偏差和所述电网频率变化率控制所述风电场站进入一次调频/虚拟惯量响应控制模式或AGC调频控制模式，以在所述一次调频/虚拟惯量响应控制模式下，控制所述混合储能系统进行一次调频/虚拟惯量响应，或者在所述AGC调频控制模式下，控制所述混合储能系统和所述风力发电单元进行AGC调频；
若否，则控制所述混合储能系统进入闭锁状态，以对所述混合储能系统的工作状态进行修正，直至所述混合储能系统满足所述一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件。


2.根据权利要求1所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，当所述第一电量状态处于第一预设电量范围，和/或所述第二电量状态处于第二预设电量范围时，确定所述混合储能系统满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件；
当所述第一电量状态不处于所述第一预设电量范围，且所述第二电量状态不处于所述第二预设电量范围时，确定所述混合储能系统不满足一次调频/虚拟惯量响应及AGC调频条件，其中，所述第一预设电量范围的下限值小于所述第二预设电量范围的下限值，所述第一预设电量范围的上限值大于所述第二预设电量范围的上限值。


3.根据权利要求2所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，所述根据所述电网频率偏差和所述电网频率变化率控制所述混合储能系统进入一次调频/虚拟惯量响应控制模式或AGC调频控制模式，包括：
若所述电网频率偏差超出预设频率偏差范围或所述电网频率变化率超出预设频率变化率范围，则控制所述风电场站进入所述一次调频/虚拟惯量响应控制模式；
若所述电网频率偏差未超出所述预设频率偏差范围，且所述电网频率变化率未超出所述预设频率变化率范围，则控制所述风电场站进入所述AGC调频控制模式。


4.根据权利要求3所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，在所述AGC调频控制模式下，包括：
若所述AGC控制指令为减负荷控制指令，则比较所述混合储能系统的总有功功率和所述减负荷控制指令中包含的第一预设有功功率；
若所述第一预设有功功率小于或等于所述总有功功率，则控制所述混合储能系统单独吸收有功功率；
若所述第一预设有功功率大于所述总有功功率，则控制所述混合储能系统以满功率吸收有功功率，同时控制所述风力发电单元吸收有功功率，以提供功率补偿。


5.根据权利要求4所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，
在控制所述混合储能系统单独吸收有功功率，以及控制所述混合储能系统以满功率吸收有功功率的过程中，还包括：判断所述第一电量状态是否达到所述第一预设电量范围的上限值，若是，则控制所述功率型飞轮储能阵列系统停止吸收有功功率，由所述能量型电池储能阵列系统单独吸收有功功率；若所述第一电量状态未达到所述第一预设电量范围的上限值，则判断所述第二电量状态是否达到所述第二预设电量范围的上限值，若是，则控制所述能量型电池储能阵列系统停止吸收有功功率，并控制所述混合储能系统进入所述闭锁状态；若所述第二电量状态未达到所述第二预设电量范围的上限值，则控制所述能量型电池储能阵列系统持续单独吸收有功功率，直至完成减负荷控制指令对应的AGC调频；
在控制所述风力发电单元吸收有功功率的过程中，还包括：判断所述风力发电单元的有功功率是否小于或等于预设功率阈值，若是，则控制所述风力发电单元闭锁下调功率；若否，则控制所述风力发电单元调节风机桨距角以减少有功功率输出，直至完成减负荷控制指令对应的AGC调频。


6.根据权利要求3-5任一项所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，在所述AGC调频控制模式下，还包括：
若所述AGC控制指令为增负荷控制指令，则比较所述混合储能系统的总有功功率和所述增负荷控制指令中包含的第二预设有功功率；
若所述第二预设有功功率小于或等于所述总有功功率，则控制所述混合储能系统单独释放有功功率；
若所述第二预设有功功率大于所述总有功功率，则控制所述混合储能系统以满功率释放有功功率，同时控制所述风力发电单元释放有功功率，以提供功率补偿。


7.根据权利要求6所述的用于风电场站的混合储能调频控制方法，其特征在于，
在控制所述混合储能系统单独释放有功功率，以及控制所述混合储能系统以满功率释放有功功率的过程中，还包括：判断所述第一电量状态是否达到所述第一预设电量范围的下限值，若是，则控制所述功率型飞轮储能阵列系统停止释放有功功率，由所述能量型电池储能阵列系统单独释放有功功率；若所述第一电量状态未达到所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛自强，王智勇，马滕，陈烨，
申请(专利权)人：沈阳微控主动磁悬浮技术产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21