可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，该方法主要包括如下步骤：1)直流侧储能电池在其自身荷电状态(SOC)过充/过放，或者储能电池温度过高时进行系统多模式切换控制；2)风电系统的惯量系数和阻尼/下垂系数随风机转速及直流侧储能电池SOC进行自适应调整，根据惯量

【技术实现步骤摘要】
可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法


[0001]本申请涉及新能源控制
，尤其涉及一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源风力发电渗透率的提升，电网将面临频率波动、惯性响应不足等挑战。首先，当前的新能源往往依赖电力电子设备进行并网，失去了传统同步机的惯量支撑特性；其次，新能源本身存在不确定性和震荡性的问题，而且为了满足经济效益最大化往往采用最大功率追踪控制，导致新能源无法实时参与系统的频率支撑调节。近年来，可以快速、精确地控制系统功率输出特性的储能电池逐渐成为电力系统调频的重要辅助手段。同时，储能电池成本的不断降低，也使得一系列促进储能发展的政策相继出台。在这种背景下，亟待对储能电池等辅助资源和新能源发电的协同运行和调频控制策略进行研究，增强储能电池参与电力系统频率主动支撑的可行性。
[0003]对于风电机组的惯量控制方法，主要有基于频率响应的附加功率给定控制和基于虚拟同步机的电压源型控制。前者是指在原有逆变器最大功率跟踪控制的基础上，引入电网频率的微分偏差，生成功率附加量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，包括：S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；S6：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量
‑
下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；S7：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。2.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度，具体包括以下步骤：S101，采集所述当前时刻的电网频率及直流侧储能电池SOC；S102，取所述直流侧储能电池的持续工作时间为Δt，根据拟合法来计算所述直流侧储能电池温度T
BESS
，如下所示：式中，K0、K1、K2、K3为和温度相关的储能循环寿命系数，K
T
为电热比系数，T
c
为温度值，τ为冷却时间系数，ΔP
BESS
为所述储能电池输出的有功功率。3.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间，具体包括以下步骤：
S201，建立f1_high，f1_low，f2_high，f2_low这四个点，满足f2_low<f1_low<0<f1_high<f2_high，其中f1_low到f1_high之间的范围即为所述频率调节阈值；S202，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果大于等于f1_low且小于等于f1_high，则认为所述风电系统处于频率正常场景；S203，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f1_high且小于等于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边可调场景；S204，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边危险场景；S205，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于等于f2_low且小于f1_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边可调场景；S206，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果小于f2_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边危险场景；S207，建立SOC1，SOC2，SOC3，SOC4，SOC5，SOC6这六个点，满足0<SOC1<SOC2<SOC3<0.5<SOC4<SOC5<SOC6<1，其中SOC3到SOC4之间的范围即为所述SOC合理区间；S208，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC小于SOC1，则认为所述储能电池处于下限区间；S209，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC1且小于SOC2，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的次优状态；S210，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC2且小于SOC3，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的最优状态；S211，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC3且小于等于SOC4，则认为所述储能电池处于SOC合理区间；S212，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC4且小于等于SOC5，则认为所述储能电池处于过SOC区间的最优状态；S213，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC5且小于等于SOC6，则认为所述储能电池处于过SOC区间的次优状态；S214，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC6，则认为所述储能电池处于上限区间。4.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否超过上限/下限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电，具体包括以下步骤：S301，所述直流侧储能电池SOC正常运行状态：当所述直流侧储能电池没有处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压稳定；S302，所述直流侧储能电池SOC过充/过放状态：当所述直流侧储能电池处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式来维持直流母线电压稳定，直流侧逆变器切换为恒流放电/充电模式来释放/恢复储能电池的电量；
S303，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量
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下垂控制计算得出。5.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温，具体包括以下步骤：S401，所述直流侧储能电池温度正常状态：如果直流侧储能电池温度小于温度上限值，此时所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压的稳定；S402，所述直流侧储能电池温度过高状态：如果直流侧储能电池温度大于等于温度上限值，切断所述直流侧储能电池的逆变器控制信号，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式以维持直流母线电压稳定，所述直流侧储能电池不进行任何操作来降温；S403，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量
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下垂控制计算得出。6.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复，具体包括以下步骤：S501，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘非负，所述风电系统的惯量系数J设定为初始值J
ini
，即：J＝J
ini
；S502，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘为负，所述风电系统的惯量系数J如下式所示：J＝J
ini
‑
ΔJ式中，ΔJ为惯量系数的变化量；S503，当所述风电系统处于频率故障场景时，在同一风速的情况下，所述风电系统的风机阻尼/下垂系数K
WT
的转速自适应调整具体如下式：S5031，如果所述风电系统处于所述频率正常场景，此时所述风电系统的风机阻尼/下垂系数为初始设定值K
WT_ini
；S5032，如果所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调和危险场景，所述风机进行超速减载，对应的阻尼/下垂系数K
WT_speed
可以根据所述风机的转速最高值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K
WT_speed
关于风机转速的下垂曲线；S5033，如果所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差小于频率调节阈值范围，所述风机进行减速释能，对应的阻尼/下垂系数K
WT_slow
可以根据所述风机的转速最低值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K
WT_slow
关于风机转速的下垂曲线；S504，当所述风电系统处于频率故障场景时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K
PFR
分为充电状态和放电状态，具体如下所示：
S5041，处于充电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K
PFR_cha
具体如下所示：S50411，若所述储能电池处于所述欠SOC区间和SOC合理区间时，K
PFR_cha
为初始最大设定值K
PFR_max
；若储能电池处于上限区间，K
PFR_cha
设定为0；S50412，若所述储能电池处于所述过SOC区间时，构建K
PFR_cha
关于SOC的单调递减函数；S5042，处于放电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K
PFR
＝K
PFR_dis
；S50421，若所述储能电池处于所述下限区间时，K
PFR_dis
设定为0；若所述储能电池处于过SOC区间和SOC合理区间时，K
PFR_dis
为初始最大设定值K
PFR_max
；S50422，若所述储能电池处于所述欠SOC区间时，构建K
PFR_dis
关于SOC的单调递增函数。S505，当所述风电系统处于频率正常场景或频率故障场景时，所述直流侧储能电池SOC恢复出力系数K
RSOC
分为充电状态和放电状态，满足K
RSOC
＝K
RSOC_re
×
K
RSOC_f
，其中K
RSOC_re
和K
RSOC_f
分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽宇，孙丹，年珩，李春来，杨立滨，李正曦，刘庭响，周万鹏，安娜，马俊雄，王恺，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司清洁能源发展研究院国网青海省电力公司经济技术研究院国网青海省电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：