CN112491064A - 一种考虑soc自适应恢复的储能一次调频综合控制方法 - Google Patents

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叶成涛
温步瀛
翁智敏
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孔昱凯
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Abstract

本发明涉及一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，以电网调频死区为界，将储能参与调频的过程分为了调频阶段与SOC自恢复阶段。在调频阶段，采用的是一种考虑虚拟下垂控制、虚拟惯性控制与虚拟负惯性控制的综合控制策略，以最大化发挥储能参与电力***一次调频的作用。在SOC自恢复阶段，将SOC的恢复基准设置为(0.45‑0.55)的区间，既能减少储能启动SOC自恢复的次数，又能保证储能参与下一次调频的潜力。其恢复功率采用的是基于SOC的自适应控制规律，能有效防止其过充过放问题。

Description

一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法
技术领域
本发明涉及电力***控制领域，具体涉及一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法。
背景技术
随着环境保护意识的提高以及化石燃料的枯竭，大规模的可再生能源，如风电、光伏等正被广泛的应用于发电。然而可再生能源的波动性与不确定性，会严重影响电力***的供电安全。并且高比例的可再生能源对传统机组的替代会使***惯性降低，影响电力***的一次调频能力。因此，在这样的压力下，亟需寻找新的调频手段来弥补传统方式下一次调频能力的不足。近年来，电化学储能因其具有的动作迅速、控制灵活的优势被广泛地应用于辅助电网调频。
目前有关储能参与电力***一次调频控制策略的研究主要有以下几点问题：一方面是对SOC的管理多集中在调频阶段，未考虑到在调频死区内的SOC自恢复控制，有可能会造成储能的过充过放问题。另一方面就是在考虑了SOC自恢复时，调频阶段的控制策略过于简单，例如仅考虑了虚拟下垂控制的作用，无法充分发挥储能参与调频的最大作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，可以使SOC维持在其理想区间内，并防止出现过充过放而影响储能的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，包括以下步骤：
储能实时监测电力***的频率、频率变化率以及储能的SOC；
以电网调频死区为界，将储能参与调频的过程划分为调频阶段与SOC自恢复阶段；
根据实时监测电力***的频率，判断电力***频率是否超出其死区，以及储能SOC是否处在其理想范围内；
如果其频率超出死区，则储能参与***的一次调频；
如果频率未超出死区，则判断储能SOC是否在其理想范围内，如果不在，则储能启动自恢复控制；如果储能SOC已经处在其理想范围内，则储能既不参与调频，也无需进行SOC的自恢复。
进一步的，在调频阶段，根据不同的频率工况，采用不同的综合控制策略：
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作用的模式；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作用的模式。
进一步的，所述虚拟下垂控制、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：
ΔPD＝-KD×Δf
Figure BDA0002825666570000031
Figure BDA0002825666570000032
Δf为频率偏差，
Figure BDA0002825666570000033
为频率变化率，KD为虚拟下垂控制系数，KI为虚拟正惯性控制系数，K′I为虚拟负惯性系数。
进一步的，所述调频阶段储能的出力为：
Figure BDA0002825666570000034
其中，
Figure BDA0002825666570000035
频率处于恶化工况，
Figure BDA0002825666570000036
频率处于恢复工况。
进一步的，当频率调频死区内时，进行SOC的自适应恢复，具体为：
将SOC的恢复基准设为(0.45-0.55)的区间
Figure BDA0002825666570000037
式中，PD(SOC)、PC(SOC)分别表示SOC自恢复过程中储能的充放电功率。
进一步的，所述PD(SOC)与PC(SOC)根据自适应控制方法来确定其最佳取值，具体描述为：
(1)当SOC<0.45时，
PD(SOC)＝0
Figure BDA0002825666570000041
(2)当0.45≤SOC≤0.55时，
PD(SOC)＝PC(SOC)＝0
(3)当SOC>0.55时，
Figure BDA0002825666570000042
PC(SOC)＝0。
当n取不同值时，得到其自适应控制曲线如图3所示。优选的，取n为20，得到储能自恢复功率与SOC之间的关系如图4所示。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明电网调频死区为界，将储能参与调频的过程分为调频阶段与SOC自恢复阶段。在调频阶段综合考虑了虚拟下垂控制、虚拟惯性控制与虚拟负惯性控制的特征。在频率恶化阶段，采用虚拟下垂控制与虚拟惯性控制共同作用；在频率恢复阶段，采用虚拟下垂与虚拟负惯性控制共同作用。该综合控制模式相比于单一的下垂控制，能更好的发挥储能参与调频过程的作用，有益于减小储能的配置。
2、本发明将SOC的恢复基准设为(0.45-0.55)的区间，相比于将SOC恢复基准设为0.5的固定，一方面可以减小储能启动自恢复的次数，有益于延长其使用寿命，另一方面依旧可以保证储能在SOC自恢复之后参与下一次调频的潜力。此外，储能的自恢复功率采用的是基于SOC的自适应控制规律，可以使SOC维持在其理想区间内，并防止出现过充过放而影响储能的使用寿命。
附图说明
图1为本发明控制流程图；
图2为电网调频工况；
图3为本发明储能自恢复时的自适应控制曲线；
图4为本发明实施例储能自恢复时采用的自适应控制曲线；
图5为本发明实施例的仿真***示意图；
图6为本发明实施例阶跃负荷扰动下的***频率变化图；
图7位本发明实施例阶跃负荷扰动下的储能SOC变化图；
图8为本发明实施例连续负荷扰动曲线；
图9为本发明实施例连续负荷扰动下***频率变化图；
图10为本发明实施例连续负荷扰动下的储能SOC变化图；
图11为本发明实施例对不同SOC恢复基准时的储能启动自恢复次数的对比。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，包括以下步骤：
储能实时监测电力***的频率、频率变化率以及储能的SOC；
以电网调频死区为界，将储能参与调频的过程划分为调频阶段与SOC自恢复阶段；
根据实时监测电力***的频率，判断电力***频率是否超出其死区，以及储能SOC是否处在其理想范围内；
如果其频率超出死区，则储能参与***的一次调频；
如果频率未超出死区，则判断储能SOC是否在其理想范围内，如果不在，则储能启动自恢复控制；如果储能SOC已经处在其理想范围内，则储能既不参与调频，也无需进行SOC的自恢复。
在调频阶段，根据不同的频率工况，采用不同的综合控制策略：
在频率处于恶化工况
Figure BDA0002825666570000061
时，采用虚拟惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式；在频率处于恢复工况
Figure BDA0002825666570000062
时，采用虚拟负惯性响应与虚拟下垂控制共同作用的模式。
实施例1：
本实施例中，采用Matlab/Simulink中搭建了一个包括两台火电机组与一个储能的小型独立电力***，其额定频率为50Hz。其中火电机组带有完整的励磁和调速***，容量分别为200MVA和150MVA。***负荷为恒功率负荷，大小为322MW。分别在阶跃和连续2种典型负荷扰动工况下进行仿真分析。方法1为无储能；方法2为加入储能参与调频，其控制策略为本发明所提出的调频阶段控制策略，但是并未考虑到SOC的自恢复控制；方法3为加入储能参与调频，其控制策略仅考虑了虚拟下垂控制，调频死区内的SOC自恢复策略与采用本发明的自适应恢复控制；方法4为本发明控制方法。
从***频率变化图与储能***SOC变化图可知，加入储能参与调频后，***的频率偏差均较无储能时减小了，因此我们可以知道加入储能能够提升电网调频效果。由方法3与方法4的对比可知，调频阶段采用的考虑虚拟下垂控制、虚拟惯性响应和虚拟负惯性响应的综合控制策略比之单一的控制策略可以进一步减小其频率偏差，最大化储能参与调频的作用。由方法2与方法4的对比可知，考虑调频死区内的SOC自恢复，虽然会牺牲较小的调频能力，但是却能获得极佳的SOC维持效果。而从不同的SOC恢复基准的仿真对比可以看出，本发明所设置的(0.45-0.55)的恢复基准较0.5的恢复基准一方面可以减少储能启动自恢复的次数，延长其使用寿命，另一方面(0.45-0.55)的恢复基准依旧可以保证储能参与下一次调频的潜力。综合来看，本发明综合考虑了调频效果与SOC维持效果，其控制效果最佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
储能实时监测电力***的频率、频率变化率以及储能的SOC；
以电网调频死区为界，将储能参与调频的过程划分为调频阶段与SOC自恢复阶段；
根据实时监测电力***的频率，判断电力***频率是否超出其死区，以及储能SOC是否处在其理想范围内；
如果其频率超出死区，则储能参与***的一次调频；
如果频率未超出死区，则判断储能SOC是否在其理想范围内，如果不在，则储能启动自恢复控制；如果储能SOC已经处在其理想范围内，则储能既不参与调频，也无需进行SOC的自恢复。
2.根据权利要求1所述的一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，在调频阶段，根据不同的频率工况，采用不同的综合控制策略：
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作用的模式；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作用的模式。
3.根据权利要求2所述的一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，所述虚拟下垂控制、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：
ΔPD＝-KD×Δf
Figure FDA0002825666560000021
Figure FDA0002825666560000022
Δf为频率偏差，
Figure FDA0002825666560000023
为频率变化率，KD为虚拟下垂控制系数，KI为虚拟正惯性控制系数，K′I为虚拟负惯性系数。
4.根据权利要求3所述的一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，所述调频阶段储能的出力为：
Figure FDA0002825666560000024
其中，
Figure FDA0002825666560000025
频率处于恶化工况，
Figure FDA0002825666560000026
频率处于恢复工况。
5.根据权利要求1所述的一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，当频率调频死区内时，进行SOC的自适应恢复，具体为：
将SOC的恢复基准设为(0.45-0.55)的区间
Figure FDA0002825666560000027
式中，PD(SOC)、PC(SOC)分别表示SOC自恢复过程中储能的充放电功率。
6.根据权利要求5所述的一种考虑SOC自适应恢复的储能一次调频综合控制方法，其特征在于，所述PD(SOC)与PC(SOC)根据自适应控制方法来确定其最佳取值，具体描述为：
(1)当SOC＜0.45时，
PD(SOC)＝0
Figure FDA0002825666560000031
(2)当0.45≤SOC≤0.55时，
PD(SOC)＝PC(SOC)＝0
(3)当SOC＞0.55时，
Figure FDA0002825666560000032
PC(SOC)＝0。
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