CN114039386A - 一种储能和风电联合一次调频优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，包括风电机组和储能单元，风电机组通过控制器控制向电网输送电力并向储能单元充电补充电能，风电机组的功率输出留有参与电网一次调频的能力，储能单元用于参与电网一次调频，当电网出现一次调频需求时，所述方法应对一次调频需求出现的频率偏差∆f建立调频功率量∆P。本发明方法将风机和储能看成一个整体计算一次调频量，综合考虑了风机和储能之间如何经济、合理地进行能量分配的问题，利用储能电池的快速性提高整站一次调频性能，使得风机在最大功率控制的同时具备和常规火电机组相同的惯性响应特性，提高了新能源的接纳能力。

Description

一种储能和风电联合一次调频优化控制方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，更具体地，涉及一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，主要用于改善配套储能风电场频率响应特性并主动参与电网一次调频的能力。

背景技术

频率是电力***最重要的运行参数之一，频率变化对***的安全稳定运行具有重要的影响。近年来，风力发电在电力***中的渗透率不断提升，对电网的频率安全提出了挑战：风电机组处于最大功率跟踪控制(MPPT)并通过电力电子控制，使其不具备惯性响应和一次调频的能力；随着风力发电等新能源大规模并网，使***的惯性常数和调频备用容量降低。

为确保发电厂和用电网络安全，根据《华东区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《华东区域发电厂并网运行管理实施细则》要求，风电场站须具备一次调频响应功能。目前风电场站自身参与调频的控制方法主要是以牺牲自身经济性为代价，这与电力***经济性诉求相反，并且受转子转速约束和变桨控制响应慢的影响，仅靠风电机组难以满足***调频需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，使风电场站在并网点具备主动支撑参与电网频率快速调整能力，满足风力发电在电力***中高渗透率下的电网调频需求，确保电网安全稳定运行，提高了新能源的接纳能力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，包括风电机组和储能单元，风电机组通过控制器控制向电网输送电力并向储能单元充电补充电能，风电机组的功率输出留有参与电网一次调频的能力，其中：储能单元用于参与电网一次调频，当电网出现一次调频需求时，所述方法应对一次调频需求出现的频率偏差Δf建立调频功率量ΔP；

当ΔP＞0，分两种工作情况：

第一种工作状况是：如果P_1max-P₁₀＞ΔP，则提升风电机组输出功率进行电网一次调频；而如果P_1max-P₁₀＜ΔP则由提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由储能单元来补偿风机功率缺额；

第二种工作状况是：获取储能电池的SOC数据，判定储能电池当前SOC状态是否满足SOC＞SOC_min，如果满足，则储能单元放电单独进行电网一次调频，如果不满足，则提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能单元缺额；

当ΔP＜0，若储能单元处于满容量状态，则仅由风电机组降功率运行进行电网一次调频；若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│，则仅由对储能单元的充电进行电网一次调频，而当P_2max-P₂₀＜│ΔP│，则由对储能单元的充电和风电机组降功率共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能充电功率缺额；

其中：

P_1max为当前风电机组可调功率上限；

P₁₀为调频开始时刻风电机组输出有功功率；

P_2max为当前储能单元充电功率上限；

P₂₀为储能单元有功功率；

△f＝f_ref-f_meas，f_ref为电网额定频率50Hz，f_meas为实际电网频率；

K_pf为下垂控制系数；

P_N为风电机组的额定功率；

δ％为机组调差系数；

SOC为储能电池可用容量，通过实时监测获得；

SOC_min为储能电池满足调节的最小容量。

方案进一步是：当ΔP＞0时，在第一种工作状况和第二种工作状况中，首先选择第二种工作状况。

方案进一步是：所述参与电网一次调频的功率输出能力的范围是±6％P_N。

方案进一步是：当ΔP＞0时，所述前风电机组可调功率上限是通过调整风机的桨距角改变风机叶轮的转速使风电机组的输出功率在风机MPPT模式下的最大输出功率。

方案进一步是：在无调频需求时，检测储能单元的SOC数据，当储能单元处于欠容量状态时，提升风电机组输出功率向储能单元充电。

方案进一步是：所述储能单元是由多组储能电池并联组成，每一组储能电池带有自己的控制器，当ΔP＞0时，在所述第二种工作状况中，所述获取储能电池的SOC数据是对获取每一组储能电池SOC_i的数据集合；放电时，依据每一组储能电池SOC_i的大小从大至小依次放电；

当ΔP＜0，若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│时，所述储能单元的充电进行电网一次调频是：获取每一组储能电池SOC_i的数据，依据每一组储能电池SOC_i的大小从小至大依次充电。

方案进一步是：每一组储能电池设置两个调频触发指令：分别为放电触发指令和充电触发指令；

当ΔP＞0的调频放电过程中，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许放电的时间长度，放电过程中，当储能电池的调频过程中放电时间达到允许放电的时间长度后该组储能电池停止放电；

当ΔP＜0，储能单元处于欠容量状态，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许充电的时间长度，充电过程中，当储能电池的调频过程中充电时间达到允许充电的时间长度后该组储能电池停止充电。

方案进一步是：每个储能电池的放电触发指令的时间长度和充电触发指令的时间长度随着SOC_i的不同而线性改变。

方案进一步是：所述允许放电的时间长度是储能电池的可用容量降到额定容量70％时的放电时间长度；所述允许充电的时间长度是储能电池的可用容量上升到额定容量90％时的充电时间长度。

本发明的有益效果是：

本发明方法将风机和储能看成一个整体计算一次调频量，综合考虑了风机和储能之间如何经济、合理地进行能量分配的问题，利用储能电池的快速性提高整站一次调频性能，使得风机在最大功率控制的同时具备和常规火电机组相同的惯性响应特性，并主动参与电网调频，避免了风电单独参与电网调频时需要过多预留出力的不经济问题或单独调频时调频性能不达标的问题，减少了弃风现象的发生，提高了新能源的接纳能力。

本发明将储能单元设置为由多组储能电池并联组成，充放电时考虑各组储能电池的状态区分对待进行充放电，提高了储能电池的使用寿命。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明配套储能风电场的***结构示意图。

图2是风电场站下垂控制原理图；

图3是风储协同一次调频指令分配总框图；

图4是低频扰动下风机工作于MPPT状态一次调频指令分配框图；

图5是低频扰动下风机工作于限功率状态一次调频指令分配框图；

图6是高频扰动下储能电池工作于充满电状态一次调频指令分配框图；

图7是高频扰动下储能电池工作于非充满电状态一次调频指令分配框图；

图8是风机一次调频组合控制示意图；

图9是储能一次调频组合控制示意图；

图10是储能电池SOC分区示意图；

图11是储能电池SOC分区控制策略框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“连接”、“置于”应做广义理解，例如“连接”可以是导线连接，也可以是机械连接；“置于”可以是固定连接放置，也可以是一体成形放置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，如图1所示，该方法是由储能单元1通过DC/DC换流器2并联接入风电机组3的AC/DC整流器的直流母线上，再经DC/AC逆变器4由变压器5馈入电网6。应对电网出现扰动时的频率波动，风力发电机(PMSG)输出的交流电通过双PWM全功率变流器先进行整流，与储能部分并联后再进行逆变，通过升压站并入电网。和光伏、风电等分布式电源不同，储能具有发出和吸收电能的双向调节性能，具有响应速度快，控制精度高，不受地域限制，投切灵活性强，因而能够快速地响应***频率变化，支撑电网频率。

所述方法包括风电机组3和储能单元1，风电机组3通过风机控制器7控制向电网6输送电力并向储能单元1充电补充电能，风电机组3的功率输出留有参与电网一次调频的能力，所述参与电网一次调频的功率输出能力的范围是±6％P_N。其中：储能单元1通过储能控制器8控制用于参与电网一次调频，当电网出现一次调频需求时，所述方法首先应对一次调频需求出现的频率偏差Δf建立调频功率量ΔP；

当ΔP＞0，分两种工作情况：

第一种工作状况是：如果P_1max-P₁₀＞ΔP，则提升风电机组输出功率进行电网一次调频；而如果P_1max-P₁₀＜ΔP则由提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由储能单元来补偿风机功率缺额；

第二种工作状况是：获取储能电池的SOC数据，判定储能电池当前SOC状态是否满足SOC＞SOC_min，如果满足，则储能单元放电单独进行电网一次调频，如果不满足，则提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能单元缺额；

当ΔP＜0，若储能单元处于满容量状态，则仅由风电机组降功率运行进行电网一次调频；在无调频需求时，检测储能单元的SOC数据，若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│，在风电机组输出功率不变的状态下，则仅由对储能单元的充电(相当于分流风电机组的功率输出)进行电网一次调频，而当P_2max-P₂₀＜│ΔP│，则由对储能单元的充电和风电机组降功率共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能充电功率缺额；

其中：

P_1max为当前风电机组可调功率上限；

P₁₀为调频开始时刻风电机组输出有功功率；

P_2max为当前储能单元充电功率上限；

P₂₀为储能单元有功功率；

△f＝f_ref-f_meas，f_ref为电网额定频率50Hz，f_meas为实际电网频率；

K_pf为下垂控制系数；

P_N为风电机组的额定功率；

δ％为机组调差系数，取0.05；

SOC为储能电池可用容量，通过实时监测获得；

SOC_min为储能电池满足调节的最小容量。

其中：当ΔP＞0时，在第一种工作状况和第二种工作状况中，首先选择第二种工作状况。当ΔP＞0时，所述前风电机组可调功率上限是通过调整风机的桨距角改变风机叶轮的转速使风电机组的输出功率在风机MPPT模式下的最大输出功率。

并且：当储能单元处于欠容量状态时，提升风电机组输出功率向储能单元充电。

为了提高提高了储能电池的使用寿命：如图1所示，所述储能单元是由多组储能电池101并联组成，并且，每一组储能电池带有自己的控制器102，当ΔP＞0时，在所述第二种工作状况中，所述获取储能电池的SOC数据是对获取每一组储能电池SOC_i的数据集合；放电时，依据每一组储能电池SOC_i的大小从大至小依次放电。进一步，当ΔP＜0，若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│时，所述储能单元的充电进行电网一次调频是：获取每一组储能电池SOC_i的数据，依据每一组储能电池SOC_i的大小从小至大依次充电。

其中：每一组储能电池设置两个调频触发指令：分别为放电触发指令和充电触发指令；

当ΔP＞0的调频放电过程中，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许放电的时间长度，放电过程中，当储能电池的调频过程中放电时间达到允许放电的时间长度后该组储能电池停止放电；

当ΔP＜0，储能单元处于欠容量状态，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许充电的时间长度，充电过程中，当储能电池的调频过程中充电时间达到允许充电的时间长度后该组储能电池停止充电。

每个储能电池的放电触发指令的时间长度和充电触发指令的时间长度随着SOC_i的不同而线性改变。

为了实现快速的调节，所述允许放电的时间长度是储能电池的可用容量降到额定容量70％时的放电时间长度；所述允许充电的时间长度是储能电池的可用容量上升到额定容量90％时的充电时间长度。

下面以调配指令的方式，对上述方法进行更详细的说明，其中对于指令的大小描述指的是指令所带来的调节功率的大小。

具体的一次调频优化控制方法包括以下几个步骤：

(1)整站能量管理平台(上层控制器)根据电网频率以及功率-频率特性计算出场站一次调频功率指令。

(2)上层控制器按照经济性原则和储能优先原则将调频功率指令分配给储能控制器8和风机控制器7。

(3)风机控制器监测风速、风向、电网有功功率及各台风机状态，结合风机调频功率指令，调节风机的转速和桨距，满足风机的一次调频功率需求。

(4)储能控制器8根据储能调频功率指令和电池SOC状态控制电池充放电，实现储能电池与电网之间的双向能量传递，从而使风电机组在最大功率追踪的同时具备主动参与电网一次调频的能力。

(1)计算场站一次调频功率指令

由于风电机组和储能电池通过逆变器等电力电子装置与电网相联，不含有旋转设备，无惯性响应能力，如图2所示，所述方法设置了独立于风机和储能的上层控制器，即整站能量管理平台，引入下垂控制计算整个风电场站需要输出的调频功率指令P_ref。

△f＝f_ref-f_meas

△P＝K_pf△f

P₀＝P₁₀+P₂₀

P_ref＝△P+P₀

式中，△f为***频率偏差，f_ref为***额定频率50Hz，f_meas为实际电网频率。△P为对应频差△f下的调频功率量，K_pf为下垂控制系数。P_ref为风电场站调频功率指令，范围为±6％P_N，P_N为场站额定功率，P₁₀、P₂₀分别为调频开始时刻风机和储能的有功功率，P₀为二者之和。

(2)调频指令分配

上层控制器将整站调频功率指令P_ref分配给储能和风机，如图3所示，分配时按照经济性原则和储能优先原则，当检测到电网频率f_meas越过一次调频死区f_d时，上层控制器计算调频功率量ΔP。当ΔP＞0，即电网频率f_meas＜49.963，分两种工作情况：①若风电机组处于限功率状态，并且当前风电机组可调功率值P_1max-P10＞ΔP，则仅由风机升功率参与一次调频，式中P_1max为当前风机可调功率上限；否则，由风机升功率和储能单元放电共同参与一次调频，由储能来补偿风机功率缺额；②若风电机组工作于MPPT状态，则仅由储能单元放电参与一次调频。当ΔP＜0，即电网频率f_meas＞50.033，也分两种工作情况：①若储能单元处于满容量状态，则仅由风机降功率运行参与一次调频；②若储能单元处于欠容量状态，并且当前储能单元最大可充电功率P_2max-P₂₀＞│ΔP│，则仅由储能充电参与电网调频，式中P_2max为当前储能单元充电功率上限；否则，由储能单元充电和风机降功率共同参与一次调频，由风机来补偿储能充电功率缺额。

更进一步地，调频功率指令P_ref按照经济性原则和储能优先原则分配给储能和风机细分为以下工况：

①如图4所示，在低频扰动下风机工作于MPPT状态，即f_meas<f_ref-f_d，△P>0，P₁₀＝P_1max。首先需要判定储能电池的当前SOC状态是否满足SOC>SOC_min的放电约束，不满足不放电。若储能电池SOC≤SOC_min，即P₂₀≤0，P_2max＝0，则P_1ref＝P₁₀＝P_1max，P_2ref＝P_2max＝0，整个风电场站无调频能力；若储能电池SOC>SOC_min，即P_2max>0，分两种情况：若P_2max<P₂₀+△P，则P_1ref＝P₁₀＝P_1max，P_2ref＝P_2max，仅由储能调节参与电网调频，但调频效果不达标，调频缺额P_lack＝P₂₀+△P-P_2max；若P_2max≥P₂₀+△P，则P_1ref＝P₁₀＝P_1max，P_2ref＝P₂₀+△P，仅由储能调节参与电网调频，储能控制器调节电池少充电或者转放电。当电网频率未达到新的稳态时，储能电池持续放电，直至频率达到新的稳态，本次调频结束。

②如图5所示，在低频扰动下风机工作于限功率状态，即f_meas<f_ref-f_d，△P>0，P₁₀<P_1max。首先需要判定当前风机可调功率上限能否满足调频需求，根据经济性原则优先风机参与调节。若风机可调功率值P_1max-P₁₀≥△P，则P_1ref＝P_ref＝P₁₀+△P，P_2ref＝P₂₀，仅由风机调节参与电网调频。若P_1max-P₁₀<△P，需要判定储能电池的当前SOC状态是否满足SOC>SOC_min的放电约束，不满足不放电。若P_1max-P₁₀<△P且储能电池SOC≤SOC_min，即P₂₀≤0，P_2max＝0则P_1ref＝P_1max<P_ref，P_2ref＝P_2max＝0，仅由风机调节参与电网调频，但调频效果不达标，调频缺额P_lack＝P₁₀+△P-P_1max；若P_1max-P₁₀<△P且储能电池SOC>SOC_min，即P_2max>0，分两种情况：若P_2max<P₂₀+△P-(P_1max-P₁₀)，则P_1ref＝P_1max，P_2ref＝P_2max，由风机和储能共同调节参与电网调频，但调频效果不达标，调频缺额P_lack＝P_ref-P_1max-P_2max；若P_2max≥P₂₀+△P-(P_1max-P₁₀)，则P_1ref＝P_1max，P_2ref＝P_ref-P_1ref＝P_ref-P_1max，由储能电池少充电或者转放电来弥补风机调频缺额，风机和储能共同调节参与电网调频。当电网频率未达到新的稳态时，风机持续升功率、储能电池持续放电，直至频率达到新的稳态，本次调频结束。

③如图6所示，在高频扰动下储能电池工作于充满电状态，即f_meas>f_ref+f_d，△P>0，SOC≥SOC_max，P₂₀≥0，P_2min＝0，首先需要判定当前风机可调功率下限能否满足调频需求，分两种情况：若P_1min>P₁₀+△P，则P_1ref＝P_1min，P_2ref＝P_2min＝0，仅由风机减载运行参与电网调频，但调频效果不达标，调频缺额P_lack＝P₁₀+△P-P_1min；若P_1min≤P₁₀+△P，则P_1ref＝P₁₀+△P，P_2ref＝P_2min＝0，仅由风机减载运行参与电网调频。当电网频率未达到新的稳态时，风机持续减载运行，直至频率达到新的稳态，本次调频结束。

④如图7所示，在高频扰动下储能电池工作于非充满电状态，即f_meas>f_ref+f_d，△P>0，SOC<SOC_max，P_2min<0，首先需要判定当前储能电池可调功率下限能否满足调频需求，根据储能优先原则优先储能电池参与调节。若P_2min≤P₂₀+△P，则P_1ref＝P₁₀，P_2ref＝P₂₀+△P，仅由储能调节参与电网调频。若P_2min>P₂₀+△P，分两种情况：若P_1min>P₁₀+△P-(P_2min-P₂₀)，则P_1ref＝P_1min，P_2ref＝P_2min，由风机和储能共同调节参与电网调频，但调频效果不达标，调频缺额P_lack＝P_ref-P_1min-P_2min；若P_1min≤P₁₀+△P-(P_2min-P₂₀)，则P_1ref＝P_ref-P_2ref＝P_ref-P_2min，P_2ref＝P_2min，由风机减载运行来弥补储能调频缺额，风机和储能共同调节参与电网调频。当电网频率未达到新的稳态时，风机持续减载运行、储能电池持续充电，直至频率达到新的稳态，本次调频结束。

(3)风机参与一次调频

上层控制器(整站能量管理平台)将调频功率指令P_ref按照经济性原则和储能优先原则分配给风机和储能，形成风机调频功率指令P_1ref和储能调频功率指令P_2ref，风机和储能控制器根据各自调频指令，加入虚拟惯性控制策略，结合自身状态控制风机调整出力、储能电池充放电，从而满足整站一次调频需求。

一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，如图8所示，该方法中风机控制器采用虚拟惯性控制、超速控制和桨距角控制三种方法组合控制。

风机虚拟惯性控制是模拟常规同步发电机组对电网频率变化的惯性响应，通过在机测变流器的控制***中增加频率变化率控制环，实现风机旋转动能的快速增减，进而改变输出功率响应一次调频。当电网频率变化时，虚拟惯性控制输出的附加功率为：

式中K_1df为风机惯性系数。

要使风机具备类似于常规火电机组的一次调频能力，仅靠虚拟惯性控制会导致频率恢复过程中的二次跌落/升高问题，该方法采用超速控制和桨距角控制根据实时风速确定一次调频的备用功率和容量需求，使风机追踪次优功率曲线，预留一部分的有功功率。

P_1p(v)＝P_1ref-P_1d

E_1p(v)＝P_1p(v)T_s

式中，P_1p(v)为风速v时的风机一次调频功率需求，E_1p(v)为风速v时的风机一次调频容量需求，T_s为风速采用时间间隔。

风机追踪最优功率曲线，运行在MPPT模式下，其在风速v下的最优功率为：

式中，w为风机叶轮转速，β为桨距角，ρ为空气密度，A为风机叶轮的扫风面积，R为风机叶轮半径，λ为风力叶尖速比，C_p为风能利用系数，其为w和β的函数。w₀和β₀分别为风机MPPT运行时的转速和桨距角，P₁(v)在风速v时的风机减载运行输出功率。

根据风机功率计算公式可知，在风速v恒定的情况下，风机的不同转速w和桨距角β对应不同的C_p，进而对应不同的功率输出。通过转速w和桨距角β的调节控制风机改变运行曲线，实现减载运行，满足风速v时的风机一次调频功率需求。

风机通过超速控制改变转速w提供的调频功率和容量为：

P_1p1(v)＝P_opt(v)-P₁(v,w)

E_1p1(v)＝P_1p1(v)T_s

式中，P₁(v,w)为风速v、转速w时的风机减载运行输出功率，P_1p1(v)、E_1p1(v)分别为风速v、转速w时的风机备用功率和容量。

风机通过变桨距控制改变桨距β提供的调频功率和容量为：

P_1p2(v)＝P_opt(v)-P₁(v,β)

E_1p2(v)＝P_1p2(v)T_s

式中，P₁(v,β)为风速v、桨距β时的风机减载运行输出功率，P_1p2(v)、E_1p2(v)分别为风速v、桨距β时的风机备用功率和容量。

若满足：

P_1p(v)＝P_1p1(v)+P_1p2(v)

E_1p(v)＝E_1p1(v)+E_1p2(v)

则风机通过调节转速w和桨距角β预留的备用功率和容量满足调频需求。

(4)储能参与一次调频

风电场站通过风机减载运行提供了一次调频备用容量，但导致弃风现象，降低了场站的发电效益，调频成本较高。对于配套储能***的风电场站，利用储能提供调频备用容量，提高一次调频响应性能，减少弃风现象发生。

为提高储能电池的使用寿命，如图9所示，所述方法中储能控制器采用虚拟惯性控制和SOC分区控制。

储能虚拟惯性控制跟风机虚拟惯性控制原理类似，当电网频率变化时，虚拟惯性控制输出的附加功率为：

式中K_2df为储能电池惯性系数。

储能电池一次调频功率指令为：

式中，P_2i为各个储能电池分配到的调频指令，n为储能单元个数。

传统的储能控制策略不考虑储能电池的SOC状态，当电网频率发生变化，调频功率指令不为0时，所有的储能电池都会响应，导致SOC较高或较低的储能电池容易过充过放，减少储能电池的使用寿命。因此考虑当前每个储能电池的SOC状态，提出SOC分区控制策略。

如图10所示，按照储能电池SOC的不同将其划分为五个区间，从上至下依次为放电区、放电优先区、正常充放电区、充电优先区、充电区，SOC_max、SOC_min分别为储能电池SOC的上下限，SOCh、SOCl分别代表正常充放电区间的上下限，放电区和放电优先区的SOC区间记为SOC_high，充电优先区和充电区的SOC区间记为SOC_low。

为每个储能电池i设置两个调频触发指令：放电触发指令Pdis、充电触发指令P_cha，式中0<Pdis≤P_max，P_min≤P_cha<0，P_max、P_min分别为储能电池调频指令的上下限。每个储能电池i的放电触发指令Pdis和充电触发指令P_cha会随着SOC的不同而线性改变，SOC越靠近SOC_max或者SOC_min，P_dis越大，P_cha越小，相当于储能电池SOC越靠近上下限，充放电的门槛越高，从而在满足一次调频需求的同时延长电池的使用寿命。

如图11所示，放电过程中，即P_2i>0，若SOC∈SOC_high，只有当储能电池i的调频指令大于放电触发指令，即P_2i>P_dis，储能电池才会进行放电，否则储能电池不动作；若

储能电池直接放电参与调频。

充电过程中，即P_2i<0，若SOC∈SOC_low，只有当储能电池i的调频指令小于充电触发指令，即P_2i<P_cha，储能电池才会进行充电，否则储能电池不动作；若

储能电池直接充电参与调频。

Claims (9)

1.一种储能和风电联合一次调频优化控制方法，包括风电机组和储能单元，风电机组通过控制器控制向电网输送电力并向储能单元充电补充电能，风电机组的功率输出留有参与电网一次调频的能力，其特征在于，储能单元用于参与电网一次调频，当电网出现一次调频需求时，所述方法应对一次调频需求出现的频率偏差Δf建立调频功率量ΔP；

当ΔP＞0，分两种工作情况：

第一种工作状况是：如果P_1max-P₁₀＞ΔP，则提升风电机组输出功率进行电网一次调频；而如果P_1max-P₁₀＜ΔP则由提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由储能单元来补偿风机功率缺额；

第二种工作状况是：获取储能电池的SOC数据，判定储能电池当前SOC状态是否满足SOC＞SOC_min，如果满足，则储能单元放电单独进行电网一次调频，如果不满足，则提升风电机组输出功率和储能单元放电共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能单元缺额；

当ΔP＜0，若储能单元处于满容量状态，则仅由风电机组降功率运行进行电网一次调频；若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│，则仅由对储能单元的充电进行电网一次调频，而当P_2max-P₂₀＜│ΔP│，则由对储能单元的充电和风电机组降功率共同进行电网一次调频，由风电机组来补偿储能充电功率缺额；

其中：

P_1max为当前风电机组可调功率上限；

P₁₀为调频开始时刻风电机组输出有功功率；

P_2max为当前储能单元充电功率上限；

P₂₀为储能单元有功功率；

△f＝f_ref-f_meas，f_ref为电网额定频率50Hz，f_meas为实际电网频率；

K_pf为下垂控制系数；

P_N为风电机组的额定功率；

δ％为机组调差系数；

SOC为储能电池可用容量，通过实时监测获得；

SOC_min为储能电池满足调节的最小容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当ΔP＞0时，在第一种工作状况和第二种工作状况中，首先选择第二种工作状况。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参与电网一次调频的功率输出能力的范围是±6％P_N。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当ΔP＞0时，所述前风电机组可调功率上限是通过调整风机的桨距角改变风机叶轮的转速使风电机组的输出功率在风机MPPT模式下的最大输出功率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在无调频需求时，检测储能单元的SOC数据，当储能单元处于欠容量状态时，提升风电机组输出功率向储能单元充电。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能单元是由多组储能电池并联组成，每一组储能电池带有自己的控制器，当ΔP＞0时，在所述第二种工作状况中，所述获取储能电池的SOC数据是对获取每一组储能电池SOC_i的数据集合；放电时，依据每一组储能电池SOC_i的大小从大至小依次放电；

当ΔP＜0，若储能单元处于欠容量状态，并且当P_2max-P₂₀＞│ΔP│时，所述储能单元的充电进行电网一次调频是：获取每一组储能电池储能电池可用容量SOC_i的数据，依据每一组储能电池SOC_i的大小从小至大依次充电。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每一组储能电池设置两个调频触发指令：分别为放电触发指令和充电触发指令；

当ΔP＞0的调频放电过程中，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许放电的时间长度，放电过程中，当储能电池的调频过程中放电时间达到允许放电的时间长度后该组储能电池停止放电；

当ΔP＜0，储能单元处于欠容量状态，按照储能电池SOC_i的不同确定每一组储能电池放电触发指令允许充电的时间长度，充电过程中，当储能电池的调频过程中充电时间达到允许充电的时间长度后该组储能电池停止充电。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个储能电池的放电触发指令的时间长度和充电触发指令的时间长度随着SOC_i的不同而线性改变。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述允许放电的时间长度是储能电池的可用容量降到额定容量70％时的放电时间长度；所述允许充电的时间长度是储能电池的可用容量上升到额定容量90％时的充电时间长度。

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