CN102593872A - 一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法。该控制方法包括下述步骤：A、判定电力系统的状态和风光储联合发电系统所处的控制区域；B、在所述控制区域内控制计时器计时或清零；C、对所述风光储联合发电系统采取控制策略；本发明提供的控制方法允许风光储联合发电系统参与电力系统调频，对电力系统频率稳定提供支撑，减小新能源电站并网对电力系统安全稳定运行造成的压力。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法。
背景技术
电力系统是一个复杂的动态系统，其安全稳定运行本质上要求发电与负荷需求之间必须时刻保持平衡。电力系统如果不能进行有效控制而出现供需失衡，将导致系统频率波动，影响负荷的可靠用电甚至可能引起系统大范围的事故。
风电和光伏为代表的新能源正逐步成为我国重要的能源资源，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态环境等方面发挥着重要作用的同时，其固有的间歇性和波动性特点也给电网的安全稳定运行带来了巨大的压力。为了解决新能源大规模接入后的电力系统安全稳定运行问题，通过风光互补特性以及储能电池技术平抑功率波动正得到广泛应用，而涉及风光储联合发电系统的运行方式和控制模式的相关技术方法尚不成熟。
因此，需要提供一种控制方法，用于指导风光储联合发电系统参与系统频率调节，从而使得风光储联合发电系统能够发挥类似于常规发电机组的作用，对电力系统频率稳定提供支撑。同时，针对风光储联合发电系统自身特点，在实现上述调频控制功能的同时，该控制方法需要尽量减少弃风量、弃光量以及储能出力调节频率，实现风光资源的充分利用和有效延长储能电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法，该控制方法指导风光储联合发电系统参与电力系统频率调节，使得风光储联合发电系统能够发挥类似于常规发电机组的作用，对电力系统频率稳定提供支撑；同时，该控制方法针对风光储联合发电系统自身特点，在实现上述调频控制功能的同时，该控制方法减少弃风量、弃光量以及储能出力调节频率，实现风光资源的充分利用和有效延长储能电池的使用寿命。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、判定电力系统的状态和风光储联合发电系统所处的控制区域；
B、在所述控制区域内控制计时器计时或清零；
C、对所述风光储联合发电系统采取控制策略。
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述步骤A根据电力系统的频率，判定所述电力系统所处的频率状态；根据所述电力系统区域控制偏差ACE值的大小，判断风光储联合发电系统所处的控制区域。
本发明提供的第二优选的技术方案是：所述风光储联合发电系统所处的控制区域包括非紧急控制区、次紧急控制区和紧急控制区。
本发明提供的第三优选的技术方案是：所述步骤A中对所述电力系统的状态和风光储联合发电系统所处控制区域的判定包括：
当所述电力系统频率f＞50Hz时，判定电力系统处于过频状态；
当所述电力系统频率f＜50Hz时，判定电力系统处于欠频状态；
设定次紧急控制区阈值K次紧急和紧急控制区阈值K紧急；当K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统处于次紧急控制区；当|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统处于紧急控制区；当|ACE|＜K次紧急，所述风光储联合发电系统处于非紧急控制区。
本发明提供的第四优选的技术方案是：所述计时器包括计时器T1和计时器T2。
本发明提供的第五优选的技术方案是：所述步骤B包括：当风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别在过频和欠频状态下计时；当风光储联合发电系统处于非紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别清零。
本发明提供的第六优选的技术方案是：所述步骤C的对所述风光储联合发电系统采取控制策略包括：针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频状态和风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统欠频状态下的控制策略。
本发明提供的第七优选的技术方案是：所述针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频状态下的控制策略包括：
C1)所述电力系统频率超过50Hz，设所述计时器T1的阈值为Tmax1，当T1≥Tmax1时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测结果，判断电站未来出力趋势(出力增加或减小的趋势)，确定所述电站是否需降出力；如果电站出力预计减小且减速大于需降出力，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加或减速小于需降出力，控制风光储联合发电系统出力以电网调度机构下达的降出力速率下降，在控制出力下降的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A1时，控制储能电池进行充电，当SOC≥A1时，限制风电或光伏电站出力；
C2)所述电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，如果电站出力预计减小或增速小于电网调度机构下达的限值，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加且增速大于电网调度机构下达的限值，控制风光储联合发电系统出力增速不得超过电网调度机构下达的限值，在控制限制出力的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A2时，优先控制储能电池进行充电；当SOC≥A2时，限制风电或光伏电站出力；
C3)所述电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，如果电站出力预计减小，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计不变或增加，控制风光储联合发电系统出力不得增加，即对电站出力上限进行限定，电站出力不得高于该限值；在控制过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A2时，控制储能电池充电；当SOC≥A2时，限制风电或光伏电站出力。
本发明提供的第八优选的技术方案是：所述针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统欠频状态下的控制策略包括：
D1)所述电力系统频率低于50Hz，设所述计时器T2的阈值为Tmax2，当T2≥Tmax2或|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统根据超短期功率预测结果，按最大能力发电(不受人为限制的进行发电，即风光储联合发电系统能发多少电就发多少电，尽可能最大的发电)，并实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＞A3时，控制储能电池放电；当SOC≤A3时，停止储能电池放电；
D2)所述电力系统频率低于50Hz，当T2＜Tmax2且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，增加部分出力，如果电站出力增幅不满足控制要求，则实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＞A4时，控制储能电池放电；当SOC≤A4时，停止储能电池放电。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的控制方法允许风光储联合发电系统参与电力系统调频，对电力系统频率稳定提供支撑，减小新能源电站并网对电力系统安全稳定运行造成的压力；
2、本发明提供的控制方法通过引入电力系统区域控制偏差(Area Control Error，ACE)，实现ACE跟踪控制，有利于风光储联合发电系统对系统频率及时、准确地做出响应；
3、本发明提供的控制方法对风光储联合发电系统控制区域进行紧急程度划分，利用相应的控制策略，有利于风光储联合发电系统高效运行，减少弃风量和弃光量；
4、本发明提供的控制方法基于超短期功率预测，优先调用风电及光伏电站输出功率，尽量减少限制新能源电站出力，增加系统运行的经济性与环保性；
5、本发明提供的控制方法基于储能电池荷电状态SOC对储能电池运行方式进行控制，保证储能电池荷电状态SOC在合理范围，并尽量减少储能电池充放电频率，有利于延长储能电池使用寿命；
6、本发明提供的的控制方法通过风光互补特性以及储能电池技术，能够保证风光储联合发电系统有效参与电力系统频率控制。
附图说明
图1是本发明的控制方法的系统结构图；
图2是本发明的控制方法中过频控制流程框图；
图3是本发明的控制方法中欠频控制流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法，该控制方法允许风光储联合发电系统参与电力系统调频，对电力系统频率稳定提供支撑，减小新能源电站并网对电力系统安全稳定运行造成的压力。
如图1所示，对风光储联合发电系统进行调频控制是建立在风电/光伏超短期功率预测、电力系统频率和电力系统区域控制偏差ACE值数据基础之上的，通过应用本发明的控制方法，输出风电/光伏电站的功率控制指令和储能电池的充放电指令。控制子站接收到以上控制指令对风、光、储单元进行相应控制即可响应系统频率和电力系统区域控制偏差ACE变化，参与电力系统调频。
本发明提供的风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法的步骤如下：
A、首先根据电力系统频率判定系统当前状态：当电力系统频率f＞50Hz时，判定电力系统处于过频状态；当电力系统频率f＜50Hz时，判定电力系统处于欠频状态。
根据电力系统区域控制偏差ACE值以及风光储联合发电系统实际情况，设定次紧急控制区阈值K次紧急和紧急控制区阈值K紧急，当K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，风光储联合发电系统处于次紧急控制区，当|ACE|≥K紧急时，风光储联合发电系统处于紧急控制区；当|ACE|＜K次紧急，风光储联合发电系统处于非紧急控制区。
B、充分利用风电和光伏发电，减少弃风弃光量，可设置超时控制，控制计时器T1或T2会对|ACE|≥K次紧急的持续时间进行计时，在判定电力系统状态和开始正确计时后，将进行具体的系统调频控制。具体控制计时器的策略如下：
当风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别在过频及欠频状态下进行计时；当风光储联合发电系统处于非紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别清零。
C、对于风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频的情况，风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测结果、储能电池荷电状态SOC和控制计时器T1计时情况，优先控制储能电池进行充电，其次限制风电及光伏电站的输出功率。针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频时采取的控制策略如下，图2是本发明的控制方法中过频控制流程框图，如图2所示：
C1)电力系统频率超过50Hz，计时器T1的阈值为Tmax1，当T1≥Tmax1，根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，如果电站出力预计减小且减速大于需降出力，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加或减速小于需降出力，控制风光储联合发电系统出力以电网调度机构下达的降出力速率下降，在控制出力下降的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A1时，优先控制储能电池充电；当SOC≥A1时，限制风电/光伏电站出力；降出力速率由电网调度结构根据电网实时情况，下达不同的调度指令，本发明的方法是要根据调度指令控制电站按该满足该指令要求的方式运行，所以该速率范围不由本发明的方法界定的。
C2)电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，如果电站出力预计减小或增速小于电网调度机构下达的限值，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加且增速大于电网调度机构下达的限值，控制风光储联合发电系统出力增速不得超过电网调度机构下达的限值，在控制限制出力的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A2时，优先控制储能电池充电；当SOC≥A2时，限制风电/光伏电站出力；
C3)电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且|ACE|≥K紧急时，根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，如果电站出力预计减小，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计不变或增加，控制风光储联合发电系统出力不得增加，即对风光储电站出力上限进行限定，电站出力不得高于该限值；在控制过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC；当SOC＜A2时，优先控制储能电池充电，当SOC≥A2时，限制风电/光伏电站出力。
D、对于风光储联合发电系统处于次紧急区或紧急区且电力系统欠频的情况，风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测结果、储能电池荷电状态SOC和控制计时器T2计时情况，优先增加风电及光伏电站出力，其次控制储能电池放电。对于风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统欠频时采取的控制策略如下，图3是本发明的控制方法中欠频控制流程框图，如图3所示：
D1、电力系统频率低于50Hz，设计时器T2的阈值为Tmax2，当T2≥Tmax2或|ACE|≥K紧急时，风光储联合发电系统根据超短期功率预测，按最大能力发电(不受人为限制的进行发电，即风光储联合发电系统能发多少电就发多少电，尽可能最大的发电)，并实时监测储能电池SOC状态，当SOC＞A3时，控制储能电池放电，当SOC≤A3时，停止储能电池放电。
D2、电力系统频率低于50Hz，当T2＜Tmax2且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站未来出力趋势，增加部分出力，如果电站出力增幅不满足控制要求，则通过实时监测储能电池SOC状态，当SOC＞A4时，控制储能电池放电；当SOC≤A4时，停止储能电池放电。
本发明提供一种风光储联合发电参与系统频率控制方法，该控制方法用于包含风电、光伏发电以及储能电池的联合发电系统参与电力系统调频。该控制方法基于风电/光伏电站超短期功率预测、电力系统实时频率和电力系统区域控制偏差ACE，根据风电/光伏电站未来出力趋势、电力系统实时频率状态和调频紧急程度，通过以上信息的综合分析，提出适用于不同工况下的风光储联合发电系统调频控制策略。该控制方法利用风光互补和储能技术，使得风电和光伏发电新能源能够参与电力系统频率调节，为电力系统频率稳定提供支撑，减小新能源电站并网对电力系统安全稳定运行造成的压力；同时兼顾经济性，尽量减少弃风量和弃光量，并有效延长储能电池使用寿命。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种风光储联合发电系统参与电力系统频率的控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、判定电力系统的状态和风光储联合发电系统所处的控制区域；
B、在所述控制区域内控制计时器计时或清零；
C、对所述风光储联合发电系统采取控制策略。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤A根据电力系统的频率，判定所述电力系统所处的频率状态；根据所述电力系统区域控制偏差ACE值的大小，判断风光储联合发电系统所处的控制区域。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述风光储联合发电系统所处的控制区域包括非紧急控制区、次紧急控制区和紧急控制区。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤A中对所述电力系统的状态和风光储联合发电系统所处控制区域的判定包括：
当所述电力系统频率f＞50Hz时，判定电力系统处于过频状态；
当所述电力系统频率f＜50Hz时，判定电力系统处于欠频状态；
设定次紧急控制区阈值K次紧急和紧急控制区阈值K紧急；当K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统处于次紧急控制区；当|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统处于紧急控制区；当|ACE|＜K次紧急，所述风光储联合发电系统处于非紧急控制区。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述计时器包括计时器T1和计时器T2。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：当风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别在过频和欠频状态下计时；当风光储联合发电系统处于非紧急控制区时，控制计时器T1和T2分别清零。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤C的对所述风光储联合发电系统采取控制策略包括：针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频状态和风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统欠频状态下的控制策略。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统过频状态下的控制策略包括：
C1)所述电力系统频率超过50Hz，设所述计时器T1的阈值为Tmax1，当T1≥Tmax1时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测结果，判断电站出力趋势，确定所述电站是否需降出力；如果电站出力预计减小且减速大于需降出力，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加或减速小于需降出力，控制风光储联合发电系统出力以电网调度机构下达的降出力速率下降，在控制出力下降的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A1时，控制储能电池进行充电，当SOC≥A1时，限制风电或光伏电站出力；
C2)所述电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站出力趋势，如果电站出力预计减小或增速小于电网调度机构下达的限值，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计增加且增速大于电网调度机构下达的限值，控制风光储联合发电系统出力增速不得超过电网调度机构下达的限值，在控制限制出力的过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A2时，优先控制储能电池进行充电；当SOC≥A2时，限制风电或光伏电站出力；
C3)所述电力系统频率超过50Hz，当T1＜Tmax1且|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站出力趋势，如果电站出力预计减小，则风光储联合发电系统正常运行；如果电站出力预计不变或增加，控制风光储联合发电系统出力不得增加，即对电站出力上限进行限定，电站出力不得高于该限值；在控制过程中，实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＜A2时，控制储能电池充电；当SOC≥A2时，限制风电或光伏电站出力。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述针对风光储联合发电系统处于次紧急控制区或紧急控制区且电力系统欠频状态下的控制策略包括：
D1)所述电力系统频率低于50Hz，设所述计时器T2的阈值为Tmax2，当T2≥Tmax2或|ACE|≥K紧急时，所述风光储联合发电系统根据超短期功率预测结果，按最大能力发电，并实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＞A3时，控制储能电池放电；当SOC≤A3时，停止储能电池放电；
D2)所述电力系统频率低于50Hz，当T2＜Tmax2且K次紧急≤|ACE|＜K紧急时，所述风光储联合发电系统根据风电及光伏超短期功率预测，判断电站出力趋势，增加部分出力，如果电站出力增幅不满足控制要求，则实时监测储能电池荷电状态SOC，当SOC＞A4时，控制储能电池放电；当SOC≤A4时，停止储能电池放电。
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