CN104201670A - 一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法及系统，将电池储能电源安装在需要配合的区域电网内，协调控制模块从电网调控中心获取区域控制偏差(Area Control Error，ACE)信号，若ACE越过设定的调节死区，电池储能电源参与电网二次调频，然后通过对典型应用场景的划分，确定其参与调频的时机及出力深度；通过将理论调频指令转换为实际调频指令，再通过能量转换系统实现电池储能电源的充/放电控制，从而辅助传统调频电源完成二次调频过程，显著提高了电网二次调频的暂态和稳态性能，减少传统调频机组的频繁启动，快速维持电网供需平衡。

Description

一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法及系统。

背景技术

在电网二次调频中，通过改变发电机组的调差特性曲线的位置，能实现频率的无差调节，一般用于调整分钟级和更长周期的负荷波动。

(1)对于互联电网一般采用联络线频率偏差控制(Tie-line load frequency Bias Control,TBC)控制模式，即将频率偏差和联络线净交换功率偏差进行线性叠加来反映区域的供需不平衡，从而形成二次调频的ACE信号。各区域ACE信号一般会经过滤波和死区判断环节，然后再根据各调频机组的参与因子将该控制信号进行分配，最后对各调频机组下达调整的发电参考点从而完成稳态时ACE信号为零的目标。目前，参与二次调频的水电机组的调频容量易受地域与季节的制约；火电机组由于受能量转换过程和爬坡速率慢等技术限制，调频过程中表现出响应时滞长、调节过程延迟、反向和偏差(超调和欠调)等现象，且机组提供调频服务不仅加剧了其设备磨损，而且增加了燃料使用量、运营成本和废物排放量等。随着高渗透率新能源的大规模并网，现有调频容量不足的问题日益突出，亟需新的调频手段出现。

(2)大规模储能电源在调节速率和调节精度等技术性能上优势明显，其综合响应能力能满足电网调频时间尺度内的功率变换需求，且其成本有下降的空间；与传统调频电源相结合，可作为二次调频的有效辅佐手段，辅助传统二次调频技术实现无差调节。目前，电池储能电源作为一种新颖而优质的可移动储能设备，以其秒级的充放电能力、上万次的循环寿命、宽泛的温度适应能力以及环境友好特性，受到了广泛的关注，急需提出一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法。

发明内容

本发明提出了一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法及系统，其目的在于，通过利用电池储能电源辅助传统调频电源对电网区域控制偏差(Area Control Error，ACE)信号进行校正，以最大限度实现ACE信号为控制目标，以保持调频暂态性能和稳态性能、电池储能电源具有较好的充/放电能力，优化配置储能容量，提高电网二次调频的能力。

一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，包括以下几个步骤：

步骤1：电池储能电源经断路器和变压器并入电网；

【所述电池储能电源已包含逆变器；】

步骤2：实时采集电网运行数据；

所述电网运行数据包括从调控中心获取的区域控制偏差(ACE)信号、区域电网调频容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据及从电池管理系统获得的电池荷电状态SOC数据；

步骤3：根据步骤2采集的实时ACE信号和SOC数据确定电池储能电源工作区域，并根据电池储能电源是否参与电网二次调频来将所述工作区域划分为动作区域或非动作区域；

步骤4：根据工作区域判断是否需要计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，如当前工作区域为动作区域，则进行计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，并利用区域电网爬坡速率P_G.ramp确定电池储能电源所处应用场景，并依据电池储能电源的应用场景，分别确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令P_B.ref和P_G.ref，进入步骤5；否则，依据电池储能电源非动作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，进入步骤6；

【区域电网爬坡速率指单位时间内电网中所有调频机组出力的变化速度之和。假设单台火电机组的爬坡速率是每分钟2％MCR(额定容量)水平，结合电网在线运行的所有火电机组实际运行情况得到每分钟的调频容量之和为P_f，则此时的区域电网爬坡速率为P_f每分钟；】

【所述调频指令是指电源的输出功率指令；】

【所述典型应用场景包括区域电网爬坡速率充足和区域电网爬坡速率不足两种场景；】

步骤5：根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域、理论调频指令P_B.ref和电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B；

步骤6：根据电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B控制电池储能电源的输出功率从而对电池储能电源进行充/放电，完成电网二次调频的协调控制。

所述电池储能电源的实际出力值P_B即为电池储能电源的实际输出功率。

所述区域控制偏差(ACE)信号位于电网调节死区范围(ACE_DB.min，ACE_DB.max)中时，电池储能电源不参与电网二次调频，按以下方法确定工作区域，并依据工作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B

当SOC<SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域1中，P_B＝-P_DB；

当SOC>SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域2中，P_B＝P_DB；

当SOC∈(99％·SOC₀，101％·SOC₀)时，所述电池储能电源处于工作区域0中，P_B＝0；

所述工作区域0、工作区域1及工作区域2属于非动作区域；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述PDB为电池储能电源为维持SOC在范围(99％·SOC₀，101％·SOC₀)的充放电功率的绝对值。

【当电池储能系统参与电网二次调频结束时，在不引起电网频率波动越过调频死区的情况下，使其剩余容量状态，即此时的荷电状态SOC回归50％附近，以最好的状态应对下一次调频任务。当频率波动量在允许频率动作死区范围内时不启动电池储能系统，从而减少电池储能系统充放电频次，延长电池储能系统使用寿命。】

所述电池储能电源参与电网二次调频的动作区域包括以下几个工作区域：

工作区域3：ACE<ACE_DB.min，SOC≤SOC_min；

工作区域4：ACE>ACE_DB.max，SOC≤SOC_min；

工作区域5：ACE>ACE_DB.max，SOC≥SOC_max；

工作区域6：ACE<ACE_DB.min，SOC≥SOC_max；

工作区域7：ACE<ACE_DB.min，SOC_min<SOC<SOC_max；

工作区域8：ACE>ACE_DB.max，SOC_min<SOC<SOC_max；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述SOC_max为电池储能电源正常工作的SOC上限，所述SOC_min电池储能电源正常工作的SOC下限。

所述依据电池储能电源应用场景确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令是指：

首先判断区域电网爬坡速率P_G.ramp是否能够满足规定时间内的ACE调节需求，若满足则按场景1进行理论调频指令P_B._ref的确定，否则，按场景2进行理论调频指令P_B.ref的确定；

【如某时刻测量的ACE为10MW，假设调节周期为1分钟，则所需的爬坡速率为10MW/min；】

场景1：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，两者接受相同的调频动作指令，均为ACE，即此时P_B.ref＝ACE，P_G.ref＝ACE，一般传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

【而电池储能电源因其快速精确的响应特性，不存在此种情况；】

所述P_G为传统调频电源在对应时刻实际输出的调频功率，即实际调频出力；

当传统调频电源开始启动到传统调频电源达至P_G.ref的过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，即P_G＝ACE，电池储能电源停止参与调频工作，即理论调频指令P_B.ref为0；

场景2：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，电池储能电源的调频动作指令为ACE，传统调频电源的调频动作指令P_G.ref＝P_G.ramp(P_G.ramp<ACE)，传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

【电池储能电源因其快速精确的响应特性，不存在此种情况；】

【如果此时电池储能电源不参与电网二次调频，传统调频电源会在指定时间内完成P_G.ref的调频指令，但与理论ACE值尚有差距；假如此时电池储能电源引入，将会达到或最大限度接近理论ACE值。】

当传统调频电源启动开始到传统调频电源达至P_G.ref的过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，电池储能电源理论调频指令变更为ACE-P_G.ramp，直至电网频率偏差稳定至0Hz，传统调频电源和电池储能电源增加的出力之和为ACE值时，完成二次调频过程，停止二次调频。

所述步骤5根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值，P_B具体是指：

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域3时，P_B＝0；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域4时，P_B＝-P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域5时，P_B＝0；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域6时，P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域7时，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域8时，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝-P_B.max；

所述工作区域3、工作区域4、工作区域5、工作区域6、工作区域7及工作区域8属于动作区域。

一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制系统，基于所述的一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，包括电池管理单元BMS、数据存储与管理模块、协调控制模块、功率限制模块以及PCS控制模块；

所述电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；

所述数据存储与管理模块实时存储从电网调控中心采集的电网运行数据及电池管理单元BMS采集电池的实时荷电状态SOC；

所述协调控制模块根据ACE数据、区域电网爬坡容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据，通过对电池储能电源典型应用场景的划分，确定电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令ACE_B；

所述功率限制模块根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域判定结果和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，并将其传给能量转换系统PCS控制模块；

所述PCS控制模块输出控制电池储能电源的功率指令和充/放电指令，控制电池储能电源充/放电以完成参与电网二次调频。

有益效果

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明通过利用电池储能电源辅助传统调频电源对区域电网ACE信号进行校正，以最大限度实现ACE信号为控制目标，以保持调频暂态性能和稳态性能、电池储能电源具有较好的充/放电能力为原则，在控制过程中以ACE信号调节死区的上下限、区域电网爬坡容量、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力、电池储能电源最大出力、剩余容量状态和保持SOC在设定范围内等为判断准则(边界条件)，通过对电池储能电源两种典型应用场景的划分，细化其参与电网二次调频的动作时机和出力深度，优化配置储能容量，显著提高电网二次调频的暂态和稳态性能，减少传统调频机组的频繁启动，快速维持电网供需平衡

附图说明

图1为本发明提供的结合电池储能电源的电网区域等效模型示意图；

图2为本发明提供的电池储能电源参与电网二次调频总控制框图；

图3为本发明提供的典型应用场景流程图；

图4为本发明提供的电池SOC和ACE信号区域示意图；

图5为本发明提供的电池储能电源输出功率P_B控制框图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本发明的主要思路是：将电池储能电源安装在需要配合的区域电网内，从调控中心实时采集区域控制偏差(Area Control Error,ACE)信号，与设定的调节死区(Dead Band,DB)做比较。以最大限度实现ACE信号为控制目标，以满足二次调频暂态和稳态性能、保持电池储能电源较好的充/放电能力和良好的SOC水平为控制原则，首先判断电网实时ACE信号是否越过设定的调节死区，若越过调节死区，此时电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，两者接受相同的调频动作指令，从而进行电池储能电源的协调控制。

本实施例提出一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，该控制方法对应的含电池储能电源的电网区域等效模型示意图和总控制框图分别如图1和图2所示。

对电网进行调频研究时，通常会选用区域等效方法对电网进行等效建模，具体步骤如下：

(1)划分控制区域，在我国电网通常以省为单位，将其作为一个控制区域。

(2)确定各区域负荷和机组的模型。一般把各区域内的同类型同作用机组等效成一台，取每个区域的惯性时间常数为所有机组的惯性常数之和。

(3)调频控制环由一次调频、二次调频两层组成。互联电网的一次、二次调频控制环中的供需平衡均由发电机、负荷和联络线交换功率三部分组成，当供需平衡被破坏时，一方面，发电机组的调速器会自动响应以实现一次调频功能；另一方面，调度中心会通过电网所测量到的频差及联络线交换功率偏差来求取ACE数据，该信号在经过适当处理后将下发给各电厂，再由各电厂按照一定比例分配给各调频机组，并在控制器的作用下完成出力调整。

基于以上步骤，分别对储能电源、调频机组、负荷、联络线以及一次、二次调频控制环进行建模，可得到图1所述的含电池储能电源的电网区域等效模型示意图，其主要包括：电池储能电源模型、调速器及涡轮机模型、调频容量限制环节、机网接口模型、联络线功率偏差计算环节、ACE计算及处理环节、以及积分控制器等。

一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，包括以下几个步骤：

步骤1：电池储能电源经逆变器、断路器和变压器并入电网；

步骤2：实时采集电网运行数据；

所述电网运行数据包括从调控中心获取的区域控制偏差(ACE)信号、区域电网调频容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据及从电池管理系统获得的电池荷电状态SOC数据；

步骤3：根据步骤2采集的实时ACE信号和SOC数据确定电池储能电源工作区域，并根据电池储能电源是否参与电网二次调频来将所述工作区域划分为动作区域或非动作区域；

如果ACE_DB.min≤ACE≤ACE_DB.max，则说明ACE在设定的调节死区范围内，此时无需启动二次调频功能；若ACE>ACE_DB.max或ACE<ACE_DB.min，说明ACE波动较大，需要对电网的供需平衡进行控制。在需要控制时，通过计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，判断其能否满足ACE的需求，可划分典型应用场景如下(注意：电池储能电源在ACE为负时需放电，ACE为正时需充电)；

步骤4：根据工作区域判断是否需要计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，如当前工作区域为动作区域，则进行计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，并利用区域电网爬坡速率P_G.ramp确定电池储能电源所处应用场景，并依据电池储能电源的应用场景，分别确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令P_B.ref和P_G.ref，进入步骤5；否则，依据电池储能电源非动作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，进入步骤6；

【区域电网爬坡速率指单位时间内电网中所有调频机组出力的变化速度之和。假设单台火电机组的爬坡速率是每分钟2％MCR(额定容量)水平，结合区域电网在线运行的所有火电机组实际运行情况得到每分钟的可用调频容量之和为P_f，则此时的区域电网爬坡速率为P_f/每分钟；】

【所述调频指令是指电源的输出功率指令；】

【所述典型应用场景包括区域电网爬坡速率充足和区域电网爬坡速率不足两种场景；】

步骤5：根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域、理论调频指令P_B.ref和电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B；

步骤6：根据电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B控制电池储能电源的输出功率从而对电池储能电源进行充/放电，完成电网二次调频的协调控制。

所述P_G为传统调频电源在对应时刻实际输出的调频功率，即实际调频出力；

电网ACE信号和电池储能电源SOC形成的动作区域示意图如图4所示。

根据电池储能电源的SOC和上述ACE信号的划分，功率限制模块根据控制策略和输入数据进行运算，确定输出的实际功率，通过能量转换系统控制电池储能电源输出。控制策略以满足二次调频需求、保证电池储能电源的工作安全和保持其在工作过程有较好的充/放电能力为原则，对应的策略如图5所示；

所述区域控制偏差(ACE)信号位于电网调节死区范围(ACE_DB.min，ACE_DB.max)中时，电池储能电源不参与电网二次调频，按以下方法确定工作区域，并依据工作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B

当SOC<SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域1中，P_B＝-P_DB，在满足不引起电网ACE越过调节死区，但又可使电池SOC回归至设定值附近；

当SOC>SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域2中，P_B＝P_DB，在满足不引起电网ACE越过调节死区，但又可使电池SOC回归至设定值附近，；

当SOC∈(99％·SOC₀，101％·SOC₀)时，所述电池储能电源处于工作区域0中，P_B＝0，ACE信号和电池SOC均处于正常范围内，此时，电池储能电源不动作；

所述工作区域0、工作区域1及工作区域2属于非动作区域；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述PDB为电池储能电源为维持SOC在范围(99％·SOC₀，101％·SOC₀)的充放电功率的绝对值。

【当电池储能系统参与电网二次调频结束时，在不引起电网频率波动越过调频死区的情况下，使其剩余容量状态，即此时的荷电状态SOC回归50％附近，以最好的状态应对下一次调频任务。当频率波动量在允许频率动作死区范围内时不启动电池储能系统，从而减少电池储能系统充放电频次，延长电池储能系统使用寿命。】

所述电池储能电源参与电网二次调频的动作区域包括以下几个工作区域：

工作区域3：ACE<ACE_DB.min，SOC≤SOC_min；

工作区域4：ACE>ACE_DB.max，SOC≤SOC_min；

工作区域5：ACE>ACE_DB.max，SOC≥SOC_max；

工作区域6：ACE<ACE_DB.min，SOC≥SOC_max；

工作区域7：ACE<ACE_DB.min，SOC_min<SOC<SOC_max；

工作区域8：ACE>ACE_DB.max，SOC_min<SOC<SOC_max；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述SOC_max为电池储能电源正常工作的SOC上限，所述SOC_min电池储能电源正常工作的SOC下限。

所述依据电池储能电源应用场景确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令是指：

首先判断区域电网爬坡速率P_G.ramp是否能够满足规定时间内的ACE调节需求，若满足则按场景1进行理论调频指令P_B.ref的确定，否则，按场景2进行理论调频指令P_B.ref的确定；

【如某时刻测量的ACE为10MW，假设调节周期为1分钟，则所需的爬坡速率为10MW/min；】

场景1：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，两者接受相同的调频动作指令，均为ACE，即此时P_B.ref＝ACE，P_G.ref＝ACE，一般传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

【而电池储能电源因其快速精确的响应特性，不存在此种情况；】

所述P_G为传统调频电源在对应时刻实际输出的调频功率，即实际调频出力；

当传统调频电源开始启动到传统调频电源达至P_G.ref的过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，即P_G＝ACE，电池储能电源停止参与调频工作，即理论调频指令P_B.ref为0；

场景2：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，电池储能电源的调频动作指令为ACE，传统调频电源的调频动作指令P_G.ref＝P_G.ramp(P_G.ramp<ACE)，一般传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

【电池储能电源因其快速精确的响应特性，不存在此种情况；】

【如果此时电池储能电源不参与电网二次调频，传统调频电源会在指定时间内完成P_G.ref的调频指令，但与理论ACE值尚有差距；假如此时电池储能电源引入，将会达到或最大限度接近理论ACE值。】

当传统调频电源启动开始到传统调频电源达至P_G.ref的此过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，电池储能电源理论调频指令变更为ACE-P_G.ramp，直至电网频率偏差稳定至0Hz，传统调频电源和电池储能电源增加的出力之和为ACE值时，完成二次调频过程，停止二次调频。所述步骤5根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B具体是指：

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域3时，P_B＝0，电池SOC很低，即使需要电池储能电源放电，但为防止电池过度放电，也将控制其不再动作；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域4时，需要电池储能电源充电，P_B＝-P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域5时，P_B＝0，电池SOC很高，即使需要电池储能电源充电，但为防止电池过度充电，也将控制其不再动作；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域6时，需要电池储能电源放电，P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域7时，需要电池储能电源放电，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域8时，需要电池储能电源充电，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝-P_B.max；

所述工作区域3、工作区域4、工作区域5、工作区域6、工作区域7及工作区域8属于动作区域。

一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制系统，基于所述的一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，包括电池管理单元BMS、数据存储与管理模块、协调控制模块、功率限制模块以及PCS控制模块；

所述电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；

所述数据存储与管理模块实时存储从电网调控中心采集的电网运行数据及电池管理单元BMS采集电池的实时荷电状态(SOC)数据；

所述协调控制模块根据ACE数据、区域电网爬坡容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据，通过对电池储能电源典型应用场景的划分，确定电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令P_B.ref；

所述功率限制模块根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域判定结果和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，并将其传给能量转换系统PCS控制模块；

所述PCS控制模块输出控制电池储能电源的功率指令和充/放电指令，控制电池储能电源充/放电以完成参与电网二次调频。

本实施例的数据存储与管理模块同时还用于存储和管理频率数据以及电池储能电源运行状况的数据，为分析ACE波动、评判控制策略的供需平衡校正效果、观察电池储能电源的运行工况以及优化电池储能电源剩余容量提供数据支持。

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：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：电池储能电源经断路器和变压器并入电网；

步骤2：实时采集电网运行数据；

所述电网运行数据包括从调控中心获取的区域控制偏差(ACE)信号、区域电网调频容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据及从电池管理系统获得的电池荷电状态SOC数据；

步骤3：根据步骤2采集的实时ACE信号和SOC数据确定电池储能电源工作区域，并根据电池储能电源是否参与电网二次调频来将所述工作区域划分为动作区域或非动作区域；

步骤4：根据工作区域判断是否需要计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，如当前工作区域为动作区域，则进行计算区域电网爬坡速率P_G.ramp，并利用区域电网爬坡速率P_G.ramp确定电池储能电源所处应用场景，并依据电池储能电源的应用场景，分别确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令P_B.ref和P_G.ref，进入步骤5；否则，依据电池储能电源非动作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，进入步骤6；

步骤5：根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域、理论调频指令P_B.ref和电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B；

步骤6：根据电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B控制电池储能电源的输出功率从而对电池储能电源进行充/放电，完成电网二次调频的协调控制。

2.根据权利要求1所述的电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，其特征在于，所述区域控制偏差(ACE)信号位于电网调节死区范围(ACE_DB.min，ACE_DB.max)中时，电池储能电源不参与电网二次调频，按以下方法确定工作区域，并依据工作区域确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B：

当SOC<SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域1中，P_B＝-P_DB；

当SOC>SOC₀时，所述电池储能电源处于工作区域2中，P_B＝P_DB；

当SOC∈(99％·SOC₀，101％·SOC₀)时，所述电池储能电源处于工作区域0中，P_B＝0；

所述工作区域0、工作区域1及工作区域2属于非动作区域；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述P_DB为电池储能电源为维持SOC在范围(99％·SOC₀，101％·SOC₀)的充放电功率的绝对值。

3.根据权利要求1所述的电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，其特征在于，所述电池储能电源参与电网二次调频的动作区域包括以下几个工作区域：

工作区域3：ACE<ACE_DB.min，SOC≤SOC_min；

工作区域4：ACE>ACE_DB.max，SOC≤SOC_min；

工作区域5：ACE>ACE_DB.max，SOC≥SOC_max；

工作区域6：ACE<ACE_DB.min，SOC≥SOC_max；

工作区域7：ACE<ACE_DB.min，SOC_min<SOC<SOC_max；

工作区域8：ACE>ACE_DB.max，SOC_min<SOC<SOC_max；

所述ACE_DB.max为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述ACE_DB.min为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

所述SOC_max为电池储能电源正常工作的SOC上限，所述SOC_min电池储能电源正常工作的SOC下限。

4.根据权利要求3所述的电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，其特征在于，所述依据电池储能电源应用场景确定电池储能电源和传统调频电源的理论调频指令是指：

首先判断区域电网爬坡速率P_G.ramp是否能够满足规定时间内的ACE调节需求，若满足则按场景1进行理论调频指令P_B.ref的确定，否则，按场景2进行理论调频指令P_B.ref的确定；

场景1：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，两者接受相同的调频动作指令，均为ACE，即此时P_B.ref＝ACE，P_G.ref＝ACE，传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

所述P_G为传统调频电源在对应时刻实际输出的调频功率，即实际调频出力；

当传统调频电源开始启动到传统调频电源达至P_G.ref的过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，即P_G＝ACE，电池储能电源停止参与调频工作，即理论调频指令P_B.ref为0；

场景2：电池储能电源和传统调频电源均参与电网二次调频，电池储能电源的调频动作指令为ACE，传统调频电源的调频动作指令P_G.ref＝P_G.ramp(P_G.ramp<ACE)，一般传统调频电源存在延时而未能及时启动，此时传统调频电源的实际调频出力P_G为0；

当传统调频电源启动开始到传统调频电源达至P_G.ref的过程中，电池储能电源的理论调频指令P_B.ref取为ACE-P_G；

当传统调频电源达至P_G.ref时，电池储能电源理论调频指令变更为ACE-P_G.ramp，直至电网频率偏差稳定至0Hz，传统调频电源和电池储能电源增加的出力之和等于ACE值时，完成二次调频过程，此时控制电池储能电源停止参与调频工作。

5.根据权利要求4所述的电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，其特征在于，所述步骤5根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B具体是指：

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域3时，P_B＝0；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域4时，P_B＝-P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域5时，P_B＝0；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域6时，P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域7时，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝P_B.max；

当电池储能电源参与电网二次调频的动作区域为工作区域8时，当|P_B.ref|≤P_B.max时，则控制指令为P_B＝-P_B.ref；当|P_B.ref|>P_B.max时，控制指令则为P_B＝-P_B.max；

所述工作区域3、工作区域4、工作区域5、工作区域6、工作区域7及工作区域8属于动作区域。

6.一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制系统，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的一种电池储能电源参与电网二次调频的协调控制方法，包括电池管理单元BMS、数据存储与管理模块、协调控制模块、功率限制模块以及PCS控制模块；

所述电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；

所述数据存储与管理模块实时存储从电网调控中心采集的电网运行数据及电池管理单元BMS采集电池的实时荷电状态(SOC)数据；

所述协调控制模块根据ACE数据、区域电网爬坡容量P_f数据、传统调频电源参与电网二次调频的实际调频出力P_G数据，通过对电池储能电源典型应用场景的划分，确定电池储能电源参与电网二次调频的动作区域和理论调频指令P_B.ref；

所述功率限制模块根据电池储能电源参与电网二次调频的动作区域判定结果和理论调频指令P_B.ref、电池储能电源正常工作时的最大出力限值P_B.max，确定电池储能电源对应的二次调频的实际出力值P_B，并将其传给能量转换系统PCS控制模块；

所述PCS控制模块输出控制电池储能电源的功率指令和充/放电指令，控制电池储能电源充/放电以完成参与电网二次调频。