CN107732941A - 一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法。虚拟惯性调频模式、虚拟下垂调频模式共同进行一次调频，二者按照分配比例系数分配各自的调频数值，a1+a2＝1；初始时刻，a1＝1，a2＝0；从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间，以虚拟惯性调频模式为主，虚拟下垂调频模式为辅，即：a1>a2；在频率偏差最大值的时刻，a1＝a2＝0.5；从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间，以虚拟下垂调频模式为主，虚拟惯性调频模式为辅，即：a1<a2；在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1。此调频控制策略可以显著提高电网一次调频的暂态和稳态性能，减少传统机组的旋转备用容量，快速维持电网频率稳定。

Description

一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法
技术领域：
本发明涉及电网控制领域，进一步涉及一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法。
背景技术：
在电网一次调频中，各机组通过根据自身的频率静态特性改变其出力，实现频率有差调节，一般用于调整秒级的负荷波动。
当电网频率发生变化时，存储在系统负荷的旋转能量会发生变化来阻止系统频率的变化，此外，系统中所有的发电机组的转速也会发生变化，发电机组的调速器动作，调整原动机的功率，为改善原动机功率和负荷功率不平衡的状况。但是，发电机只有具有足够的旋转备用容量时，才具有参与一次调频的能力，当频率偏差超过机组预先设定的死区时，具有一次调频能力的机组才可以参与电网一次调频并投入到一次调频的状态，实现电网频率有差调节。
电池储能电源具有明显的优势来参与电网的一次调频。一方面，电池储能电源能够不受限制实现上调和下调的交替，具有高效性；另一方面，电池储能电源的输出变化可以快速精确地跟踪负荷的变化，响应功率储备裕度小。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。
但是，电池储能电源参与调频，控制方法是难点。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明提出一种电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制方法。具体技术方案如下：
一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法，将电池储能电源安装在需要一次调频的区域内，电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；
当频率监测模块监测到电网频率偏差值Δf超过所设定的调频死区Δflow时，电池储能电源进入一次调频状态；
虚拟惯性调频模式、虚拟下垂调频模式共同进行一次调频，二者按照分配比例系数分配各自的调频数值，a1+a2＝1，a1是虚拟惯性调频模式的分配比例系数，a2是虚拟下垂调频模式的分配比例系数。
实现上述方法的一种具体过程包括如下步骤：
步骤1：初始时刻，a1＝1，a2＝0；
步骤2：从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间为第一个时间段，此时，以虚拟惯性调频模式为主，虚拟下垂调频模式为辅，即：a1>a2；
在频率偏差最大值的时刻，a1＝a2＝0.5；
从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间为第二个时间段，此时，以虚拟下垂调频模式为主，虚拟惯性调频模式为辅，即：a1<a2；
步骤3：在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1，电池储能电源参与电网一次调频结束。
上述具体过程的进一步优化方法包括如下步骤：
步骤1：初始时刻，a1＝1，a2＝0；
步骤2：从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间为第一个时间段，此时，
式中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
在频率偏差最大值的时刻，a1＝0.5，a2＝0.5；
从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间为第二个时间段，此时，
式中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
步骤3：在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1，电池储能电源参与电网一次调频结束。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
(一)本发明通过利用电网一次调频过程中不同时刻频率偏差值和频率偏差变化率的不同特征，提出虚拟惯性调频模式和虚拟下垂两种调频模式分配比例系数的自适应方法。
(二)本发明结合虚拟惯性和虚拟下垂两种调频模式的特点，即虚拟惯性控制模式对频率偏差变化率有显著改善效果的能力与虚拟下垂控制模式对稳态频率偏差有显著改善稳态频率偏差效果的能力，并考虑调频过程中不同时间段频率偏差值和频率偏差变化率的特征不同，充分利用两种模式的显著特点，有效减少频率最大偏差值，并有效减少一次调频时间。
(三)本发明是充分利用电池储能电源自身的快速响应特性，将其安装在需要配合的区域电网内，电池储能电源在参与一次调频过程中，通过考虑频率偏差值和频率偏差变化率在不同时刻的不同特点，并结合虚拟惯性和虚拟下垂两种调频模式的特点，对一次调频划分为两个时段，在每个时段中，依据两种调频模式分配比例系数的自适应方法，实时调整分配比例系数，最终完成电池储能电源的一次调频过程。此调频控制策略可以显著提高电网一次调频的暂态和稳态性能，减少传统机组的旋转备用容量，快速维持电网频率稳定。
附图说明：
图1为本发明提供的电池储能电源参与电网一次调频的控制方法流程图。
图2为本发明实施例提供的结合电池储能电源参与电网一次调频的等效模型示意图。
图3为本发明实施例中第一阶段，虚拟惯性调频模式的分配比例系数a1、虚拟下垂调频模式的分配比例系数a2二者取值的曲线示意图；图中可以看出：a1+a2＝1；初始时刻，a1＝1，a2＝0；第一个时间段，a1>a2；在频率偏差最大值的时刻，a1＝a2＝0.5。
图4为本发明实施例中第二阶段，虚拟惯性调频模式的分配比例系数a1、虚拟下垂调频模式的分配比例系数a2二者取值的曲线示意图；图中可以看出：a1+a2＝1；在频率偏差最大值的时刻，a1＝a2＝0.5；第二个时间段，a1<a2；在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1。
具体实施方式：
下面本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例：
对电网进行调频研究时，对电网进行等效建模步骤如下：
如图2所示，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。然后，分别对储能电源、调频机组、负荷、联络线以及一次控制环进行建模，可得到图2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、机网接口模型以及积分控制器。
一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法，将电池储能电源安装在需要一次调频的区域内，电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；
在中国，电网通常以省为单位，将其作为一个控制区域；
当频率监测模块监测到电网频率偏差值Δf超过所设定的调频死区Δflow时，电池储能电源进入一次调频状态；
虚拟惯性调频模式、虚拟下垂调频模式共同进行一次调频，二者按照分配比例系数分配各自的调频数值，a1+a2＝1，a1是虚拟惯性调频模式的分配比例系数，a2是虚拟下垂调频模式的分配比例系数。
步骤1：初始时刻，a1＝1，a2＝0；
步骤2：从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间为第一个时间段，此时，
将上式称为为式子(1)，式子(1)中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
在频率偏差最大值的时刻，a1＝0.5，a2＝0.5；
从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间为第二个时间段，此时，
将上式称为为式子(2)，式子(2)中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
步骤3：在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1，电池储能电源参与电网一次调频结束。

Claims (3)

1.一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法，将电池储能电源安装在需要一次调频的区域内，电池储能电源经由断路器和变压器并入电网；其特征在于，
当频率监测模块监测到电网频率偏差值Δf超过所设定的调频死区Δflow时，电池储能电源进入一次调频状态；
虚拟惯性调频模式、虚拟下垂调频模式共同进行一次调频，二者按照分配比例系数分配各自的调频数值，a1+a2＝1，a1是虚拟惯性调频模式的分配比例系数，a2是虚拟下垂调频模式的分配比例系数。
2.根据权利要求1所述一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：初始时刻，a1＝1，a2＝0；
步骤2：从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间为第一个时间段，此时，以虚拟惯性调频模式为主，虚拟下垂调频模式为辅，即：a1>a2；
在频率偏差最大值的时刻，a1＝a2＝0.5；
从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间为第二个时间段，此时，以虚拟下垂调频模式为主，虚拟惯性调频模式为辅，即：a1<a2；
步骤3：在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1，电池储能电源参与电网一次调频结束。
3.根据权利要求2所述一种电池储能电源参与电网一次调频的控制方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：初始时刻，a1＝1，a2＝0；
步骤2：从频率扰动初始时刻到频率偏差最大值这段时间为第一个时间段，此时，
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式中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
在频率偏差最大值的时刻，a1＝0.5，a2＝0.5；
从频率偏差最大值时刻到一次调频稳态频率偏差这段时间为第二个时间段，此时，
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>f</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>f</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mi>max</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;f</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
式中，Δflow为电池储能电源参与电网一次调频的阈值，Δfhigh为该区域电网所能承受的最大频率偏差，Δf为一次调频中频率偏差值；
步骤3：在稳态频率时刻，a1＝0，a2＝1，电池储能电源参与电网一次调频结束。
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