CN107895956B - 一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法 - Google Patents

一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法 Download PDF

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CN107895956B CN201711213899.5A CN201711213899A CN107895956B CN 107895956 B CN107895956 B CN 107895956B CN 201711213899 A CN201711213899 A CN 201711213899A CN 107895956 B CN107895956 B CN 107895956B
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Abstract

本发明公开了一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，包括以下步骤：A、实时监测电网频率f，当电网频率f超过调频死区（f dn，f up）后，根据频率偏差△f计算有功功率调节量△P；B、根据分布式储能系统各自的荷电状态SOC，对全部分布式储能系统进行分组；C、当f＞f up时，计算各分布式储能系统的有功功率指令，并根据荷电状态修订各分布式储能系统的有功功率指令参考值；D、当f<f dn时，计算各分布式储能系统的有功功率指令，并根据荷电状态修订各分布式储能系统的有功功率指令参考值。本发明实现了多点分布式储能系统集中协调控制支撑电网频率，有效提高了电网的稳定性。

Description

一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法
技术领域
本发明涉及电网调频技术领域，尤其涉及一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法。
背景技术
风电、光伏等分布式电源具有波动性和不确定性，目前绝大多数分布式电源对电网不表现出惯性，大规模接入后会显著加剧电网调频压力。尤其是当含大规模分布式电源的配电网发生冲击性负荷扰动时，传统电源的调频容量及响应速度将难以满足调频需求，该问题已成为电网接纳分布式电源的主要制约因素之一。
因此，为缓解分布式电源并网瓶颈并改善电网频率指标，有必要引入新的辅助调频手段，而储能的快速响应特性使其在参与电网调频方面具有优势。相关研究多集中在储能系统的变流器控制层面，实现单点储能系统参与电网调频，尚未考虑多点分布式储能系统集中协调控制参与电网调频；然而分布式储能系统多以多点方式接入区域配电网，因此迫切需要一种针对多点分布式储能系统的集中控制调频方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，能够根据实时电网频率变化和各分布式储能系统的荷电状态计算各分布式储能系统的有功功率指令，实现多点分布式储能系统参与电网调频的协调运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，包括以下步骤：
A、实时监测电网频率f，当电网频率f超过调频死区(fdn，fup)后，根据频率偏差△f计算有功功率调节量△P，即
Figure BDA0001485108190000021
式中k1为欠频分布式储能系统调频系数，k2为过频分布式储能系统调频系数，k1、k2大于0；
B、根据分布式储能系统各自的荷电状态SOC，对全部分布式储能系统进行分组，荷电状态SOC＞50％的分布式储能系统为释放有功功率组，荷电状态SOC≤50％的分布式储能系统为吸收有功功率组；
C、当f＞fup时，△P＜0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
C-1、平均分配△P给吸收有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdm，叠加到吸收有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdm，其中
Figure BDA0001485108190000023
Figure BDA0001485108190000022
m为吸收有功功率组中分布式储能系统的个数；
C-2、设定吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefm，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，m，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000031
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，吸收有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
C-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure BDA0001485108190000032
若ΔP'≥ΔP，则返回步骤A，若ΔP'＜ΔP，则平均分配ΔP'-ΔP给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure BDA0001485108190000033
Figure BDA0001485108190000034
k为全部分布式储能系统的个数；
C-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为80％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000035
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率指令参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A；
D、当f<fdn时，△P>0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
D-1、平均分配△P给释放有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdn，叠加到释放有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdn，其中
Figure BDA0001485108190000041
Figure BDA0001485108190000042
n为释放有功功率组中分布式储能系统的个数；
D-2、设定释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefn，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，n，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000043
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，释放有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
D-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure BDA0001485108190000044
若ΔP'≥ΔP，则返回步骤A，若ΔP'＜ΔP，则平均分配ΔP'-ΔP给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure BDA0001485108190000045
Figure BDA0001485108190000046
k为全部分布式储能系统的个数；
D-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为20％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000051
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A。
将监测电网频率f从超出调频死区到恢复至调频死区范围内作为一次集控调频过程，当多点分布式储能系统完成一次集控调频过程后，统计各分布式储能系统的集控调频贡献量，包括响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率和稳态均值，其中响应时间为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的2％所需要的时间，调节速率为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的90％所需要的时间，60s一次调频动作积分电量完成率为多点分布式储能系统60s一次调频实际动作积分电量与理论动作积分电量之比的百分数，稳态均值为从多点分布式储能系统开始响应一次集控调频过程起，各分布式储能系统的实时功率在有功功率指令参考值的90％-110％范围的平均值。
本发明根据实时监测的电网频率变化，确定多点分布式储能系统参与调频的有功功率调节量；结合各储能系统的荷电状态，划分分布式储能系统的类型，进而根据有功功率调节量和分布式储能系统类型，计算有功功率指令参考量，有效实现了多点分布式储能系统集中协调控制支撑电网频率；本发明一方面考虑了电网频率的支撑效果，另一方面兼顾了各储能系统的荷电状态，使其运行在20％-80％的最佳荷电状态，有效提高了电网的稳定性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，包括以下步骤：
A、实时监测电网频率f，当电网频率f超过调频死区(fdn，fup)后，根据频率偏差△f计算有功功率调节量△P，即
Figure BDA0001485108190000061
式中k1为欠频分布式储能系统调频系数，k2为过频分布式储能系统调频系数，k1、k2大于0。
B、根据分布式储能系统各自的荷电状态SOC，对全部分布式储能系统进行分组，荷电状态SOC＞50％的分布式储能系统为释放有功功率组，荷电状态SOC≤50％的分布式储能系统为吸收有功功率组。
C、当f＞fup时，△P＜0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
C-1、平均分配△P给吸收有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdm，叠加到吸收有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdm，其中
Figure BDA0001485108190000071
m为吸收有功功率组中分布式储能系统的个数；
C-2、设定吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefm，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，m，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000072
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，吸收有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
C-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure BDA0001485108190000073
若ΔP'≥ΔP，则返回步骤A，若ΔP'＜ΔP，则平均分配ΔP'-ΔP给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure BDA0001485108190000074
Figure BDA0001485108190000075
k为全部分布式储能系统的个数；
C-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为80％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000081
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率指令参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A。
D、当f<fdn时，△P>0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
D-1、平均分配△P给释放有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdn，叠加到释放有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdn，其中
Figure BDA0001485108190000082
n为释放有功功率组中分布式储能系统的个数；
D-2、设定释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefn，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，n，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000083
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，释放有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
D-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure BDA0001485108190000091
若ΔP'≥ΔP，则返回步骤A，若ΔP'＜ΔP，则平均分配ΔP'-ΔP给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure BDA0001485108190000092
Figure BDA0001485108190000093
k为全部分布式储能系统的个数；
D-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为20％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure BDA0001485108190000094
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A。
将监测电网频率f从超出调频死区到恢复至调频死区范围内作为一次集控调频过程，当多点分布式储能系统完成一次集控调频过程后，统计各分布式储能系统的集控调频贡献量，供电网运维人员查看。集控调频贡献量包括响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率和稳态均值，其中响应时间为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的2％所需要的时间，调节速率为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的90％所需要的时间，60s一次调频动作积分电量完成率为多点分布式储能系统60s一次调频实际动作积分电量与理论动作积分电量之比的百分数，稳态均值为从多点分布式储能系统开始响应一次集控调频过程起，各分布式储能系统的实时功率在有功功率指令参考值的90％-110％范围的平均值。
本发明实现了多点分布式储能系统集中协调控制支撑电网频率，避免因多个储能系统各自调频动作而出现的不协调，导致不能完成对电网频率的支撑，进而造成电网系统更大的不稳定；本发明一方面考虑了电网频率的支撑效果，另一方面兼顾了各储能系统的荷电状态，使其运行在20％-80％的最佳荷电状态，有效提高了电网的稳定性。

Claims (2)

1.一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、实时监测电网频率f，当电网频率f超过调频死区(fdn，fup)后，根据频率偏差△f计算有功功率调节量△P，即
Figure FDA0001485108180000011
式中k1为欠频分布式储能系统调频系数，k2为过频分布式储能系统调频系数，k1、k2大于0；
B、根据分布式储能系统各自的荷电状态SOC，对全部分布式储能系统进行分组，荷电状态SOC＞50％的分布式储能系统为释放有功功率组，荷电状态SOC≤50％的分布式储能系统为吸收有功功率组；
C、当f＞fup时，△P＜0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
C-1、平均分配△P给吸收有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdm，叠加到吸收有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdm，其中
Figure FDA0001485108180000012
Figure FDA0001485108180000013
m为吸收有功功率组中分布式储能系统的个数；
C-2、设定吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefm，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，m，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure FDA0001485108180000021
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为吸收有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，吸收有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
C-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure FDA0001485108180000022
若|ΔP'|≥|ΔP|，则返回步骤A，若|ΔP'|＜|ΔP|，则平均分配|ΔP'|-|ΔP|给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure FDA0001485108180000023
Figure FDA0001485108180000024
k为全部分布式储能系统的个数；
C-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为80％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure FDA0001485108180000025
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率指令参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A；
D、当f<fdn时，△P>0，根据各分布式储能系统的荷电状态SOC和有功功率调节量△P修订有功功率指令参考值，包括以下步骤：
D-1、平均分配△P给释放有功功率组的各分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△Pcmd1，△Pcmd2，……，△Pcmdn，叠加到释放有功功率组的各分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率指令Pcmd1，Pcmd2，……，Pcmdn，其中
Figure FDA0001485108180000031
Figure FDA0001485108180000032
n为释放有功功率组中分布式储能系统的个数；
D-2、设定释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态参考值SOCref为50％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值Pref1,Pref2,…,Prefn，Prefi＝Pcmdi+Pbati，i＝1,2，……，n，其中Pbati为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure FDA0001485108180000033
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCi为释放有功功率组中各分布式储能系统的荷电状态，释放有功功率组的各分布式储能系统执行有功功率指令参考值Prefi，并进一步计算执行后的实时功率Pi和荷电状态SOCi；
D-3、计算修订后的有功功率调节量
Figure FDA0001485108180000034
若|ΔP'|≥|ΔP|，则返回步骤A，若|ΔP'|＜|ΔP|，则平均分配|ΔP'|-|ΔP|给全部分布式储能系统，即分别将各有功功率指令增加量△P'cmd1，△P'cmd2，……，△P'cmdk，叠加到全部分布式储能系统的当前有功功率指令中，形成新的有功功率控制指令P'cmd1，P'cmd2，……，P'cmdk，其中
Figure FDA0001485108180000035
Figure FDA0001485108180000036
k为全部分布式储能系统的个数；
D-4、设定全部分布式储能系统的荷电状态参考值SOC'ref为20％，计算各分布式储能系统修订后的有功功率指令参考值P'ref1,P'ref2,…,P'refk，P'refj＝P'cmdj+P'batj，j＝1,2，……，k，其中P'batj为荷电状态修正有功功率指令参考值偏差量，
Figure FDA0001485108180000041
kSOC为荷电状态对分布式储能系统有功功率指令修正量的系数，SOCj为全部分布式储能系统的荷电状态，全部分布式储能系统执行有功功率参考值P'refj，并进一步计算执行后的实时功率Pj和荷电状态SOCj，然后返回步骤A。
2.如权利要求1所述的一种计及荷电状态的多点分布式储能系统集控调频方法，其特征在于：将监测电网频率f从超出调频死区到恢复至调频死区范围内作为一次集控调频过程，当多点分布式储能系统完成一次集控调频过程后，统计各分布式储能系统的集控调频贡献量，包括响应时间、调节速率、60s一次调频动作积分电量完成率和稳态均值，其中响应时间为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的2％所需要的时间，调节速率为从电网频率f超出调频死区开始到各分布式储能系统的实时功率达到有功功率指令参考值的90％所需要的时间，60s一次调频动作积分电量完成率为多点分布式储能系统60s一次调频实际动作积分电量与理论动作积分电量之比的百分数，稳态均值为从多点分布式储能系统开始响应一次集控调频过程起，各分布式储能系统的实时功率在有功功率指令参考值的90％-110％范围的平均值。
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