CN108321823A - 一种基于储能电池的二次调频控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于储能电池的二次调频控制方法及系统，所述二次调频控制方法包括：计算频率偏差和联络线功率偏差；根据频率偏差和联络线功率偏差计算区域控制信号；判断区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，若是，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。本发明有效改善调频效果，提高电网频率的稳定性和抗干扰能力。

Description

一种基于储能电池的二次调频控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电网调频领域，特别是涉及一种基于储能电池的二次调频控制方法及系统。

背景技术

随着可再生能源大规模接入电力系统，其弱惯性、波动性和不确定性以及常规机组一些固有缺陷，导致系统调频容量不足的问题日益突出，给电网调频造成了巨大挑战。常规机组参与电网调频存在响应慢、爬坡速率低等问题，而储能电池的快速响应、精确控制特性可以填补这些不足，储能辅助常规机组参与调频在电力系统中得到规模化的应用，但如何制定合理的储能出力控制策略来实现储能和常规机组互补协调运行是储能调频应用中的关键问题。

现已有研究初步探索了储能参与调频的控制策略，但对与储能电池参与电网调频，未明确储能的控制模式，未深入分析储能动作过程。且以上研究大多基于电网单方面调频需求来制定储能出力控制策略，而非综合研判储能调频能力和电网调频需求，以及未能充分利用电网和储能之间的互补优势。或基于电力系统调频需求控制储能出力，仅在系统频率死区内恢复储能SOC，没有考虑系统运行状态对储能输出功率的限制，且其调频阶段与恢复阶段是相互独立的，未对二者进行综合研判。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于储能电池的二次调频控制方法及系统，有效改善调频效果，提高电网频率的稳定性和抗干扰能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于储能电池的二次调频控制方法，所述二次调频控制方法包括：

计算频率偏差和联络线功率偏差；

根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号；

判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。

可选的，所述计算储能自恢复的放电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的放电功率；

其中，P_d为储能自恢复的实际放电功率，P_d1为储能自恢复的需求放电功率，P_d2为储能自恢复的最大放电功率，P_dm为储能额定放电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_min为荷电最小值，SOC_low为荷电较低值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC_min<SOC₀<SOC_low<SOC₁。

可选的，所述计算储能自恢复的充电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的充电功率；

其中，P_c为储能自恢复的实际充电功率，P_c1为储能自恢复的需求充电功率，P_c2为储能自恢复的最大充电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_max为荷电最高值，SOC_high为荷电较高值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC₀<SOC_high<SOC₁<SOC_max。

可选的，所述二次调频控制方法还包括：

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第一设定值时，计算公式计算储能自恢复的实际需求功率；

其中，P_essR为储能自恢复的实际需求功率，P_c为储能自恢复的充电功率，P_d为储能自恢复的放电功率，SOC_low为荷电较低值，SOC_high为荷电较高值；

判断所述区域控制信号的绝对值是否小于所述第二设定值，得到第四判断结果，所述第二设定值大于所述第一设定值；

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第二设定值时，计算储能参与调频时的输出功率最大值；

根据所述储能自恢复的实际需求功率和所述储能参与调频时充放电边界限制确定储能在正常调节区域内的响应功率。

可选的，所述计算储能参与调频时的输出功率最大值，具体公式为：

其中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数。

可选的，所述根据所述储能参与调频时的输出功率最大值和所述储能自恢复的实际需求功率确定储能在正常调节区域内的响应功率，具体公式为：

其中，α为储能参与参与因子，G_e(s)为储能传递函数。P_essR为储能自恢复的实际恢复需求功率，P_essm为储能参与调频时的输出功率最大值，ΔP_ess1为储能在正常调节区域内的响应功率。

可选的，所述二次调频控制方法还包括：

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第二设定值时，判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第三设定值，得到第五判断结果，所述第三设定值大于所述第二设定值；

当所述第五判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第三设定值时，对所述区域控制信号进行分频，得到高频信号和低频信号；

根据公式计算储能参与调频的输出功率；

其中，ACE_high为高频信号，ΔP_ess2为储能参与调频的输出功率。

可选的，所述根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号，具体包括：

根据公式ACE＝ΔP_tie+BΔf计算区域控制信号；

其中，Δf为频率偏差；ΔP_tie为联络线功率偏差，B为频率偏差系数；ACE表征系统稳定所需的功率总缺额。

可选的，所述二次调频控制方法还包括：

判断所述频率偏差的绝对值小于频率偏差设定值和储能电荷处于是否同时成立，若是，储能退出运行；若否，返回步骤：根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号。

本发明还提供了一种基于储能电池的二次调频控制系统，所述控制系统包括：

频率偏差和联络线功率偏差计算模块，用于计算频率偏差和联络线功率偏差；

区域控制信号计算模块，用于根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号；

第一结果判断模块，用于判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

第二结果判断模块，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

储能自恢复的放电功率计算模块，用于当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；

第三结果判断模块，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

储能自恢复的充电功率计算模块，用于当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出并构建了储能自适应调频和储能自恢复两种工况的出力控制规律。为了实现储能和常规机组参与二次调频优势互补，在研究电网ACE状态与调频剩余容量关系的基础上，将储能划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作模式。本发明在改善调频效果、提高常规机组利用率和降低储能容量配置需求等方面具有优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于储能电池的二次调频控制方法的流程图；

图2为本发明基于储能电池的二次调频控制系统的结构图；

图3为本发明方法的步骤流程图；

图4为储能SOC状态划分图；

图5为电网ACE状态划分图；

图6为储能自恢复SOC时的实际需求功率图；

图7为基于SOC反馈的储能最大充放电功率图；

图8为ACE信号高低分频示意图；

图9为含储能电池的两区域电网调频动态模型图；

图10为阶跃负荷扰动下系统动态响应图；

图11为连续负荷扰动曲线图；

图12为连续负荷扰动下系统动态响应图。

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。

面对储能参与调频控制策略亟需解决的问题，本发明为了解决系统调频需求和储能恢复需求之间的协调配合问题，利用Logistic回归函数的特性，提出并构建了储能自适应调频和储能自恢复两种工况的出力控制规律。其次为了实现储能和常规机组参与二次调频优势互补，在研究电网ACE状态与调频剩余容量关系的基础上，将储能划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作模式，能够有效改善调频效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于储能电池的二次调频控制方法的流程图；如图1所示，所述二次调频控制方法包括：

步骤101：计算频率偏差和联络线功率偏差；

步骤102：根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号，具体包括：

根据公式ACE＝ΔP_tie+BΔf计算区域控制信号；

其中，Δf为频率偏差；ΔP_tie为联络线功率偏差，B为频率偏差系数；ACE表征系统稳定所需的功率总缺额。

当电网的安全稳定运行受到威胁的时候，电网调度控制中心根据ACE的大小，将调频需求功率以控制指令的形式分配给各类可用的调频电源：1)ACE>0，减少调频电源的出力；2)ACE<0，增加调频电源的出力。储能电根据调度控制中心发送的控制指令信号进行充放电调整，表达如下式所示：

P_∑＝P_gen+P_ess；

式中，P_∑为维持电网ACE在控制标准内所需功率的总缺额；P_gen为常规发电机组参与调频的总调整功率；P_ess为储能电源参与调频的总功率。

步骤103：判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

步骤104：当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

步骤105：当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的放电功率；

其中，P_d为储能自恢复的实际放电功率，P_d1为储能自恢复的需求放电功率，P_d2为储能自恢复的最大放电功率，P_dm为储能额定放电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_min为荷电最小值，SOC_low为荷电较低值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC_min<SOC₀<SOC_low<SOC₁。

步骤106：当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

步骤107：当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的充电功率；

其中，P_c为储能自恢复的实际充电功率，P_c1为储能自恢复的需求充电功率，P_c2为储能自恢复的最大充电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_max为荷电最高值，SOC_high为荷电较高值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC₀<SOC_high<SOC₁<SOC_max。

所述二次调频控制方法还包括：

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第一设定值时，计算公式计算储能自恢复的实际需求功率；

其中，P_essR为储能自恢复的实际需求功率，P_c为储能自恢复的充电功率，P_d为储能自恢复的放电功率，SOC_low为荷电较低值，SOC_high为荷电较高值；

判断所述区域控制信号的绝对值是否小于所述第二设定值，得到第四判断结果，所述第二设定值大于所述第一设定值；

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第二设定值时，计算储能参与调频时的输出功率最大值，具体公式为：

其中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数。

根据所述储能自恢复的实际需求功率和所述储能参与调频时充放电边界限制确定储能在正常调节区域内的响应功率，具体公式为：

其中，α为储能参与参与因子，G_e(s)为储能传递函数。P_essR为储能自恢复的实际恢复需求功率，P_essm为储能参与调频时的输出功率最大值，ΔP_ess1为储能在正常调节区域内的响应功率。

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第二设定值时，判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第三设定值，得到第五判断结果，所述第三设定值大于所述第二设定值；

当所述第五判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第三设定值时，对所述区域控制信号进行分频，得到高频信号和低频信号；

根据公式计算储能参与调频的输出功率；

其中，ACE_high为高频信号，ΔP_ess2为储能参与调频的输出功率。

所述二次调频控制方法还包括：

判断所述频率偏差的绝对值小于频率偏差设定值和储能电荷处于是否同时成立，若是，储能退出运行；若否，返回步骤：根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号。

本发明还提供了一种基于储能电池的二次调频控制系统，图2为本发明基于储能电池的二次调频控制系统的结构图，所述控制系统包括：

频率偏差和联络线功率偏差计算模201，用于计算频率偏差和联络线功率偏差；

区域控制信号计算模块202，用于根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号；

第一结果判断模块203，用于判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

第二结果判断模块204，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

储能自恢复的放电功率计算模块205，用于当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；

第三结果判断模块206，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

储能自恢复的充电功率计算模块207，用于当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。

本发明公开了一种储能电池参与二次调频的综合控制方法，解决了储能调频应用中的两个关键问题：一是为了解决系统调频需求和储能恢复需求之间的协调配合问题，利用Logistic回归函数的特性，提出并构建了储能自适应调频和储能自恢复两种工况的出力控制规律；二是为了实现储能和常规机组参与二次调频优势互补，在研究电网区域控制误差信号(area control error，ACE)与调频剩余容量关系的基础上，将储能划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作模式，能够有效改善调频效果。主要包括以下四个步骤：首先实时状态感知系统调频需求和储能运行状态：计算系统频率偏差(Δf)、联络线功率偏差(ΔPtie)、区域控制误差(ACE)和储能荷电状态(state ofcharge，SOC)等；在状态感知的基础上，对系统需求和储能需求进行分解：对电网ACE进行状态区间划分；再确定各区间上储能的出力目标和响应功率；最后对电网状态和储能运行状态进行综合研判是否达标，达标则结束，不达标则返回第一步。本发明实现了电网频率的稳定性和抗干扰能力；为保证电网安全稳定运行提供了科学的支撑。

本发明的上述方法的具体分析过程如下：

步骤1：实时状态感知系统调频需求和储能运行状态，并对其进行分解；

步骤2：在需求分解的基础上，确定储能的工作模式，如储能在自恢复工况，进入步骤3；如储能在调频工况，进入步骤4；如储能在综合工况，进入步骤5；

步骤3：确定储能自恢复工况响应功率；

步骤4：确定储能调频工况响应功率；

步骤5：确定储能综合工况的响应功率；

步骤6：综合研判系统和储能的状态，达到运行目标则储能退出运行，否则返回步骤1。

所述步骤1中，根据实时状态感知系统调频需求和储能运行状态：计算系统频率偏差(Δf)、联络线功率偏差(ΔP_tie)、区域控制误差(ACE)、储能荷电状态(SOC)等。并对系统和储能调频需求进行分解，即将储能SOC划分为：SOC_max、SOC_min分别为允许最大、最小值，SOC_high、SOC_low分别为较高值和较低值，SOC₁、SOC₀分别为高中间值和低中间值；将电网ACE的状态区间划分为：死区(0～ACE_db)、正常调节区(ACE_db～ACE_1)、次紧戒调节区(ACE_1～ACE_2)、紧急调节区(>ACE_2)。在需求分解的基础上，确定各区间上储能的出力目标和响应功率，将储能划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作场景，如图3-5所示。

所述步骤2中，通通过对系统和储能调频需求进行分解，从而确定储能工作模式：

(1)在ACE死区内，且储能SOC恶化(即SOC>SOC_high或SOC<SOC_low)：储能处于自恢复工况；

(2)在ACE正常调节区内：储能在参与调频的同时有选择性的进行自恢复，储能处于综合工况；

(3)在ACE次紧戒调节区内：储能仅参与调频，处于调频工况。

所述步骤3中，根据步骤2确定储能的工作模式为自恢复工况，现确定此工况下储能响应功率如下：

(1)首先利用Logisctic线性回归模型构建储能自恢复充、放电需求功率P_c1、P_d1如下：

式中：P_cm、P_dm为储能额定充、放电功率，P₀、n为Logisctic函数的两个参变量、e为自然常数。

(2)储能自恢复时同时应考虑电网ACE状态对其的限制，构建储能自恢复时不使ACE越限的最大充、放电功率约束P_c2、P_d2如下：

(3)则储能自恢复的实际恢复需求功率P_essR。如图6所示为：

综上，ACE死区内储能响应功率ΔP_ess如下所示。

ΔP_ess＝P_essR。

所述步骤4中，根据步骤2确定储能的工作模式为综合工况，现确定此工况下储能响应功率如下：

(1)同理利用Logisctic线性回归模型构建储能参与调频时的最大充、放电功率P_c、P_d如图7所示为：

则储能参与调频时充放电边界限制P_essm如下：

(2)储能自恢复的实际恢复需求功率P_essR同上为：

综上，在ACE正常调节区域内储能响应功率如下所示，式中α为储能参与参与因子，G_e(s)为储能传递函数。

所述步骤5中，根据步骤2确定储能的工作模式为调频工况，现确定此工况下储能响应功率如下：

(1)首先对ACE信号进行高低分频，储能承担ACE高频部分，分频示意图如图8所示，公式如下所示：

ACE＝ACE_high+ACE_low；

(2)同上再确定储能调频工况下的最大充、放电功率P_c、P_d和边界限制P_essm如下：

综上，在ACE次紧急区域内储能响应功率如下所示。

所述步骤6中，综合研判系统和储能的状态，达到运行目标则储能退出运行，否则返回步骤1，研判内容如下：

(1)系统状态是否达标，即Δf是否处于死区内；

(2)储能荷电状态是否达标，即储能SOC是否在(SOC_low，SOC_high)内。

为了验证本发明，选取某区域电网作为研究对象，相应的调频动态模型如图9所示。ΔP_Li(s)(i＝1、2，分别代表1、2两区域，下同)、ΔP_Fi(s)、ΔP_Si(s)、ΔP_tie(s)和Δf_i分别为负荷增量、机组一次调频出力、机组二次调频出力、系统联络线功率偏差和频率偏差；K_i为机组一次调频单位调节功率系数；K_Pi和K_Ii为PI控制器的参数；M_i和D_i为系统旋转惯量与阻尼系数；a₁₂、T₁₂为两个区域的容量换算系数和延迟系数；β_i、A_ce为电力系统偏差系数和区域控制偏差ACE信号；A_{ce_nor}、A_{ce_bess}为分配给常规机组和储能的ACE信号；G_gi(s)为发电机组模型，由调速器模型G_gov(s)和再热汽轮机组模型G_s(s)串联构成，如下所示。

火电机组调速器传递函数如式下所示：

式中，T_g为火电机组调速器时间常数。

常规再热汽轮机传递函数如式下所示：

式中，T_CH、T_RH和F_HP分别为汽轮机时间常数、再热器时间常数和再热器增益。

发电机组的串联模型传递函数G_g(s)如式下所示：

G_g(s)＝G_gov(s)·G_s(s)。

储能电池等效模型中，ΔP_e(s)为储能响应功率；C_o和C_n分别为储能的初始容量和额定容量；S_oc为储能实时SOC大小；G_e(s)表征储能的传递函数模型，如式下所示：

式中，T_e为储能出力响应时间常数。

对储能电池参与电网二次调频进行动态仿真，通过设置不同的扰动类型以及与ACE控制方式(对比方案一)和区域控制需求(area regulation require，ARR)控制方式(对比方案二)进行对比仿真以验证本申请所提供的控制方法的有效性。仿真系统的参数设置如表1和表2所示。

表1仿真系统模型参数

参数	数值	参数	数值
				M1、M2	10	D1，D2	1
K1、K2	20	β1、β2	21
				Tg1、Tg2	0.08、0.06	Kp1、Kp2	-0.822
Te	0.01	Ki1、Ki2	-0.16
				TCH、TRH	0.3、10	FHP	0.5
T12	1.59	α	0.2

表2控制方法的相关参数

参数	数值	参数	数值	参数	数值
						Soc_min	0.1	Soc_low	0.45	Soc_0	0.275
Soc_max	0.9	Soc_high	0.55	Soc_1	0.725
						Ace_db	0.075	Ace_1	0.15	Ace_2	0.25
n	15	P0	0.01	Ts	100

设置好参数后，在MATLAB仿真下搭建该研究对象的仿真模型。从阶跃负荷和连续负荷(如图11所示)两种典型扰动下进行仿真分析。就图10和图12所展示的仿真结果，从调频效果、储能SOC、调频电源贡献电量等情况简要讨论如下。

1.调频效果

1)在阶跃扰动工况下，从图10(a)可知，本文方法频差峰值更小，和“对比方案一”效果相当，频率下滑速度V_r比无储能和“对比方案二”分别降低了13％和1.6％。

2)在连续扰动工况下，图12(a)可知，本文方法在大频偏和小频偏下都拥有最好的调频效果，本文方法的频率偏差均方根值Δf_rms仅次于基于积分持续出力的“对比方案二”，比无储能和“对比方案一”分别减少了11％和2.6％。

2.储能SOC维持效果

1)在阶跃扰动工况下，本文方法由于储能自恢复的存在，始终维持储能S_oc在正常区间(S_{oc_low}、S_{oc_high})之内，拥有最好的SOC维持效果。而“对比方案二”，储能在最大频偏后持续出力，其SOC恶化最快，如图10(a)和图10(c)在97s时，储能S_oc越下限后停止放电，对系统产生频率二次扰动。

2)在连续扰动工况下，由图12(d)可知，在储能SOC状态良好的调频初期，本文方法的SOC维持效果与“对比方案一”相当；在40min调频压力增大后，本文方法合理的控制方法使得储能SOC维持效果优势越来越明显，其SOC维持效果分别为方案一和方案二的1.17倍和2.7倍。

这说明本文方法在满足系统调频需求的前提下拥有更佳的荷电状态，有效防止储能过度充放电，从而延长储能使用寿命。

3.贡献电量情况

1)常规机组贡献电量方面，本文方法合理的储能自恢复方法和在调频压力增大时转由承担ACE高频部分，在一定程度上提高了常规机组利用率。由图12(b)可知，本文方法的常规机组贡献电量分别比方案一和方案二提高了2.8％和20％。

2)储能贡献电量方面，同理由图12(c)可知，储能参与二次调频的贡献电量需求分别比方案一和方案二减少了1.9％和36.6％。

这说明本文方法不仅提高了常规机组二次调频容量的利用率，同时可以降低储能参与二次调频的容量配置需求。

本发明公开了一种储能电池参与二次调频的综合控制策略。首先为了解决系统调频需求和储能恢复需求之间的协调配合问题，本文利用Logistic回归函数的特性，提出并构建了储能自适应调频和储能自恢复两种工况的出力控制规律。其次为了实现储能和常规机组参与二次调频优势互补，在研究电网ACE状态与调频剩余容量关系的基础上，将储能划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作模式。仿真结果表明，本发明在改善调频效果、提高常规机组利用率和降低储能容量配置需求等方面具有优势。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于储能电池的二次调频控制方法，其特征在于，所述二次调频控制方法包括：

计算频率偏差和联络线功率偏差；

根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号；

判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。

2.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述计算储能自恢复的放电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的放电功率；

其中，P_d为储能自恢复的实际放电功率，P_d1为储能自恢复的需求放电功率，P_d2为储能自恢复的最大放电功率，P_dm为储能额定放电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_min为荷电最小值，SOC_low为荷电较低值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC_min<SOC₀<SOC_low<SOC₁。

3.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述计算储能自恢复的充电功率，具体包括：

根据公式计算储能自恢复的充电功率；

其中，P_c为储能自恢复的实际充电功率，P_c1为储能自恢复的需求充电功率，P_c2为储能自恢复的最大充电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数，SOC_max为荷电最高值，SOC_high为荷电较高值，SOC₀为荷电低中间值，SOC₁为荷电高中间值，SOC₀<SOC_high<SOC₁<SOC_max。

4.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述二次调频控制方法还包括：

当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第一设定值时，计算公式计算储能自恢复的实际需求功率；

其中，P_essR为储能自恢复的实际需求功率，P_c为储能自恢复的充电功率，P_d为储能自恢复的放电功率，SOC_low为荷电较低值，SOC_high为荷电较高值；

判断所述区域控制信号的绝对值是否小于所述第二设定值，得到第四判断结果，所述第二设定值大于所述第一设定值；

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第二设定值时，计算储能参与调频时的输出功率最大值；

根据所述储能自恢复的实际需求功率和所述储能参与调频时充放电边界限制确定储能在正常调节区域内的响应功率。

5.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述计算储能参与调频时的输出功率最大值，具体公式为：

其中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P₀、n为两个参变量、e为自然常数。

6.根据权利要求4所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述根据所述储能参与调频时的输出功率最大值和所述储能自恢复的实际需求功率确定储能在正常调节区域内的响应功率，具体公式为：

其中，α为储能参与参与因子，G_e(s)为储能传递函数，P_essR为储能自恢复的实际恢复需求功率，P_essm为储能参与调频时的输出功率最大值，ΔP_ess1为储能在正常调节区域内的响应功率。

7.根据权利要求5所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述二次调频控制方法还包括：

当所述第四判断结果表示所述区域控制信号的绝对值大于等于所述第二设定值时，判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第三设定值，得到第五判断结果，所述第三设定值大于所述第二设定值；

当所述第五判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第三设定值时，对所述区域控制信号进行分频，得到高频信号和低频信号；

根据公式计算储能参与调频的输出功率；其中，ACE_high为高频信号，ΔP_ess2为储能参与调频的输出功率。

8.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号，具体包括：

根据公式ACE＝ΔP_tie+BΔf计算区域控制信号；

其中，Δf为频率偏差；ΔP_tie为联络线功率偏差，B为频率偏差系数；ACE表征系统稳定所需的功率总缺额。

9.根据权利要求1所述的二次调频控制方法，其特征在于，所述二次调频控制方法还包括：

判断所述频率偏差的绝对值小于频率偏差设定值和储能电荷处于是否同时成立，若是，储能退出运行；若否，返回步骤：根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号。

10.一种基于储能电池的二次调频控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

频率偏差和联络线功率偏差计算模块，用于计算频率偏差和联络线功率偏差；

区域控制信号计算模块，用于根据所述频率偏差和所述联络线功率偏差计算区域控制信号；

第一结果判断模块，用于判断所述区域控制信号的绝对值是否小于第一设定值，得到第一判断结果；

第二结果判断模块，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否大于荷电较高值，得到第二判断结果；

储能自恢复的放电功率计算模块，用于当所述第二判断结果表示所述荷电状态大于荷电较高值时，计算储能自恢复的放电功率；

第三结果判断模块，用于当所述第一判断结果表示所述区域控制信号的绝对值小于所述第一设定值时，判断所述荷电状态是否小于荷电较低值，得到第三判断结果；

储能自恢复的充电功率计算模块，用于当所述第三判断结果表示所述荷电状态小于荷电较低值时，计算储能自恢复的充电功率。