CN109995060B - 一种广域储能协调控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种广域储能协调控制方法和系统，包括：底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；当需要响应时，底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电直到电网的运行状态达到预设的正常区间。与最接近的现有技术相比，通过在储能系统的控制上采用虚拟同步机的变流器控制，模拟了传统同步发电机那样利用储存在转子上的动能来抑制功率或频率的波动，使控制效果更加明显。同时，本发明将广域储能与虚拟同步机控制相结合，运用多代理的控制构架，既在局部储能的控制上实现了控制的稳定，又在广域领域实现了储能整体的协调控制，减小了储能系统充放电的不稳定。

Description

一种广域储能协调控制方法和系统

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体讲涉及一种广域储能协调控制方法和系统。

背景技术

近年来，随着分布式能源的发展及其与大电网联网所表现出来的很多问题，对于储能的研究变成了热点，储能技术能够对系统起到一定程度的支撑和调节作用，在电网中合理的配置储能容量能够有效地平滑源荷之间功率差的随机波动，从而提高系统运行的可靠性和稳定性。然而，有关储能控制的研究工作多是针对单个装置单一目标的。

考虑到变流器中电力电子器件的广泛应用，其接口逆变器几乎没有惯性，在配电网出现扰动或电能供需不平衡时，无法像传统同步发电机那样利用储存在转子上的动能来抑制功率或频率的波动。在广域储能的整体协调控制上，考虑到不同点的储能系统，系统复杂性高，不容易控制。

发明内容

为克服上述现有技术储能控制针对单个装置单一目标的不足，本发明提出一种广域储能协调控制方法和系统。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种广域储能协调控制方法，其改进之处在于：

底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；

当需要响应时，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应，包括：

底层代理实时采集电网的电压和频率；

当电压的变化超过预设的电压允许误差；和/或

当频率的变化超过预设的频率允许误差；和/或

当接到上层代理下发的控制指令时需要储能系统进行响应。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述电压的变化按下式计算：

|ΔU|＝|U(k)-Uref|

其中：ΔU为电压的变化；U(k)为k时刻采集的电压值；Uref为额定电压。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述频率的变化按下式计算：

|Δf|＝|f(k)-fref|

其中：Δf为频率的变化；f(k)为k时刻采集的频率值；fref为额定频率。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述上层代理包括中层代理和顶层代理。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间，包括：

所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电；

经过预设的延时，所述底层代理获取电网的运行状态，并将所述运行状态反馈给中层代理；

所述中层代理将电网的储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以控制指令的形式下达到所述底层代理；同时将所述运行状态反馈到顶层代理；

所述顶层代理根据中层代理的反馈，确定电网中储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；

否则，对电网中运行状态不在预设正常区间的储能点进行统计，并根据统计结果通过给中层代理下达控制指令，控制底层代理，使所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，并从经过预设的延时，所述底层代理获取电网的运行状态，并将所述运行状态反馈给中层代理开始，重复上述步骤。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，包括：

所述底层代理利用虚拟调速器和虚拟励磁控制器模拟同步电机控制储能系统的变流器，使储能系统进行充放电；

其中，模拟同步电机，采用虚拟同步电机算法，通过转子机械方程模拟同步电机的机械特性,并通过定子电气方程模拟同步电机的电气特性。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述中层代理将电网的底层储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以指令的形式下达到所述底层代理，包括：

所述中层代理将所述储能单元分为能量型储能和功率型储能；

所述中层代理根据储能单元的荷电状态和所述电网的运行状态控制功率型储能优先进行响应，其次能量型储能进行响应；

将控制指令下达到所述底层代理。

一种广域储能协调控制系统，其改进之处在于，底层代理和上层代理；

所述底层代理用于实时采集电网的运行状态反馈给上层代理，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；当需要响应时，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间；

所述上层代理用于根据所述底层代理的反馈，向所述底层代理下达控制指令。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述上层代理包括中层代理和顶层代理；

所述中层代理用于将电网的储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以控制指令的形式下达到所述底层代理；同时将所述底层代理反馈的电网的运行状态反馈到顶层代理；

所述顶层代理用于根据中层代理的反馈，确定电网中储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；否则，对电网中运行状态不在预设正常区间的储能点进行统计，并根据统计结果通过给中层代理下达控制指令，控制底层代理，使所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明通过在储能系统的控制上采用虚拟同步机的变流器控制，模拟了传统同步发电机那样利用储存在转子上的动能来抑制功率或频率的波动，使控制效果更加明显。同时，本发明将广域储能与虚拟同步机控制相结合，运用多代理的控制构架，既在局部储能的控制上实现了控制的稳定，又在广域领域实现了储能整体的协调控制，减小了储能系统充放电的不稳定。

当系统不稳定时，各储能系统之间也可以相互补充，在整体上减少系统电压和频率的波动性，可达到了系统储能配置的经济性，使广域储能系统的协调控制更加合理，具有经济可行性。

附图说明

图1为本发明提供的一种广域储能协调控制方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种广域储能协调控制方法详细流程示意图。

具体实施方式

本发明将广域储能与虚拟同步机控制相结合，同时，运用多代理的控制构架，既在局部储能的控制上实现了控制的稳定，又在广域领域实现了储能整体的协调控制，减小了储能系统充放电的不稳定；同时，当系统不稳定时，各储能系统之间也可以相互补充，在整体上减少系统电压和频率的波动性，可达到了系统储能配置的经济性，使广域储能系统的协调控制更加合理，具有经济可行性。

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：

本发明提供的一种广域储能协调控制方法的流程如图1所示，包括：

底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；

当需要响应时，底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间。

本发明提供的一种广域储能协调控制方法的详细流程如图2所示，具体包括：

步骤1：各底层代理实时获取广域电网状态，包括实时获取电网不同节点的运行状态，包括电压U(k)和频率f(k)，其中k为时刻；

步骤2：根据获取的状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应，包括：

各底层代理判断|ΔU|>ΔUmax或者|Δf|>Δfmax是否成立或是否接到上层代理的控制指令，当|ΔU|>ΔUmax或者|Δf|>Δfmax或接到上层代理控制指令至少有一项成立时，需要储能系统进行响应；其中，上层代理包括中层代理和顶层代理；

其中，ΔUmax为预设的电压允许误差，Δfmax为预设的频率允许误差；

|ΔU|＝|U(k)-Uref|；

|Δf|＝|f(k)-fref|；

其中，Uref为额定电压，fref为额定频率。

当|ΔU|>ΔUmax或|Δf|>Δfmax时，底层代理进一步判断ΔU或Δf是否大于0；

当ΔU或Δf大于0时，储能系统进行充电；

当ΔU或Δf小于0时，储能系统进行放电。

步骤3：根据底层代理的判断，进行操作，包括：

3-1储能系统不需要响应，电压U和频率f在允许范围内，直接返回步骤2即可。

3-2储能系统需要响应，则底层代理，通过基于虚拟同步机的变流器控制，对储能系统进行控制，具体为：

在系统构架上，广域范围内的各储能系统的储能单元通过变流器接入电网，储能变流器的控制策略上采用虚拟同步机控制；

虚拟同步机控制上，模拟了传统同步电机的控制，利用虚拟调速器模拟调速器的控制功能，虚拟励磁控制器模拟同步电机的励磁控制系统的控制功能，虚拟同步电机算法中，通过转子机械方程和定子电气方程分别模拟同步电机的机械特性和电气特性，从而使系统控制更加稳定。

步骤4：经过预设的延时，保证储能系统有时间响应，将响应后采集的电网状态U(k)和f(k)反馈给中层代理，然后再反馈给顶层代理，同时中层代理可给底层代理下达指令，转入步骤2循环执行步骤2到步骤4，直到U、f达到预设的正常区间，其中电压的正常区间为[Uref-ΔUmax,Uref+ΔUmax]，频率的正常区间为[fref-Δfmax,fref+Δfmax]。步骤4包括：

4-1：经过预设的延时，电网广域范围内的底层代理采集电网的状态并将状态反馈给中层代理；

4-2：中层代理将电网的储能系统分为能量型储能和功率型储能，根据储能系统的荷电状态SOC和电网的状态，控制功率型储能优先进行响应，其次能量型储能进行响应，以保证储能及时响应，并将电网的状态反馈给顶层代理；

4-3：顶层代理根据电网的状态，确定储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；否则，对电网中仍然|ΔU|>ΔUmax或|Δf|>Δfmax的储能点，给中层代理下达控制指令，中层代理将控制指令下达给所述底层代理，控制底层代理根据控制指令配合储能点的储能系统进行充放电，增发或者吸收相应的能量，再转入步骤2顺序执行步骤2到步骤4，直到U、f达到预设的正常区间，最终实现实时储能系统协调控制和区域电网的U、f满足要求。

在实际中，中层代理还可根据需要进一步分成多个层级。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种广域储能协调控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与广域储能协调控制方法重复之处不再赘述。

该系统包括：

底层代理和上层代理；

其中，底层代理用于实时采集电网的运行状态反馈给上层代理，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；当需要响应时，底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间；

上层代理用于根据底层代理的反馈，向底层代理下达控制指令。

其中，上层代理包括中层代理和顶层代理；

中层代理用于将电网的储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以控制指令的形式下达到底层代理；同时将底层代理反馈的电网的运行状态反馈到顶层代理；

顶层代理用于根据中层代理的反馈，确定电网中储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；否则，对电网中运行状态不在预设正常区间的储能点进行统计，并根据统计结果通过给中层代理下达控制指令，控制底层代理，使底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请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申请进行了详细的说明,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申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种广域储能协调控制方法，其特征在于：

底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；

当需要响应时，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间；

所述上层代理包括中层代理和顶层代理；

所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间，包括：

所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电；

经过预设的延时，所述底层代理获取电网的运行状态，并将所述运行状态反馈给中层代理；

所述中层代理将电网的储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以控制指令的形式下达到所述底层代理；同时将所述运行状态反馈到顶层代理；

所述顶层代理根据中层代理的反馈，确定电网中储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；

否则，对电网中运行状态不在预设正常区间的储能点进行统计，并根据统计结果通过给中层代理下达控制指令，控制底层代理，使所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，并从经过预设的延时，所述底层代理获取电网的运行状态，并将所述运行状态反馈给中层代理开始，重复上述步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底层代理实时采集电网的运行状态，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应，包括：

底层代理实时采集电网的电压和频率；

当电压的变化超过预设的电压允许误差；和/或

当频率的变化超过预设的频率允许误差；和/或

当接到上层代理下发的控制指令时需要储能系统进行响应。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电压的变化按下式计算：

|ΔU|＝|U(k)-Uref|

其中：ΔU为电压的变化；U(k)为k时刻采集的电压值；Uref为额定电压。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率的变化按下式计算：

|Δf|＝|f(k)-fref|

其中：Δf为频率的变化；f(k)为k时刻采集的频率值；fref为额定频率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，包括：

所述底层代理利用虚拟调速器和虚拟励磁控制器模拟同步电机控制储能系统的变流器，使储能系统进行充放电；

其中，模拟同步电机，采用虚拟同步电机算法，通过转子机械方程模拟同步电机的机械特性,并通过定子电气方程模拟同步电机的电气特性。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中层代理将电网的底层储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以指令的形式下达到所述底层代理，包括：

所述中层代理将所述储能单元分为能量型储能和功率型储能；

所述中层代理根据储能单元的荷电状态和所述电网的运行状态控制功率型储能优先进行响应，其次能量型储能进行响应；

将控制指令下达到所述底层代理。

7.一种广域储能协调控制系统，其特征在于，包括底层代理和上层代理；

所述底层代理用于实时采集电网的运行状态反馈给上层代理，并根据运行状态结合上层代理的指令判断是否需要储能系统进行响应；当需要响应时，所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电，直到电网的运行状态达到预设的正常区间；

所述上层代理用于根据所述底层代理的反馈，向所述底层代理下达控制指令；

所述上层代理包括中层代理和顶层代理；

所述中层代理用于将电网的储能单元进行分类，然后根据分类设定响应顺序，并以控制指令的形式下达到所述底层代理；同时将所述底层代理反馈的电网的运行状态反馈到顶层代理；

所述顶层代理用于根据中层代理的反馈，确定电网中储能系统的响应结果，当电网的运行状态达到预设的正常区间时，停止下达控制指令；否则，对电网中运行状态不在预设正常区间的储能点进行统计，并根据统计结果通过给中层代理下达控制指令，控制底层代理，使所述底层代理基于虚拟同步机控制储能系统进行充放电。