CN110011333A - 一种储能电站、调频控制方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电站、调频控制方法及存储介质，所述调频控制方法包括步骤：采集电网实时电压数据；根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法。本发明能够形成储能电站的最优调频控制。

Description

一种储能电站、调频控制方法及存储介质

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种储能电站、调频控制方法及存储介质。

背景技术

储能电站能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑、提高新能源消纳能力等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。在电网调频方面，储能电站以电力电子元件为接口，具备快速的频率调节能力，在电网调频方面表现出巨大的优势。

目前，储能电站参与电网调频控制大都采用单一的控制方法，需要寻找最优控制算法最大程度发挥储能电站的双向功率控制能力。同时，采用单一控制方法在电网频率变化不同阶段，会对电网惯性产生不同的影响，继而对电网频率调节性能产生影响，甚至会恶化电网频率控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种储能电站、调频控制方法及存储介质，能够针对电网频率变化阶段采用电网频率的最优控制算法。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种储能电站的调频控制方法，所述方法包括如下步骤：

采集电网实时电压数据；

根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；

根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法。

第二方面，本发明提供了一种储能电站，包括：

数据采集模块：用于采集电网实时电压数据；

计算模块：用于根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；

算法选择模块：用于根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法。

第三方面，本发明提供了一种储能电站，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述储能电站的调频控制方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现前述储能电站的调频控制方法的步骤。

与现有技术相比，本发明提供的储能电站、调频控制方法及存储介质所达到的有益效果包括：根据电网实时频率及电网频率变化率的大小，分阶段选择相适应的频率控制算法，能够形成储能电站的最优调频控制；能够在电网频率破坏阶段，有效提高电网惯性、降低电网频率偏移量，在电网频率恢复阶段，有效降低电网惯性、提高电网频率恢复速度，有利于电网调频控制。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种储能电站的调频控制方法的整体流程图；

图2是根据本发明实施例提供的储能电站的调频控制方法的详细流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供的储能电站的调频控制方法，实时采集电网实时电压数据，根据电网实时电压数据计算电网实时频率和电网频率变化率，识别电网频率变化阶段；根据电网频率变化阶段，采用不同的频率控制算法。本发明实施例提供的储能电站的调频控制方法能够形成储能电站的最优调频控制。

如图2所示，本发明实施例提供的储能电站的调频控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一：储能电站获取电网实时电压数据，根据电网实时电压数据计算电网电压基波幅值、电网实时频率和电网频率变化率；具体包括如下步骤：

1-1)根据电网实时电压数据计算电网电压基波幅值，计算公式如式(1)所示：

其中，u(n)为电网实时电压数据，n为数据窗内数据点计数，k为谐波次数，N为每周波采样点数，a_k为k次谐波正弦分量幅值，b_k为k次谐波余弦分量幅值，c₁为电网电压基波幅值。

1-2)如果电网电压基波幅值小于或等于低电压定值U_L，则闭锁储能电站控制，计算方式为c₁≤U_L。所述低电压定值U_L计算方法为：

U_L＝l×U_E (2)

其中U_E为电网实时电压数据的额定值，通过储能电站接入的电压等级确定。l为低电压比例系数，一般取值为0.2～0.4。

1-3)如果电网电压基波幅值大于低电压定值U_L，则计算电网实时频率f，电网实时频率f计算方法为：

其中，f表示电网实时频率；N表示每周波采样点数；i表示数据窗内的数据计数；n_i表示数据窗内当前电压为零的数据计数，n_j表示数据窗内上次电压为零的数据计数；f(n_i)表示当前采样点的电网瞬时频率；T_fi为两次电压为零数据的时间间隔；f₀表示电网正常频率，f₀＝50Hz。

1-4)如果电网实时频率f不在合理频率范围内，则闭锁储能电站控制。不合理频率的集合为A：

A＝[0,f_ld]∪[f_hd,+∞) (4)

其中f_ld为不合理频率的下限值，f_ld一般取值40～45Hz。f_hd为不合理频率的上限值，f_hd一般取值55～60Hz。如果电网频率则电网频率f满足合理频率范围。

1-5)如果电网实时频率f在合理频率范围内，则计算频率偏差Δf是否大于储能电站调频控制的启动门槛值f_Δ，f_Δ一般取值为0.05～0.3Hz。频率偏差Δf的计算方法如下：

Δf＝abs(f-f₀) (5)

其中abs(·)为取绝对值函数，如果Δf≤f_Δ，则电网实时频率f满足频率控制要求，结束本次调频控制。

1-6)如果Δf＞f_Δ，则计算电网频率变化率df，电网频率变化率df的计算方法如下：

df＝10×(f(n_i)-f(n_i-5N)) (6)

其中，f(n_i-5N)为以当前采样点为基点，向前第5N个采样点的频率瞬时值。

1-7)如果电网频率变化率绝对值abs(df)大于或等于频率变化率闭锁定值df_s，则闭锁储能电站控制。其中频率变化率闭锁定值df_s一般取10～25Hz/s。

如果闭锁储能电站控制，则储能电站与电网交换功率控制为零，并实时获取电网电压数据。

步骤二：根据电网实时频率和电网频率变化率，识别电网频率变化阶段，具体为：

2-1)如果满足f≥f₀且df≤-Δdf，则电网频率识别为S4阶段。

2-2)如果满足f≥f₀且-Δdf＜df≤0，则电网频率识别为S3阶段。

2-3)如果满足f≥f₀且0＜df＜Δdf，则电网频率识别为S1阶段。

2-4)如果满足f≥f₀且df≥Δdf，则电网频率识别为S2阶段。

2-5)如果满足f＜f₀且df≤-Δdf，则电网频率识别为S2阶段。

2-6)如果满足f＜f₀且-Δdf＜df≤0，则电网频率识别为S1阶段。

2-7)如果满足f＜f₀且0＜df＜Δdf，则电网频率识别为S3阶段。

2-8)如果满足f＜f₀且df≥Δdf，则电网频率识别为S4阶段。

其中：转换定值Δdf一般取值1.5～3.5Hz/s。需要说明的是：S1、S2、S3、S4阶段仅用于对电网频率变化阶段进行标识区分，以更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

步骤三：根据电网频率变化阶段，选择相应的频率控制算法，具体为：

3-1)如果电网频率识别为S1阶段，则选择下垂控制方法，具体实现如下：

其中，P_c为储能电站控制输出功率，P_c＞0时储能电站输出功率，P_c≤0时储能电站吸收功率。K(K＞0)为下垂控制系数，K₁为截止频率偏差，一般取1～5Hz，P_M为储能电站最大输出功率，可根据储能电站本身参数获取。

3-2)如果电网频率识别为S3阶段，则选择负下垂控制方法，具体实现如下：

其中，K'(K'＞0)为负下垂控制系数，P_N为储能电站最大吸收功率，可根据储能电站本身参数获取。

3-3)如果电网频率识别为S2阶段，则选择惯性控制方法，具体实现如下：

其中M_E(M_E＞0)为虚拟惯性控制系数，K_M为截止频率变化率系数，一般取1～5Hz/s。

3-4)如果电网频率识别为S4阶段，则选择负惯性控制方法，具体实现如下：

其中M'_E(M'_E＞0)为虚拟负惯性控制系数。

综上，本发明实施例提供的储能电站的调频控制方法能够在电网频率破坏阶段增大电网惯性，降低频率偏差程度；在电网频率恢复阶段降低电网惯性，提高频率恢复速度，实现储能电站更优的电网调频控制。

本发明实施例还提供了一种储能电站，能够用于实施前述的调频控制方法，具体包括：

数据采集模块：用于采集电网实时电压数据；

计算模块：用于根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；

算法选择模块：用于根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法；

幅值计算模块：用于根据电网实时电压数据计算电网电压基波幅值；

第一闭锁控制模块：当电网电压基波幅值大于或等于低电压定值时，用于闭锁储能电站控制；

判别模块：用于判别电网实时频率是否在预设的频率范围内；

第二闭锁控制模块：当电网实时频率不在预设的频率范围内时，用于闭锁储能电站控制；

第三闭锁控制模块：当电网实时频率在预设的频率范围内时，但Δf＞f_Δ且abs(df)≥df_s，用于闭锁储能电站控制；

本发明实施例提供的储能电站能够根据电网实时频率和电网频率变化率实现分阶段的调频控制，根据不同的阶段，采用相适应的频率控制算法，能够形成储能电站的最优调频控制。

作为本发明实施例提供的另一种储能电站，其包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据前述储能电站的调频控制方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述的储能电站的调频控制方法的步骤。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

采集电网实时电压数据；

根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；

根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法。

2.根据权利要求1所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述电网实时频率采用公式(1)计算：

式中：f表示电网实时频率；N表示每周波采样点数；i表示数据窗内的数据计数；n_i表示数据窗内当前电压为零的数据计数；f(n_i)表示当前采样点的电网瞬时频率， 为两次电压为零数据的时间间隔，n_j表示数据窗内上次电压为零的数据计数；f₀表示电网正常频率。

3.根据权利要求1所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述电网频率变化率采用公式(2)计算：

df＝10×(f(n_i)-f(n_i-5N)) (2)

式中：df表示电网频率变化率；f(n_i)表示当前采样点的电网瞬时频率；f(n_i-5N)表示以当前采样点为基点，向前第5N个采样点的频率瞬时值。

4.根据权利要求1所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述频率控制算法的选择方法包括：

a、当f≥f₀且0＜df＜Δdf，或，f＜f₀且-Δdf＜df≤0时，选择下垂控制算法，储能电站控制输出功率如公式(3)所示：

P_c＝K×(f₀-f) (3)

式中：f表示电网实时频率；f₀表示电网正常频率；df表示电网频率变化率；Δdf表示惯性控制和下垂控制转换定值；P_c表示储能电站控制输出功率；K表示下垂控制系数，K＝P_M/K₁；P_M表示储能电站最大输出功率；K₁表示截止频率偏差；

b、当f≥f₀且df≥Δdf，或，f＜f₀且df≤-Δdf时，选择惯性控制算法，储能电站控制输出功率如公式(4)所示：

P_c＝M_E×df (4)

式中：M_E表示虚拟惯性控制系数，M_E＝P_M/K_M；K_M表示截止频率变化率系数；

c、当f≥f₀且-Δdf＜df≤0，或，f＜f₀且0＜df＜Δdf时，选择负下垂控制算法，储能电站控制输出功率如公式(5)所示：

P_c＝-K'×(f₀-f) (5)

式中：K'表示负下垂控制系数，K'＝P_N/K₁；P_N表示储能电站最大吸收功率；

d、当f≥f₀且df≤-Δdf，或，f＜f₀且df≥Δdf时，选择负惯性控制算法，储能电站控制输出功率如公式(6)所示：

P_c＝-M'_E×df (6)

式中：M'_E表示虚拟负惯性控制系数，M'_E＝P_N/K_M。

5.根据权利要求1所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据电网实时电压数据计算电网电压基波幅值；

当电网电压基波幅值大于或等于低电压定值时，闭锁储能电站控制。

6.根据权利要求1所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述方法还包括：判别电网实时频率是否在预设的频率范围内：

若电网实时频率不在预设的频率范围内，则闭锁储能电站控制；

若电网实时频率在预设的频率范围内，但Δf＞f_Δ且abs(df)≥df_s，则闭锁储能电站控制；

其中：Δf表示电网频率偏差，Δf＝abs(f-f₀)，f表示电网实时频率；f₀表示电网正常频率；f_Δ表示储能电站调频控制的启动门槛频率；df表示电网频率变化率；df_s为频率变化率闭锁定值；abs(·)表示取绝对值函数。

7.根据权利要求6所述的储能电站的调频控制方法，其特征在于，所述频率范围的下限值的取值范围是[40，45]Hz，所述频率范围的上限值的取值范围是[55，60]Hz。

8.一种储能电站，其特征在于，包括：

数据采集模块：用于采集电网实时电压数据；

计算模块：用于根据电网实时电压数据计算电网实时频率及电网频率变化率；

算法选择模块：用于根据电网实时频率和电网频率变化率的幅值，选择相应的频率控制算法。

9.根据权利要求8所述的储能电站，其特征在于，还包括：

幅值计算模块：用于根据电网实时电压数据计算电网电压基波幅值；

第一闭锁控制模块：当电网电压基波幅值大于或等于低电压定值时，用于闭锁储能电站控制。

10.根据权利要求8所述的储能电站，其特征在于，还包括：

判别模块：用于判别电网实时频率是否在预设的频率范围内；

第二闭锁控制模块：当电网实时频率不在预设的频率范围内时，用于闭锁储能电站控制；

第三闭锁控制模块：当电网实时频率在预设的频率范围内时，但Δf＞f_Δ且abs(df)≥df_s，用于闭锁储能电站控制；

其中：Δf表示电网频率偏差，Δf＝abs(f-f₀)，f表示电网实时频率；f₀表示电网正常频率；f_Δ表示储能电站调频控制的启动门槛频率；df表示电网频率变化率；df_s为频率变化率闭锁定值；abs(·)表示取绝对值函数。

11.一种储能电站，其特征在于，包括存储器和处理器；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～7任一项所述方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。