CN110797915B - 一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法，其步骤包括：1、将电网频率和储能当前的荷电状态上传至控制单元，2、控制单元根据电网频率判断电网频率越限情况，根据储能电池当前的荷电状态判断所述储能电池是否具备调频能力，3、控制单元根据电网频率计算储能电池的充电功率或者放电功率，4、控制单元根据电网频率越限信息及储能电池调频能力控制储能电池进行充电或者放电，5、调频至电网频率正常后，根据储能电池当前的荷电状态，令储能电池恢复到待机区。本发明能在保证光伏始终工作在MPPT的情况下，储能通过从光伏侧充电或者放电至光伏逆变器侧调节输入到电网的功率，从而能实现光伏主动参与调频。

Description

一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法

技术领域

本发明涉及光储联合系统控制策略领域，特别涉及一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法。

背景技术

随着高比例光伏发电代替传统能源发电，电力系统的调频能力被削弱，导致电网运行不确定性和风险加大。

增加调频电源是提升系统调频能力的有效措施。对此，目前的研究主要分为三个方面。第一种方法是增加储能配置，由储能单元作为调频电源，这种方法中，储能单元对电网频率的支撑效果良好，但储能单元在调频死区内只能以电网作为充电电源，因而成本较高，难以推广应用。第二种方法采用降光伏出力的方式(即光伏单元不运行在MPPT处)，在系统频率不足时，增加光伏的出力来支撑电网频率。这种调频方式在技术上面能够实现，但限制了新能源的出力，经济性差。而且，由于光伏出力具有波动性和随机性，不能提供稳定的调频功率。第三种方法是在光伏发电密集的地方，配备一定容量的储能，以平抑光伏出力的波动性，减少对系统频率的影响。然而，这种平抑光伏出力的储能虽然有利于减少对系统频率的影响，但在光伏出力波动性较强时，储能需要不停的进行充放电，对储能电池损害较大；并且，在频率波动时，系统也只能通过改变光伏输出进行调频，同样限制了新能源的出力，且调频经济性较低。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提供一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法，以期能在光伏始终工作在MPPT的情况下，储能通过从光伏侧充电或者放电至光伏逆变器侧调节输入到电网的功率，从而能实现光伏主动参与调频。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法的特点是应用于一个控制单元和n个能量单元所构成控制系统中，任意一个能量单元由储能电池及储能双向DC/DC变换控制器构成，且所述储能电池经过所述储能双向DC/DC变换控制器与光伏电池并联后连接在光伏逆变器的直流侧，所述光伏逆变器的交流侧经过变压器接入电网；所述光伏电站主动频率控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、利用所述光伏逆变器监测电网频率f，并得到频率偏差Δf＝f-f_N，根据所述频率偏差Δf与预置调频死区[Δf_min,Δf_max]获得电网频率信息并上传至控制单元；其中，Δf_min表示电网频率f允许向下偏移的最大值，Δf_max表示电网频率f允许向上偏移的最大值，f_N表示电网额定频率；

步骤2、对所述储能电池设置荷电状态，并由所述储能电池将当前的荷电状态上传至控制单元；

步骤2.1、设置荷电状态的调频区上限为SOC_max，调频区下限为SOC_min，当荷电状态超出所述调频区上限SOC_max或调频区下限SOC_min时，表示所述储能电池处于禁用区，即既不充电也不放电；

步骤2.2、设置荷电状态的待机区上限为SOC_high，待机区下限为SOC_low，且SOC_max＞SOC_high＞SOC_low＞SOC_min；

步骤2.3、所述储能电池将当前的荷电状态信息上传至控制单元；

步骤3、所述控制单元根据电网频率信息判断电网频率f的越限情况：

若Δf＞Δf_max，表示所述电网频率f越上限；

若Δf＜Δf_min，表示所述电网频率f越下限；

若Δf∈[Δf_min,Δf_max]，所述电网频率f正常；

步骤4、所述控制单元根据所述储能电池当前的荷电状态判断所述储能电池是否具备调频能力，若SOC∈[SOC_min,SOC_max]，则表示所述储能电池具备调频能力；否则表示所述储能电池不具备调频能力；

步骤5、所述控制单元根据所述电网频率偏差Δf，利用下垂控制公式计算所述储能电池的充电功率或者放电功率；

步骤6、所述控制单元根据所述电网频率f的越限情况及储能电池的调频能力控制所述储能电池进行充电或者放电：

若电网频率f越上限且所述储能电池具备调频能力，则所述储能电池从光伏电池侧吸收功率进行充电，直至电网频率正常或者所述储能电池电量充满为止；

若电网频率f越下限且所述储能电池具备调频能力，则所述储能电池进行放电，直至电网频率正常或者所述储能电池电量耗尽为止；

若电网频率f正常或所述储能电池不具备调频能力，则所述储能电池既不充电也不放电。

步骤7、调频至电网频率f正常后，判断所述储能电池当前的荷电状态，令储能电池恢复到待机区：

若SOC＞SOC_high，则所述储能电池通过放电回到待机区；

若SOC＜SOC_low，则所述储能电池通过充电回到待机区。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明控制方法中，加入储能电池解决了现有光伏系统不具备调频能力的问题，使光伏系统能够主动参与一次调频，降低了电网中常规调频机组装机容量，提高了电网的稳定性。

2、本发明控制方法中，在电网频率过高时，储能直接吸收光伏电池输出的功率而不是电网的功率，在保证了光伏工作在MPPT模式的同时，减少了光伏并网逆变器输入功率，完成了调频工作，既保证了光伏系统的最优化运行，又消除了储能从电网充电时在线路和逆变器上的功率损耗，调频经济性好。

3、本发明控制方法中，储能电池采用直流侧就地介入，储能电池释放的能量通过光伏并网逆变器输送到电网，无需单独加装储能并网逆变器，且控制单元与能量单元采用“一对多”配置，即控制单元统一调度、能量单元分散支撑，实现了自主协调与电网调度相结合的控制，不仅节约了改造费用，结构也更加简洁，效率更高。

附图说明

图1为本发明中基于储能的光伏电站主动频率控制系统结构图；

图2a为本发明实施例中电网频率越下限时，储能电池进行放电的实际功率与目标功率对比图；

图2b本发明实施例中电网频率越上限时，储能电池进行充电的实际功率与目标功率对比图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法，是应用于一个控制单元和n＝3个能量单元所构成控制系统中，其中，控制单元包含储能双向DC/DC变换控制器的控制及光伏逆变器的控制，向能量单元传达调频指令及充放电指令；任意一个能量单元由储能电池及储能双向DC/DC变换控制器构成，且储能电池经过储能双向DC/DC变换控制器与光伏电池并联后连接在光伏逆变器的直流侧，光伏逆变器的交流侧经过变压器接入电网；光伏逆变器包含实现MPPT功能的DC/DC变换器和实现控制与监测功能的DC/AC逆变器；光伏电站主动频率控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、利用光伏逆变器监测电网频率f，并得到频率偏差Δf＝f-f_N，根据频率偏差Δf与预置调频死区[Δf_min,Δf_max]获得电网频率信息并上传至控制单元；其中，Δf_min表示电网频率f允许向下偏移的最大值，Δf_max表示电网频率f允许向上偏移的最大值，f_N表示电网额定频率，具体数值如表1所示；

表1

Δf<sub>max</sub>/Hz	Δf<sub>min</sub>/Hz	f<sub>N</sub>/Hz
			0.06	-0.06	50

步骤2、按表2所示数值对储能电池设置荷电状态，并由储能电池将当前的荷电状态上传至控制单元；

步骤2.1、设置荷电状态的调频区上限为SOC_max，调频区下限为SOC_min，当荷电状态超出调频区上限SOC_max或调频区下限SOC_min时，表示储能电池处于禁用区，即既不充电也不放电；

步骤2.2、设置荷电状态的待机区上限为SOC_high，待机区下限为SOC_low，且SOC_max＞SOC_high＞SOC_low＞SOC_min；

步骤2.3、储能电池将当前的荷电状态信息上传至控制单元；

表2

SOC<sub>max</sub>	90％	SOC<sub>min</sub>	10％
				SOC<sub>high</sub>	55％	SOC<sub>low</sub>	45％

步骤3、控制单元根据电网频率信息判断电网频率f的越限情况：

若Δf＞Δf_max，表示电网频率f越上限；

若Δf＜Δf_min，表示电网频率f越下限；

若Δf∈[Δf_min,Δf_max]，电网频率f正常；

步骤4、控制单元根据储能电池当前的荷电状态判断储能电池是否具备调频能力，若SOC∈[SOC_min,SOC_max]，则表示储能电池具备调频能力；否则表示储能电池不具备调频能力；

步骤5、控制单元根据电网频率偏差Δf，利用下垂控制公式计算储能电池的充电功率或者放电功率ΔP；

下垂控制公式如式(1)所示：

ΔP＝-KΔf (1)

式(1)中，ΔP为频率越限时的有功功率增量，K为下垂系数，K＝7×10^-5。

步骤6、控制单元根据电网频率f的越限情况及储能电池的调频能力控制储能电池进行充电或者放电，如表3所示：

若电网频率f越上限且储能电池具备调频能力，则储能电池从光伏电池侧吸收功率进行充电，减小光伏逆变器输出到电网的功率，直至电网频率正常或者储能电池电量充满为止；

若电网频率f越下限且储能电池具备调频能力，则储能电池进行放电，增加光伏逆变器输出到电网的功率，直至电网频率正常或者储能电池电量耗尽为止；

若电网频率f正常或储能电池不具备调频能力，则储能电池既不充电也不放电。

表3

\	储能电池具备调频能力	储能电池不具备调频能力
			电网频率正常	既不充电也不放电	既不充电也不放电
电网频率越上限	充电	既不充电也不放电
			电网频率越下限	放电	既不充电也不放电

步骤7、调频至电网频率f正常后，判断储能电池当前的荷电状态，令储能电池恢复到待机区：

若SOC＞SOC_high，则储能电池通过放电回到待机区；

若SOC＜SOC_low，则储能电池通过充电回到待机区。

实施例：

1、以信义芜湖三山光伏电站6-1光伏方阵为试点，该方阵的光伏逆变器为组串式逆变器，每台光伏逆变器同时接入6路光伏串列，每路光伏串列容量为5.5kW。目前该光伏方阵已并网运行。本文选择其中的3台光伏逆变器进行分析，安装由步骤1-7构成的基于储能的光伏电站主动频率控制系统。

2、监测电网频率越限情况，根据电网频率偏差计算储能电池进行充电或者放电的目标功率，比较储能电池的实际充电或者放电功率，如图2a和图2b所示，储能电池的正确充放电情况验证了基于储能的光伏电站主动频率控制方法的有效性。

Claims (1)

1.一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法，其特征是应用于一个控制单元和n个能量单元所构成控制系统中，任意一个能量单元由储能电池及储能双向DC/DC变换控制器构成，且所述储能电池经过所述储能双向DC/DC变换控制器与光伏电池并联后连接在光伏逆变器的直流侧，所述光伏逆变器的交流侧经过变压器接入电网；所述光伏电站主动频率控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、利用所述光伏逆变器监测电网频率f，并得到频率偏差Δf＝f-f_N，根据所述频率偏差Δf与预置调频死区[Δf_min,Δf_max]获得电网频率信息并上传至控制单元；其中，Δf_min表示电网频率f允许向下偏移的最大值，Δf_max表示电网频率f允许向上偏移的最大值，f_N表示电网额定频率；

步骤2、对所述储能电池设置荷电状态，并由所述储能电池将当前的荷电状态上传至控制单元；

步骤2.1、设置荷电状态的调频区上限为SOC_max，调频区下限为SOC_min，当荷电状态超出所述调频区上限SOC_max或调频区下限SOC_min时，表示所述储能电池处于禁用区，即既不充电也不放电；

步骤2.2、设置荷电状态的待机区上限为SOC_high，待机区下限为SOC_low，且SOC_max＞SOC_high＞SOC_low＞SOC_min；

步骤2.3、所述储能电池将当前的荷电状态信息上传至控制单元；

步骤3、所述控制单元根据电网频率信息判断电网频率f的越限情况：

若Δf＞Δf_max，表示所述电网频率f越上限；

若Δf＜Δf_min，表示所述电网频率f越下限；

若Δf∈[Δf_min,Δf_max]，所述电网频率f正常；

步骤4、所述控制单元根据所述储能电池当前的荷电状态判断所述储能电池是否具备调频能力，若SOC∈[SOC_min,SOC_max]，则表示所述储能电池具备调频能力；否则表示所述储能电池不具备调频能力；

步骤5、所述控制单元根据所述电网频率偏差Δf，利用下垂控制公式计算所述储能电池的充电功率或者放电功率；

步骤6、所述控制单元根据所述电网频率f的越限情况及储能电池的调频能力控制所述储能电池进行充电或者放电：

若电网频率f越上限且所述储能电池具备调频能力，则所述储能电池从光伏电池侧吸收功率进行充电，直至电网频率正常或者所述储能电池电量充满为止；

若电网频率f越下限且所述储能电池具备调频能力，则所述储能电池进行放电，直至电网频率正常或者所述储能电池电量耗尽为止；

若电网频率f正常或所述储能电池不具备调频能力，则所述储能电池既不充电也不放电；

步骤7、调频至电网频率f正常后，判断所述储能电池当前的荷电状态，令储能电池恢复到待机区：

若SOC＞SOC_high，则所述储能电池通过放电回到待机区；

若SOC＜SOC_low，则所述储能电池通过充电回到待机区。

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