CN111614108A - 一种考虑柔性负荷特性的火-储agc调频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种考虑柔性负荷特性的火‑储AGC调频控制方法，其特点是，对各调频资源的运行进行分区控制，从源荷互动角度出发，设计了电池储能系统的运行约束和柔性负荷的集中控制约束，基于频率偏差分区来精确的对系统实时状况进行合理的调节；电源侧利用电池储能系统的快速调节特性来平滑机组出力，采用线性回归函数来约束其充放电深度；负荷侧利用柔性负荷的灵活调度特性来缓解频率调节压力，采用集中控制来刻画可控出力的约束；根据频率偏差的不同程度来进行分区，在不同的区域采取不同的调控手段来对系统的不同状态进行精确响应。本发明可以提高系统调频性能，优化储能出力情况，减小储能寿命损耗。

Description

一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法

技术领域

本发明涉及储能辅助火电机组二次调频领域，是一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法。

背景技术

随着大规模可再生能源并网，其波动性和功率解耦特性导致可再生能源机组无法提供足够的调频备用容量。传统火电机组由于启动时间长，机组爬坡速度慢，无法快速响应系统调频。因此，需要寻找能够解决大规模可再生能源并网后电力系统频率快速变化问题的调节手段来对系统进行频率调节。以往研究仅通过储能辅助火电机组来进行调频时，由于储能系统在不同荷电状态的可调节功率不同，在荷电状态值极大的情况下可接纳的功率小，在荷电状态值极小的情况下可放出的功率小，使得储能系统在荷电状态极值的情况下可能会出力不足，限制了系统频率恢复。但随着电网中需求侧资源管理能力和可控水平在不断提升，柔性负荷作为需求侧资源参与电网调控可以实现电力系统供需平衡。故考虑可以利用其这一特点，在既实现系统调频需求的同时，又能缓解储能荷电状态(SOC)限制引起的出力不足问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种当储能处于荷电状态极值而导致出力不足的情况下，能够通过柔性负荷的参与来对频率进行辅助调节,进而提高系统调频性能，优化储能出力情况，减小储能寿命损耗的考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，其特征是，它包括以下内容：

1)对电池储能系统动作深度的限制

在储能的运行时刻为t时，储能运行控制约束为：

SOC_min≤SOC_t≤SOC_max (1)

式中，SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_t为储能荷电状态的t时刻值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，储能系统在吞吐功率时存在一定的能量消耗，进行充放电时需要考虑到其能量转换效率，储能的最大充电功率、放电功率表达式为：

式中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P_E,rated为储能系统的额定功率，η为储能系统的能量转换效率；

储能在系统中有调频工作状态和SOC恢复状态这两种工况，根据储能不同的工作状态确定其动作深度的限制，采用线性回归函数来设计储能在不同SOC工况下的最大出力限制；SOC为荷电状态；

储能系统参与系统调频进行充电时动作深度限制为：

式中，P_ca表示储能调频最大出力充电功率；P_cr表示储能恢复最大充电需求功率；SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_low为储能荷电状态的较低值，SOC_high为储能荷电状态的较高值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，K_pa为储能系统的爬坡率系数；λ为储能系统的安全系数；

在频率调节工况下需要储能系统充电时，储能系统SOC处于高边界值的情况下能够吸收的充电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法吸收充电功率，在SOC恢复工况下需要储能系统充电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电、可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行充电功率的吸收；

储能系统参与系统调频进行放电时动作深度限制为：

式中，P_da表示储能调频最大出力放电功率，P_dr表示储能恢复最大放电需求功率；

在SOC恢复工况下需要储能系统放电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行放电功率的释放；在频率调节工况下需要储能系统放电时，储能系统SOC处于低边界值的情况下能够释放的放电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法释放放电功率；

2)对柔性负荷出力的调控

考虑柔性负荷的可调出力时，采取将同类型负荷聚合进行集总处理，由于用户的负荷需求存在一定的不确定性，在分散管理时需要对每个负荷进行状态估计，然后再逐一下发调控指令；

统计区域内开关投切式柔性负荷P_sfl有M个,连续可调式柔性负荷P_cfl有N个，开关投切式柔性负荷和连续可调式柔性负荷的集总模型为(5)式：

柔性负荷的可控出力有限，因此总可控功率P_control约束的表达式为：

式中，

P_control分别表示柔性负荷可调功率上、下限，

P_sfl分别表示开关投切式柔性负荷总可调出力上、下限，

P_cfl分别表示连续可调式柔性负荷总可调出力上、下限，

P_sfl,i分别表示第i个开关投切式柔性负荷可调出力上、下限，

P_cfl,i分别表示第i个连续可调式柔性负荷可调出力上、下限；

3)对频差信号分区控制的设计

将频率偏差信号划分为：频率偏差调节死区、频率偏差正常调节区、频率偏差预警区、频率偏差紧急调节区，为了详细的表述系统不同状态下各调频资源的运行情况，将可调节频率偏差信号分为频率偏差上、下极限值

f _min；频率偏差量Δf；频率基准值0；频率偏差上、下预警限值

f _alert；频率偏差上、下死区限值

f _return，当频率偏差超出可调区域时，采取切机或甩负荷措施以保证系统能稳定运行，

(a)频率偏差信号为f _min≤Δf＜f _alert

为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_da,P_{ace_min}-P_g)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (7)

式中，P_bess为储能系统实时出力，P_g为火电机组实时出力，P_da为储能最大放电出力功率，P_{ace_min}为预警区，负的AGC功率指令；

(b)频率偏差信号为f _alert≤Δf＜f _return

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_{ace_alert}为正常调节区，负的AGC功率指令；

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

式中，P_load为柔性负荷实时出力；

(c)频率偏差信号为f _return≤Δf＜0

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统充电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，B为系统偏差系数；P_{ace_return}为死区，负的AGC功率指令；P_cr为储能充电恢复需求功率；

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(d)频率偏差信号为

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统放电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，P_dr为储能放电恢复需求功率；P_ace-return为死区，正的AGC功率指令；

为保证频率在死区范围内而没有迭出死区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(e)频率偏差信号为

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_ca为储能最大充电出力功率；P_ace-alert为正常调节区，正的AGC功率指令；

为了保证频率在正常调节区范围内并且没有迭出正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(f)频率偏差信号为

此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_ca,P_g-P_ace-max)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (16)

式中，P_ace-max为预警区，正的AGC功率指令；

综合控制策略采用根据频率偏差来分区控制的方法，在频率偏差调节死区，调用柔性负荷辅助火电机组进行微调，此时储能系统进行SOC恢复状态；在频率偏差正常调节区域，加入储能系统，保证频率的稳定性；在频率偏差预警区，柔性负荷退出运行，储能系统辅助火电机组进行快速调频；在频率偏差紧急调节区，采取切机或甩负荷的形式进行紧急处理，防止频率恶化；

4)设定调频性能分析指标

(a)调频性能指标

调频性能分析指标主要有通用分析指标和工况特殊指标两种，通用分析指标包括最大频率偏差值Δf_max、联络线功率偏差最大值ΔP_{tie_max}、频率偏差均方根值Δf_rms和频率偏差平均值Δf_ave这四个指标；工况特殊指标指的是阶跃扰动下频率恢复时间t_f和连续随机波动下频率变化速率平均值V_ave，

各项性能分析指标的计算公式定义为：

式中，Δf_i为第i时刻系统频率偏差值；Δf_i-1为第i-1时刻系统频率偏差值；N为采样点数；t_d为频率恢复稳定的时间；t₀为频率开始波动的时间；Δt为采样时间间隔；

(b)储能系统运行分析指标

储能系统的运行分析指标主要有两个方面，一个是储能系统参与二次调频的贡献电量G_bess，另一个是SOC的运行状况，其中，SOC的运行状况分为SOC的均方根值SOC_rms和SOC的运行范围SOC_min～SOC_max，SOC的基准值取为0.5，储能系统的贡献电量越大，储能系统辅助电网调频的作用越大，SOC的运行范围、均方根值越小，说明储能系统SOC在基准值附近波动越小，储能系统的使用寿命越久。

本发明的一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，为了更好的分析系统频率的恢复情况和各调频资源参与调频带来的改善效果，对各调频资源的运行进行分区控制，从源荷互动角度出发，设计了电池储能系统的运行约束和柔性负荷的集中控制约束，基于频率偏差分区来精确的对系统实时状况进行合理的调节；电源侧利用电池储能系统的快速调节特性来平滑机组出力，采用线性回归函数来约束其充放电深度；负荷侧利用柔性负荷的灵活调度特性来缓解频率调节压力，采用集中控制来刻画可控出力的约束；根据频率偏差的不同程度来进行分区，在不同的区域采取不同的调控手段来对系统的不同状态进行精确响应。本发明可以提高系统调频性能，优化储能出力情况，减小储能寿命损耗。

附图说明

图1为频率偏差信号分区图；

图2为综合控制策略流程图；

图3中，(a)为阶跃扰动曲线图；(b)为连续随机波动曲线图；

图4中，(a)为频率偏差响应曲线图；(b)为联络线功率曲线图；(c)为火电机组出力曲线图；(d)为储能系统出力曲线图；(e)柔性负荷出力曲线图；(f)储能SOC曲线图；

图5中，(a)为频率偏差响应曲线图；(b)为联络线功率曲线图；(c)为火电机组出力曲线图；(d)为储能系统出力曲线图；(e)柔性负荷总出力曲线图；(f)储能SOC曲线图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法作进一步说明。

本发明提出一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，目的在于当储能处于荷电状态极值而导致出力不足的情况下可以通过柔性负荷的参与来对频率进行辅助调节,具体包括以下内容：

1)对电池储能系统动作深度的限制

在储能的运行时刻为t时，储能运行控制约束为：

SOC_min≤SOC_t≤SOC_max (1)

式中，SOC_min、SOC_t、SOC_max分别表示储能荷电状态的最小值、t时刻值、最大值。储能系统在吞吐功率时存在一定的能量消耗，进行充放电时需要考虑到其能量转换效率。储能的最大充电功率、放电功率表达式为：

式中，P_dm、P_cm分别表示储能额定放电、充电功率；P_E,rated为储能系统的额定功率；η为储能系统的能量转换效率。

储能在系统中有调频工作状态和荷电状态(SOC)恢复状态这两种工况，根据储能不同的工作状态确定其动作深度的限制，采用线性回归函数来设计储能在不同SOC工况下的最大出力限制。

储能系统参与系统调频进行充电时动作深度限制为：

式中，P_ca表示储能调频最大出力充电功率；P_cr表示储能恢复最大充电需求功率；SOC_min、SOC_low、SOC_high、SOC_max分别表示储能荷电状态的最小值、较低值、较高值、最大值；K_pa为储能系统的爬坡率系数；λ为储能系统的安全系数。

在频率调节工况下需要储能系统充电时，储能系统SOC处于高边界值的情况下可以吸收的充电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法吸收充电功率。在SOC恢复工况下需要储能系统充电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行充电功率的吸收。

储能系统参与系统调频进行放电时动作深度限制为：

式中，P_da表示储能调频最大出力放电功率；P_dr表示储能恢复最大放电需求功率。

在SOC恢复工况下需要储能系统放电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行放电功率的释放。在频率调节工况下需要储能系统放电时，储能系统SOC处于低边界值的情况下可以释放的放电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法释放放电功率。

2)对柔性负荷出力的调控

考虑柔性负荷的可调出力时，采取将同类型负荷聚合进行集总处理。由于用户的负荷需求存在一定的不确定性，在分散管理时需要对每个负荷进行状态估计，然后再逐一下发调控指令。

统计区域内开关投切式柔性负荷P_sfl有M个,连续可调式柔性负荷P_cfl有N个，开关投切式柔性负荷和连续可调式柔性负荷的集总模型如下所示：

柔性负荷的可控出力有限，因此总可控功率P_control约束的表达式为：

式中，

P _control分别表示柔性负荷可调功率上下限，

P _sfl分别表示开关投切式柔性负荷总可调出力上下限，

P_cfl分别表示连续可调式柔性负荷总可调出力上下限，

P _sfl,i分别表示第i个开关投切式柔性负荷可调出力上下限，

P _cfl,i分别表示第i个连续可调式柔性负荷可调出力上下限。

3)对频差信号分区控制的设计

将频率偏差信号进行分区，在不同的频率偏差程度下使用的调频资源不同，调节功率也不一样，频率偏差信号的详细分区情况如图1所示。为了详细的表述系统不同状态下各调频资源的运行情况，现将可调节频率偏差信号分为6个区域，当频率偏差超出可调区域时，采取切机或甩负荷措施以保证系统能稳定运行。下列区域划分中，

f _min分别表示频率偏差上、下极限值；Δf表示频率偏差量；0表示频率基准值；

f _alert分别表示频率偏差上、下预警限值；

f _return分别表示频率偏差上、下死区限值。

(a)频率偏差信号为f _min≤Δf＜f _alert

为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0。储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_da,P_{ace_min}-P_g)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (7)

式中，P_bess表示储能系统实时出力；P_g表示火电机组实时出力；P_da表示储能最大放电出力功率；P_{ace_min}表示预警区(负)的AGC功率指令。

(b)频率偏差信号为f _alert≤Δf＜f _return

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_{ace_alert}表示正常调节区(负)的AGC功率指令。

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

式中，P_load表示柔性负荷实时出力；P_control、

P_control在公式6中进行了定义。

(c)频率偏差信号为f _return≤Δf＜0

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统充电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，B表示系统偏差系数；P_{ace_return}表示死区(负)的AGC功率指令；P_cr表示储能充电恢复需求功率。

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(d)频率偏差信号为

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统放电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，P_dr表示储能放电恢复需求功率；P_ace-return表示死区(正)的AGC功率指令。

为保证频率在死区范围内而没有迭出死区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(e)频率偏差信号为

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_ca表示储能最大充电出力功率；P_ace-alert表示正常调节区(正)的AGC功率指令。

为了保证频率在正常调节区范围内并且没有迭出正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(f)频率偏差信号为

此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0。为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_ca,P_g-P_ace-max)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (16)

式中，P_ace-max表示预警区(正)的AGC功率指令。

综合控制策略采用根据频率偏差来分区控制的方法，如图2所示，具体思想为：在频率偏差调节死区，调用柔性负荷辅助火电机组进行微调，此时储能系统进行SOC恢复状态；在频率偏差正常调节区域，加入储能系统，保证频率的稳定性；在频率偏差预警区，柔性负荷退出运行，储能系统辅助火电机组进行快速调频；在频率偏差紧急调节区，采取切机或甩负荷的形式进行紧急处理，防止频率恶化。

4)设定调频性能分析指标

为了说明所提综合系统调频控制策略的有效性，定义一些指标用来分析调频性能和储能系统的工作情况。

(a)调频性能指标

调频性能分析指标主要有通用分析指标和工况特殊指标两种。通用分析指标包括最大频率偏差值Δf_max、联络线功率偏差最大值ΔP_{tie_max}、频率偏差均方根值Δf_rms和频率偏差平均值Δf_ave这四个指标；工况特殊指标指的是阶跃扰动下频率恢复时间t_f和连续随机波动下频率变化速率平均值V_ave。

各项性能分析指标的计算公式定义为：

式中，Δf_i为第i时刻系统频率偏差值；Δf_i-1为第i-1时刻系统频率偏差值；N为采样点数；t_d为频率恢复稳定的时间；t₀为频率开始波动的时间；Δt为采样时间间隔。

(b)储能系统运行分析指标

储能系统的运行分析指标主要有两个方面，一个是储能系统参与二次调频的贡献电量G_bess，另一个是SOC的运行状况。其中，SOC的运行状况可以分为SOC的均方根值SOC_rms和SOC的运行范围SOC_min～SOC_max，SOC的基准值取为0.5。储能系统的贡献电量越大，储能系统辅助电网调频的作用越大。SOC的运行范围、均方根值越小，说明储能系统SOC在基准值附近波动越小，储能系统的使用寿命越久。

实施例采用系统常规电源为火电机组，大规模风电接入后系统总额定发电功率P_g,rated为1000MW，新能源出力占比为20％，爬坡速率为30MW/min(3％P_g,rated)，储能的额定功率和容量为10MW/5MWh。

本仿真在阶跃扰动和连续波动这两种系统常见工况下分析该方法的有效性。其中阶跃扰动工况为在t＝10s时给区域1加入8MW扰动，连续波动工况为在t＝0s时给区域1加入最大值为16MW的连续随机波动，具体扰动情况，如图3中，(a)为阶跃扰动曲线图；(b)为连续随机波动曲线图所示。

两种工况下，四种方案的频率偏差、联络线功率、火电机组出力、储能出力、柔性负荷出力、储能SOC变化的对比情况如图4中，(a)为频率偏差响应曲线图；(b)为联络线功率曲线图；(c)为火电机组出力曲线图；(d)为储能系统出力曲线图；(e)柔性负荷出力曲线图；(f)储能SOC曲线图所示；以及图5中，(a)为频率偏差响应曲线图；(b)为联络线功率曲线图；(c)为火电机组出力曲线图；(d)为储能系统出力曲线图；(e)柔性负荷总出力曲线图；(f)储能SOC曲线图所示。结合图4及图5可以看出，采用本发明的考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，对比其他三种方法，在保证了系统频率稳定恢复的同时，储能SOC也维持在基准值附近，降低了储能系统调节压力，减小了电池储能寿命损耗，合理有效的利用各调频资源进行调节。

为了对本发明的考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法进行对比分析，分别设置四种不同调频方案。

即：方案一：火电-储能-柔性负荷联合调节；方案二：单用火电机组调节；方案三：火电-储能联合调节；方案四：火电-柔性负荷联合调节。

两种工况下，各方案系统响应指标对比情况如下表1、表2所示。

表1阶跃扰动下不同方案系统响应指标对比表

表1中的调节性能指标在前节均有定义。通过对比可知本发明所提方法在阶跃扰动工况下频差偏差峰值相对较小，仅为0.0439Hz，并且频率恢复时间最快，在40.1504s时已恢复至平稳状态，效果明显优于其他三种方案。综合调节方法中储能的出力减少，但是加快了频率的恢复速度，维持了SOC在基准值附近。

表2连续波动下不同方案系统响应指标对比表

表2中在连续波动工况下综合调节方法的频差极值最小，为0.0441Hz，且频率的均方根值相对较小，为0.0206Hz。综合调节系统的频率变化率均值最小，为3.9822×10^-4Hz/s，在扰动时系统的稳定性最佳。从SOC的维持效果来看，所提综合调节方法的长时间SOC维持效果比单从电源侧进行储能辅助调节的效果好，可维持在0.4413～0.5444，而单从电源侧辅助调节使得储能SOC越限，超过了SOC运行上限0.9，并且在综合调节方法下有效的保持了SOC在基准值附近。

通过对四种不同调频方案的分析，可知火电储能柔性负荷联合调节方法不仅保证了系统频率的稳定恢复，同时维持储能SOC在基准值附近，缓解了储能压力，降低寿命损耗。

本发明提出的考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法。通过频率偏差分区来将系统运行状态划分，基于源荷互动形式，通过确定储能系统和柔性负荷的投切时机与动作深度，合理有效的利用各调频资源进行调节，在不同的运行状态下采取不同的调节方式和手段来维持系统的稳定性，有效改善了频率调节效果，平滑火电机组出力，降低机组磨损。同时缓解了储能系统的调节压力，避免储能系统进行长时间的高强度消耗，减少了储能系统的寿命损耗。

本发明实施例中的计算条件、图例、表等仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，其特征是，它包括以下内容：

1)对电池储能系统动作深度的限制

在储能的运行时刻为t时，储能运行控制约束为：

SOC_min≤SOC_t≤SOC_max (1)

式中，SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_t为储能荷电状态的t时刻值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，储能系统在吞吐功率时存在一定的能量消耗，进行充放电时需要考虑到其能量转换效率，储能的最大充电功率、放电功率表达式为：

式中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P_E,rated为储能系统的额定功率，η为储能系统的能量转换效率；

储能在系统中有调频工作状态和SOC恢复状态这两种工况，根据储能不同的工作状态确定其动作深度的限制，采用线性回归函数来设计储能在不同SOC工况下的最大出力限制；SOC为荷电状态；

储能系统参与系统调频进行充电时动作深度限制为：

式中，P_ca表示储能调频最大出力充电功率；P_cr表示储能恢复最大充电需求功率；SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_low为储能荷电状态的较低值，SOC_high为储能荷电状态的较高值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，K_pa为储能系统的爬坡率系数；λ为储能系统的安全系数；

在频率调节工况下需要储能系统充电时，储能系统SOC处于高边界值的情况下能够吸收的充电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法吸收充电功率，在SOC恢复工况下需要储能系统充电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电、可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行充电功率的吸收；

储能系统参与系统调频进行放电时动作深度限制为：

式中，P_da表示储能调频最大出力放电功率，P_dr表示储能恢复最大放电需求功率；

在SOC恢复工况下需要储能系统放电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行放电功率的释放；在频率调节工况下需要储能系统放电时，储能系统SOC处于低边界值的情况下能够释放的放电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法释放放电功率；

2)对柔性负荷出力的调控

考虑柔性负荷的可调出力时，采取将同类型负荷聚合进行集总处理，由于用户的负荷需求存在一定的不确定性，在分散管理时需要对每个负荷进行状态估计，然后再逐一下发调控指令；

统计区域内开关投切式柔性负荷P_sfl有M个,连续可调式柔性负荷P_cfl有N个，开关投切式柔性负荷和连续可调式柔性负荷的集总模型为(5)式：

柔性负荷的可控出力有限，因此总可控功率P_control约束的表达式为：

式中，

P _control分别表示柔性负荷可调功率上、下限，

P _sfl分别表示开关投切式柔性负荷总可调出力上、下限，

P _cfl分别表示连续可调式柔性负荷总可调出力上、下限，

P _sfl,i分别表示第i个开关投切式柔性负荷可调出力上、下限，

P _cfl,i分别表示第i个连续可调式柔性负荷可调出力上、下限；

3)对频差信号分区控制的设计

将频率偏差信号划分为：频率偏差调节死区、频率偏差正常调节区、频率偏差预警区、频率偏差紧急调节区，为了详细的表述系统不同状态下各调频资源的运行情况，将可调节频率偏差信号分为频率偏差上、下极限值

f _min；频率偏差量Δf；频率基准值0；频率偏差上、下预警限值

f _alert；频率偏差上、下死区限值

f _return，当频率偏差超出可调区域时，采取切机或甩负荷措施以保证系统能稳定运行，

(a)频率偏差信号为f _min≤Δf＜f _alert

为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_da,P_{ace_min}-P_g)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (7)

式中，P_bess为储能系统实时出力，P_g为火电机组实时出力，P_da为储能最大放电出力功率，P_{ace_min}为预警区，负的AGC功率指令；

(b)频率偏差信号为f _alert≤Δf＜f _return

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_{ace_alert}为正常调节区，负的AGC功率指令；

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

式中，P_load为柔性负荷实时出力；

(c)频率偏差信号为f _return≤Δf＜0

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统充电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，B为系统偏差系数；P_{ace_return}为死区，负的AGC功率指令；P_cr为储能充电恢复需求功率；

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(d)频率偏差信号为

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统放电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，P_dr为储能放电恢复需求功率；P_ace-return为死区，正的AGC功率指令；

为保证频率在死区范围内而没有迭出死区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(e)频率偏差信号为

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_ca为储能最大充电出力功率；P_ace-alert为正常调节区，正的AGC功率指令；

为了保证频率在正常调节区范围内并且没有迭出正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(f)频率偏差信号为

此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_ca,P_g-P_ace-max)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (16)

式中，P_ace-max为预警区，正的AGC功率指令；

综合控制策略采用根据频率偏差来分区控制的方法，在频率偏差调节死区，调用柔性负荷辅助火电机组进行微调，此时储能系统进行SOC恢复状态；在频率偏差正常调节区域，加入储能系统，保证频率的稳定性；在频率偏差预警区，柔性负荷退出运行，储能系统辅助火电机组进行快速调频；在频率偏差紧急调节区，采取切机或甩负荷的形式进行紧急处理，防止频率恶化；

4)设定调频性能分析指标

(a)调频性能指标

调频性能分析指标主要有通用分析指标和工况特殊指标两种，通用分析指标包括最大频率偏差值Δf_max、联络线功率偏差最大值ΔP_{tie_max}、频率偏差均方根值Δf_rms和频率偏差平均值Δf_ave这四个指标；工况特殊指标指的是阶跃扰动下频率恢复时间t_f和连续随机波动下频率变化速率平均值V_ave，

各项性能分析指标的计算公式定义为：

式中，Δf_i为第i时刻系统频率偏差值；Δf_i-1为第i-1时刻系统频率偏差值；N为采样点数；t_d为频率恢复稳定的时间；t₀为频率开始波动的时间；Δt为采样时间间隔；

(b)储能系统运行分析指标

储能系统的运行分析指标主要有两个方面，一个是储能系统参与二次调频的贡献电量G_bess，另一个是SOC的运行状况，其中，SOC的运行状况分为SOC的均方根值SOC_rms和SOC的运行范围SOC_min～SOC_max，SOC的基准值取为0.5，储能系统的贡献电量越大，储能系统辅助电网调频的作用越大，SOC的运行范围、均方根值越小，说明储能系统SOC在基准值附近波动越小，储能系统的使用寿命越久。

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