CN111725819A - 一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统，包括：对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号；获取分配给电池储能的第二调频信号；计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号；分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。本发明采用计及火电爬坡速率限制计算电池储能和火电机组二次调频功率的分配方案，并根据荷电状态SOC的变化动态调整电池储能出力，兼顾调频效果和荷电状态SOC的保持效果，解决了频率恢复控制中，未计及火电爬坡速率限制条件且对储能电池荷电状态SOC因素未充分考虑的不足，提高了控制效果。

Description

一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统安全稳定技术领域，并且更具体地，涉及一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统。
背景技术
由于化石能源枯竭及其导致的环境污染，新能源将逐渐取代传统化石能源。但以风能、太阳能为基础的新能源发电取决于自然资源条件，具有波动性和间歇性，其调节控制困难，并网会给电网的安全稳定运行带来显著影响。电池储能系统具有四象限调节能力，响应速度快、能量密度高、功率和容量配置灵活，在电网辅助调频中应用广泛。近些年国内外电池储能技术快速发展，随着容量和功率的增加，电池储能可在二次调频中发挥更大作用。然而电池储能造价高、容量较小的特点很大限制了其应用，如何高效利用电池储能参与二次调频具有实际意义。
在扰动发生后二次调频的初始阶段，电池储能一般参与的是基于区域控制偏差ACE信号的控制，发挥储能功率的快速支撑作用；而在频率恢复阶段，电池储能一般参与的是基于区域调频需求ARR信号控制，发挥常规的火电机组可调容量较大的优势。在以往基于ARR信号的频率恢复控制中，未计及火电爬坡速率限制条件，并且对储能电池荷电状态SOC因素未充分考虑，影响了控制效果。
发明内容
本发明提出一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统，以解决如何高效地进行频率恢复控制的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电池储能参与频率恢复控制的方法，所述方法包括：
对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号；
根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号；
根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号；
分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
优选地，其中所述对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
优选地，其中所述根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
优选地，其中所述根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure BDA0002496937730000021
Figure BDA0002496937730000022
Figure BDA0002496937730000023
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电池储能参与频率恢复控制的系统，所述系统包括：
第一调频信号获取单元，用于对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号；
第二调频信号获取单元，用于根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号；
第三调频信号获取单元，用于根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号；
频率恢复控制单元，用于分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
优选地，其中所述第一调频信号获取单元，对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
优选地，其中所述第二调频信号获取单元，根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
优选地，其中所述第三调频信号获取单元，根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure BDA0002496937730000031
Figure BDA0002496937730000032
Figure BDA0002496937730000041
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
本发明提供了一种电池储能参与频率恢复控制的方法及系统，采用计及火电爬坡速率限制计算电池储能和火电机组二次调频功率的分配方案，并根据荷电状态SOC的变化动态调整电池储能出力，兼顾调频效果和荷电状态SOC的保持效果，解决了以往基于ARR信号的频率恢复控制中，未计及火电爬坡速率限制条件，并且对储能电池荷电状态SOC因素未充分考虑的不足，提高了控制效果。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的电池储能参与频率恢复控制的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的电池储能与火电二次调频仿真模型示意图；
图3为根据本发明实施方式的电池储能与火电参与频率恢复控制模型示意图；
图4为根据本发明实施方式仿真中荷电状态的调整系数取值的示意图；
图5为根据本发明实施方式仿真中ARRg与ARRbo信号变化的曲线图；
图6为根据本发明实施方式仿真中火电与储能出力变化的曲线图；
图7为根据本发明实施方式仿真中储能SOC变化的曲线图；
图8为根据本发明实施方式的电池储能参与频率恢复控制的系统400的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的电池储能参与频率恢复控制的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的电池储能参与频率恢复控制的方法，采用计及火电爬坡速率限制计算电池储能和火电机组二次调频功率的分配方案，并根据荷电状态SOC的变化动态调整电池储能出力，兼顾调频效果和荷电状态SOC的保持效果，解决了以往基于ARR信号的频率恢复控制中，未计及火电爬坡速率限制条件，并且对储能电池荷电状态SOC因素未充分考虑的不足，提高了控制效果。本发明实施方式提供的电池储能参与频率恢复控制的方法100，从步骤101处开始，在步骤101对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号。
优选地，其中所述对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
在本发明的实施方式中，对区域调频需求ARR信号进行计算处理，经过比例、微分、限幅、积分环节，得到计及爬坡速率限制的分配给火电机组的调频信号ARRg。比例系数α取火电机组的分配系数。限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
在步骤102，根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号。
优选地，其中所述根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
在步骤103，根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号。
优选地，其中所述根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure BDA0002496937730000061
Figure BDA0002496937730000062
Figure BDA0002496937730000063
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
在步骤104，分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
在本发明的实施方式中，火电机组和电池储能分别接受调频信号ARRg和ARRbo的控制，改变出力。
根据本发明实施方式提供的方法，结合某系统为例做进一步说明，建立了电池储能与火电二次调频仿真模型，如附图2所示；建立了电池储能与火电参与频率恢复控制模型，如附图3所示。
其中，火电机组传递函数为：
Figure BDA0002496937730000064
电池储能的传递函数为：
Figure BDA0002496937730000071
将模型参数标幺化(SB＝1000MVA)，区域惯性时间常数M、负荷阻尼系数D取值为10和1；再热器增益FHP取值为0.5；电池储能惯性环节时间常数TB取值为0.1s；火电机组调速器时间常数TG、再热器时间常数和汽轮机时间常数TRH和汽轮机时间常数TCH分别取值为0.08s、10s和0.3s；KG、B分别取值为20和21。火电机组额定功率PG.rate＝800MW，火电机组二次调频容量PG取值为(-40-40)MW，爬坡速率为24MW(3％PG.rate)/min；电池储能额定参数为20MW/10MWh，比例系数α取为0.67，为更好论述SOC保持效果，电池初始SOC取为0.3。假设初始时刻单区域系统存在标幺值为0.03的阶跃负荷扰动，仿真时间设为200s，基准频率为50Hz，仿真中不设频率死区，稳态频率偏差Δfs将恢复至0。其中，仿真中调整系数的取值如图4所示。仿真获得的ARRg与ARRbo信号的变化如图5所示；火电与储能出力的变化如图6所示；SOC变化如图7所示。
图8为根据本发明实施方式的电池储能参与频率恢复控制的系统800的结构示意图。如图8所示，本发明实施方式提供的电池储能参与频率恢复控制的系统800，包括：第一调频信号获取单元801、第二调频信号获取单元802、第三调频信号获取单元803和频率恢复控制单元。
优选地，所述第一调频信号获取单元801，用于对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号。
优选地，其中所述第一调频信号获取单元801，对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
优选地，所述第二调频信号获取单元802，用于根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号。
优选地，其中所述第二调频信号获取单元802，根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
优选地，所述第三调频信号获取单元803，用于根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号。
优选地，其中所述第三调频信号获取单元803，根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure BDA0002496937730000081
Figure BDA0002496937730000082
Figure BDA0002496937730000083
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
优选地，所述频率恢复控制单元804，用于分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
本发明的实施例的电池储能参与频率恢复控制的系统800与本发明的另一个实施例的电池储能参与频率恢复控制的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
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：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池储能参与频率恢复控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号；
根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号；
根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号；
分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure FDA0002496937720000011
Figure FDA0002496937720000021
Figure FDA0002496937720000022
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
5.一种电池储能参与频率恢复控制的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一调频信号获取单元，用于对区域控制需求ARR调频信号进行处理，以获取计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号；
第二调频信号获取单元，用于根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号；
第三调频信号获取单元，用于根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号；
频率恢复控制单元，用于分别利用所述第一调频信号和第三调频信号改变火电机组和电池储能的出力，以进行电池储能参与的频率恢复控制。
6.根据权利要求5述的系统，其特征在于，所述第一调频信号获取单元，对区域控制需求ARR调频信号进行处理，包括：
对区域控制需求ARR调频信号依次进行比例环节、微分环节、限幅环节和积分环节处理；其中，比例系数为火电机组的分配系数；限幅取火电机组的爬坡速率限制值。
7.根据权利要求5述的系统，其特征在于，所述第二调频信号获取单元，根据所述计及爬坡速率限值的分配至火电机组的第一调频信号，获取分配给电池储能的第二调频信号，包括：
ARRb＝ARR-ARRg，
其中，ARR为区域控制需求ARR调频信号；ARRg为第一调频信号；ARRb为第二调频信号。
8.根据权利要求5述的系统，其特征在于，所述第三调频信号获取单元，根据所述第二调频信号计算储能电池的荷电状态SOC修正后的第三调频信号，包括：
Figure FDA0002496937720000031
Figure FDA0002496937720000032
Figure FDA0002496937720000033
其中，ARRbo为第三调频信号；ARRb为第二调频信号；kd和kc分别为电池储能放电和充电状态下的修正系数。
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