CN112202189A - 考虑电能指标的储能电站协调控制方法和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了考虑电能指标的储能电站协调控制方法和存储介质，本发明基于储能协调控制装置接收储能电站监控系统转发的AGC/AVC稳态指令，结合储能协调控制装置通过采集储能电站并网点处的电压、频率实时数据，将电压、频率实时数据于预设的边界值进行比较，计算出储能电站的有功无功出力的目标值，克服了现有储能电站中仅以AGC等稳态指令为单一控制目标的不足，实现了频率稳定以及电压动态平衡，确保了储能系统的安全、高效和稳定。

Description

考虑电能指标的储能电站协调控制方法和存储介质
技术领域
本发明属于电力系统储能电站协调控制技术领域，具体涉及考虑电能指标的储能电站协调控制方法和存储介质。
背景技术
电网中最为重要的电能质量指标是：频率和电压。频率稳定靠用电负荷消耗功率和发电系统发电功率的动态平衡来实现。发电量大于负荷消耗，系统频率升高，发电量小于负荷消耗频率降低。所以电网调度人员要不停地向发电厂下达调频命令，以保证频率在合格范围。
传统发电厂的火电机组接受来自电网的AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)控制时，受机炉跟随时滞和蒸汽压力过程性变化等限值，难以满足控制速度和精度要求，出现调节延时、超调、反调等情况。因此机组一次调频和AGC功能不能满足技术指标要求的问题比较突出。
随着电池及其集成技术的不断发展，大规模分布式和集中式电池储能电站的应用模式将成为一种优化方案。电池储能系统具有快速响应、精确跟踪的特点，使得其比传统火电调频更为高效。现有储能电站调频项目中，大多数以接受来自电网的AGC为单一控制目标，利用电池储能调整发电功率来达到调频目的。
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服现有储能电站中仅以AGC等稳态指令为单一控制目标的不足。
本发明采用以下技术方案。本发明提供一种考虑电能指标的储能电站协调控制方法，包括以下步骤：
采集储能电站并网点处的频率值，将采集的频率值与预设的频率边界值比较，若判断频率越界则进行储能电站协调控制计算确定储能电站有功功率输出值，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束条件得到最终的储能电站有功功率输出目标值。
进一步地，所述方法还包括：采集储能电站并网点处的电压值，将采集的电压值与预设的电压边界值比较，若判断电压越界则计算确定储能电站无功调压输出值，将计算获得的储能电站无功调压输出值与接收到的储能电站功率输出的无功目标值叠加，根据无功约束得到最终的储能电站无功输出目标值。
进一步地，计算确定储能电站有功功率输出值的方法如下：
Figure BDA0002695014080000021
其中P1表示储能电站有功功率输出值，PN表示储能电站额定功率值，f表示采集的频率值(可选地采集的频率实时值)，fd表示预设的频率边界值，δ％表示频率调差率，fN为电网额定频率(具体取50Hz)。频率边界值分为：fd高限与fd低限，fd高限＝fN+死区定值，fd低限＝fN-死区定值。
进一步地，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束得到最终的储能电站无功输出目标值的具体方法包括：
将接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值减去计算获得的储能电站有功功率输出值，表示如下：
Pset＝P0-P1
其中Pset为最终的储能电站有功功率输出目标值，P0为接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值，P1表示储能电站有功功率输出值；
若Pset满足以下约束条件，则将Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值；
所述约束条件为：
AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数<Pset<AGC初始值+并网点实时有功*有功功率限幅系数；
若Pset不满足以上约束条件，则作以下判断：
若Pset≤AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数，则另Pset等于AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数，调整后的Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值；
否则Pset等于AGC初始值+并网点实时有功*有功功率限幅系数，调整后的Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值。
再进一步地，计算确定储能电站无功调压输出值的方法如下：采用PI控制原理进行动态调压控制，根据下式计算PI控制参数：
Qp＝(Vd-V)*Kp；
QI＝QI_Last+(Vd-V)*KI*T；
Q1＝QP+QI
其中QP表示比例部分，Vd表示调节目标电压，V表示储能电站并网点处的电压值，Kp表示比例系数，QI表示积分部分，QI_Last表示上个周期积分结果，T表示控制周期，KI表示积分系数，Q1表示计算确定的储能电站无功调压输出值。
进一步地，将计算获得的储能电站无功调压输出值与接收到的储能电站功率输出的无功目标值叠加，根据无功约束得到最终的储能电站无功输出目标值的方法如下：
将接收到的储能电站功率输出的无功目标值减去计算获得的储能电站无功调压输出值，表示如下：
Qset＝Q0-Q1
其中Q0为接收到的储能电站功率输出的无功目标值，Q1为计算获得的储能电站无功调压输出值，Qse为最终的储能电站无功输出目标值；
所述约束条件为：最终的储能电站无功输出目标值Qset满足无功上下限要求，其中无功下限Qset-min表示为：
Qset-min＝Min(AVC初始值，并网点无功上限值)，无功上限Qset-max表示为：
Qset-max＝Max(AVC初始值，并网点无功下限值)。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面提供的技术方案的各个可能的实施例所提供的所述考虑电能指标的储能电站协调控制方法的步骤。
本发明所取得有益技术效果：本发明基于储能协调控制装置接收储能电站监控系统转发的AGC/AVC稳态指令，结合储能协调控制装置通过采集储能电站并网点处的电压、频率实时数据，根据协调控制算法，计算出储能电站的有功无功出力的目标值，克服了现有储能电站中仅以AGC等稳态指令为单一控制目标的不足，实现了频率稳定以及电压动态平衡，确保了储能系统的安全、高效和稳定。
附图说明
图1是储能电站协调控制系统示意图；
图2是本发明具体实施例提供的储能电站协调控制方法原理示意图
图3是本发明具体实施例提供的调频控制原理示意图；
图4是本发明具体实施例提供的动态调压控制原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供的考虑电能指标的储能电站协调控制方法应用于如图1所示的储能电站协调控制系统，所述系统包括储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、储能电站监控系统、储能协调控制装置。系统中的储能协调控制装置采用嵌入式系统，在实际项目中采用双机冗余配置，任何时刻保持一主一备，有效提高系统的可靠性。
实施例一、考虑电能指标的储能电站协调控制方法，包括以下步骤：采集储能电站并网点处的频率值，将采集的频率值与预设的频率边界值比较，若判断频率越界则进行储能电站协调控制计算确定储能电站有功功率输出值，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束条件得到最终的储能电站有功功率输出目标值。
本发明提供的考虑电能指标的储能电站协调控制方法可选地应用于储能协调控制装置。所述储能电站功率输出的有功功率目标值由储能电站监控系统下发到储能协调控制装置。储能电站监控系统负责汇集管理整个储能电站的全站信息，并与上级调度系统进行交互，获取上级调度下发的AGC稳态指令，同时转换为对应储能电站功率输出的目标值P0下发至储能协调控制装置。
储能协调控制装置采集储能电站并网点处的频率实时数据，根据预设的频率边界值判断并网点处频率是否越界，一旦越界则进行一次调频计算出对应的储能电站有功功率输出值P1，计算方法如下：
Figure BDA0002695014080000061
式中，P0表示AGC初始值，PN表示储能电站额定功率值，f表示频率实时值，fd表示预设的频率边界值，δ％表示频率调差率，fN为电网额定频率50Hz。
具体实施例中，频率边界值fd的高限和低限的确定方法如下：
判断采集的频率值f是否小于电网额定频率fN减去死区定值的差，若是则频率边界值的低限设置为电网额定频率fN减去死区定值的差；
否则，则判断采集的频率值f是否大于电网额定频率fN加上死区定值的和，若是则将将频率边界值的高限设置为电网额定频率fN加上死区定值的和。
将对应储能电站功率输出的目标值P0与一次调频/动态调压计算出对应的储能电站有功功率输出值P1进行叠加，获得最终的储能电站有功功率输出目标值Pset，表示如下：
Pset＝P0-P1。
具体实施时通过一次调频控制计算出的目标值Pset还需要满足限幅约束，目标值Pset需满足(AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数，AGC初始值+并网点实时有功*有功功率限幅系数)
如图3所示，所述约束条件为：最终的储能电站无功输出目标值Qset满足无功上下限要求，其中无功下限Qset-min表示为：
Qset-min＝Min(AVC初始值，并网点无功上限值)
无功上限Qset-max表示为：
Qset-max＝Max(AVC初始值，并网点无功下限值)。
实施例二、方法流程如图2所示，在实施例一的基础上，本实施例包括：采集储能电站并网点处的频率值，将采集的频率值与预设的频率边界值比较，若判断频率越界则进行储能电站协调控制计算确定储能电站有功功率输出值，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束条件得到最终的储能电站有功功率输出目标值
本实施例中国所述储能电站协调控制方法还包括以下步骤：采集储能电站并网点处的电压值，将采集的电压值与预设的电压边界值比较，若判断电压越界则计算确定储能电站无功调压输出值，将计算获得的储能电站无功调压输出值与接收到的储能电站功率输出的无功目标值叠加，根据无功约束得到最终的储能电站无功输出目标值。
储能协调控制装置接收储能电站监控系统转发的AGC/AVC稳态指令，结合储能协调控制装置通过采集储能电站并网点处的电压、频率实时数据，进行一次调频/动态调压的计算。储能电站监控系统负责汇集管理整个储能电站的全站信息，并与上级调度系统进行交互，获取上级调度下发的AGC/AVC稳态指令，同时转换为对应储能电站功率输出的目标值(P0/Q0)下发至储能协调控制装置。
储能协调控制装置采集储能电站并网点处的电压、频率实时数据，根据预设的频率、电压边界值，判断并网点处电压、频率是否越界，一旦越界则进行一次调频/动态调压计算出对应的功率输出值P1和Q1。
计算确定储能电站无功调压输出值的方法如下：
当并网点电压越过预设的电压边界值后，则根据下式进行计算：采用PI控制原理进行动态调压控制，根据下式计算PI控制参数：
Qp＝(Vd-V)*Kp；
QI＝QI_Last+(Vd-V)*KI*T；
Q1＝QP+QI
其中QP表示比例部分，Vd表示调节目标电压，V表示储能电站并网点处的电压值，Kp表示比例系数，QI表示积分部分，QI_Last表示上个周期积分结果，T表示控制周期，KI表示积分系数，Q1表示计算确定的储能电站无功调压输出值。
将接收到的储能电站功率输出的无功目标值减去计算获得的储能电站无功调压输出值，表示如下：
Qset＝Q0-Q1
其中Q0为接收到的储能电站功率输出的无功目标值，Q1为计算获得的储能电站无功调压输出值，Qset为最终的储能电站无功输出目标值；
如图4所示，所述约束条件为：最终的储能电站无功输出目标值Qset满足无功上下限要求，其中无功下限Qset-min表示为：
Qset-min＝Min(AVC初始值，并网点无功上限值)
无功上限Qset-max表示为：
Qset-max＝Max(AVC初始值，并网点无功下限值)。
利用现有技术采集每一台PCS的相关信息，如储能协调控制装置接收每一台接入协调控制网络中PCS、BMS的相关信息(包括：PCS运行状态、故障告警、实时有功/无功值、实时电池电荷状态SOC等)，建立数据模型为协调控制算法提供输入信息，在采用本发明提供的方法确定储能最终的储能，电站有功功率输出目标值之后，基于采集的PCS的信息可采用现有技术中的协调控制算法确定储能电站的每一台PCS具体的功率输出目标值，通过储能协调控制专用网络下发至每一台PCS(如图2所示)。确定每台PCS的功率输出目标值时需要根据储能电站中多个储能单元各自的有功、无功实时值、SOC实时值等，以尽量保持整个储能电站中各个储能单元的SOC值一致为目标，根据储能单元SOC低则尽量充电、储能单元SOC高则尽量放电的原则，同时满足充放电状态一致的约束条件，对此本发明不再赘述。
本发明基于储能协调控制装置接收储能电站监控系统转发的AGC/AVC稳态指令，结合储能协调控制装置通过采集储能电站并网点处的电压、频率实时数据，根据协调控制算法，计算出储能电站的有功无功出力的目标值，克服了现有储能电站中仅以AGC等稳态指令为单一控制目标的不足，实现了频率稳定以及电压动态平衡，确保了储能系统的安全、高效和稳定。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，任何基于本发明的发明精神所作任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集储能电站并网点处的频率值，将采集的频率值与预设的频率边界值比较，若判断频率越界则进行储能电站协调控制计算确定储能电站有功功率输出值，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束条件得到最终的储能电站有功功率输出目标值。
2.根据权利要求1所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，所述方法还包括：采集储能电站并网点处的电压值，将采集的电压值与预设的电压边界值比较，若判断电压越界则计算确定储能电站无功调压输出值，将计算获得的储能电站无功调压输出值与接收到的储能电站功率输出的无功目标值叠加，根据无功约束得到最终的储能电站无功输出目标值。
3.根据权利要求1所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，计算确定储能电站有功功率输出值的方法如下：
Figure FDA0002695014070000011
其中P1表示储能电站有功功率输出值，PN表示储能电站额定功率值，f表示采集的频率值，fd表示预设的频率边界值，δ％表示频率调差率，fN为电网额定频率。
4.根据权利要求3所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，频率边界值fd的高限和低限的确定方法如下：
判断采集的频率值f是否小于电网额定频率fN减去死区定值的差，若是则频率边界值的低限设置为电网额定频率fN减去死区定值的差；
否则，则判断采集的频率值f是否大于电网额定频率fN加上死区定值的和，若是则将将频率边界值的高限设置为电网额定频率fN加上死区定值的和。
5.根据权利要求1所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，将计算获得的储能电站有功功率输出值与接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值叠加，根据有功约束得到最终的储能电站无功输出目标值的具体方法包括：
将接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值减去计算获得的储能电站有功功率输出值，表示如下：
Pset＝P0-P1
其中Pset为最终的储能电站有功功率输出目标值，P0为接收到的储能电站功率输出的有功功率目标值，P1表示储能电站有功功率输出值；
若Pset满足以下约束条件，则将Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值；
所述约束条件为：
AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数<Pset<AGC初始值+并网点实时有功*有功功率限幅系数；
若Pset不满足以上约束条件，则作以下判断：
若Pset≤AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数，则另Pset等于AGC初始值-并网点实时有功*有功功率限幅系数，调整后的Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值；
否则Pset等于AGC初始值+并网点实时有功*有功功率限幅系数，调整后的Pset作为最终的储能电站有功功率输出目标值。
6.根据权利要求2所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，计算确定储能电站无功调压输出值的方法如下：
采用PI控制原理进行动态调压控制，根据下式计算PI控制参数：
Qp＝(Vd-V)*Kp；
QI＝QI_Last+(Vd-V)*KI*T；
Q1＝QP+QI
其中QP表示比例部分，Vd表示调节目标电压，V表示储能电站并网点处的电压值，Kp表示比例系数，QI表示积分部分，QI_Last表示上个周期积分结果，T表示控制周期，KI表示积分系数，Q1表示计算确定的储能电站无功调压输出值。
7.根据权利要求2所述的考虑电能指标的储能电站协调控制方法，其特征在于，将计算获得的储能电站无功调压输出值与接收到的储能电站功率输出的无功目标值叠加，根据无功约束得到最终的储能电站无功输出目标值的方法如下：
将接收到的储能电站功率输出的无功目标值减去计算获得的储能电站无功调压输出值，表示如下：
Qset＝Q0-Q1
其中Q0为接收到的储能电站功率输出的无功目标值，Q1为计算获得的储能电站无功调压输出值，Qse为最终的储能电站无功输出目标值；
所述约束条件为：最终的储能电站无功输出目标值Qset满足无功上下限要求，其中无功下限Qset-min表示为：
Qset-min＝Min(AVC初始值，并网点无功上限值，
无功上限Qset-max表示为：
Qset-max＝Max(AVC初始值，并网点无功下限值。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任意一项权利要求所述方法的步骤。
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