CN112821416A

CN112821416A - 一种火储联合调频储能功率分配方法

Info

Publication number: CN112821416A
Application number: CN202011633087.8A
Authority: CN
Inventors: 赵钧儒; 朱佳琪; 张麒; 李冉; 卫涛; 沈忱; 邵阳
Original assignee: Shanghai Shenneng New Power Energy Storage R & D Co ltd
Current assignee: Shanghai Shenneng New Power Energy Storage R & D Co ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112821416B

Abstract

本发明涉及一种火储联合调频储能功率分配方法，周期性采集进线频率以及AGC指令，计算AGC信号目标和一次调频目标，合成对PCS系统群控的功率目标值；判断微网储能系统是否开启了进线恒功率操作，若是则计算合成进线目标值，根据该值调整PCS的有功功率输出值直至等于进线目标值；否则调控储能系统的有功功率计算合成储能目标作为储能系统的目标功率值，按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值；判断各PCS系统是否为使能状态，若是则控制PCS系统参与功率控制操作，否则采用可用出力分配方式，对各PCS的充放电功率进行分配，输出最大值。与现有技术相比，本发明具有可快速且准确的调整储能出力、提高分配准确度等优点。

Description

一种火储联合调频储能功率分配方法

技术领域

本发明涉及火储联合调频技术领域，尤其是涉及一种火储联合调频储能功率分配方法。

背景技术

随着大容量发电、特高压和社会经济形势的不断发展，电力系统的调频任务十分繁重。而传统火电厂在内的燃煤机组存在着响应速度慢、响应延迟等多种问题。因此，电网方面对发电机组提出了较多新的要求，主要要求如下：

1)机组需要快速响应一次调频动作，能够快速调频；

2)提高AGC的控制水平，即调节速率、调节精度、响应时间乘积的综合控制水平达到最优。

为了满足发电厂并网运行管理及并网发电厂辅助服务管理要求，通过引入电化学储能调频技术，在火电厂内增加电储能辅助调频系统以达到提升机组的整体调频性能，最终由机组联合储能系统共同参与电网一次调频、AGC调频服务。

储能控制系统由协调控制器、PCS系统、电池组(配套BMS系统)组成。协调控制器作为监控管理中心，实现对微网储能系统的自动控制管理。PCS系统定位为执行器，以执行来自协调控制器的指令为主，自带部分系统工况监测、保护、防误操作功能。BMS系统定位为传感器，主要提供电池基础数据，如电池电压、温度、SOC，以及执行电池校验及维护功能。

如图1所示，机组DCS收到电网频率及AGC指令，结合机组当前功率计算，生成储能AGC及一次调频指令值并发送给储能系统协调控制器。储能系统协调控制器收到指令后，通过逻辑判断及功率分配计算，将实时的目标功率值发送给PCS控制器。PCS下达储能出力指令至BMS并实时监控电池状态。目前常用的火储联合调频储能功率分配控制方式为开环控制，这种控制方式的缺点是微网中站用负荷的变化情况会影响到储能出力的计算。此外，因主要采用PCS开环控制，PCS开环控制在功率计算中容易造成超调，且调节后准确度较差的情况出现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种火储联合调频储能功率分配方法，该方法可快速且准确的调整储能出力、提高分配准确度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种火储联合调频储能功率分配方法，该方法应用于微网储能系统，具体包括如下步骤内容：

S1：设定采样频率，周期性采集进线频率以及DCS下发的AGC指令，通过一次调频和AGC计算公式实时计算AGC信号目标和一次调频目标，合成对PCS系统群控的功率目标值；

S2：判断微网储能系统是否开启了进线恒功率操作，若是，则计算合成进线目标值，并将其作为进线目标功率值周期性运行，根据该进线目标值，不断调整PCS的有功功率输出值，直至进线有功功率等于该进线目标值，若不是，执行下一步；

S3：若未开启进线恒功率操作，则调控储能系统的有功功率计算合成储能目标，并将其作为储能系统的目标功率值，随后按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值后，下发各PCS执行；

S4：判断各PCS系统是否为使能状态，若是，则控制PCS系统参与功率控制操作，若不是，且各PCS系统为去使能状态，则采用可用出力分配方式，对各PCS的充放电功率进行分配，输出最大值。

进一步地，步骤S1中，根据同大反优算法，合成对PCS系统群控的功率目标值。即当一次调频与AGC同向时，取AGC信号目标功率与一次调频目标功率二者中的最大值作为总目标功率，当一次调频与AGC反向时，以一次调频目标功率或AGC信号目标功率为准，将一次调频目标功率或AGC信号目标功率作为总目标功率。

步骤S2中，若判断微网储能系统开启了进线恒功率操作，则计算合成进线目标，将其作为进线目标功率值周期性运行，并根据该目标功率值，通过PID机制，不断调整PCS的有功功率输出值，直至终使进线有功功率等于该目标功率值，随后进行周期性检查，若与该目标功率值发生偏离，则重新调整PCS的有功功率输出值，直至终使进线有功功率等于该目标功率值，当给出新的进线目标有功功率值时，则围绕新的进线目标有功功率值进行调控。

进一步地，步骤S3中，采用PCS开环分配方式调控储能系统的有功功率计算合成储能目标。若判断微网储能系统的进线恒功率操作未启动，则按照PCS开环分配方式，调控储能系统的有功功率计算合成储能目标功率，作为储能系统的目标功率值，随后按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值后，下发各PCS执行。

按照PCS开环分配方式，调控储能系统的有功功率的具体内容为：将总目标功率根据功率分配模式，结合当前各PCS、BMS系统状态，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，输出最大值，然后向各PCS数字模型发送功率调整要求。

进一步地，步骤S4中，采用可用出力分配方式，对各PCS的充放电功率进行分配，输出最大值的具体内容为：将各PCS的充放电功率与可用功率总和的比值，作为各PCS出力分配权重，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，输出最大值。

进一步地，步骤S2中，在执行PCS功率调整指令后，监测各台可用PCS，若各台可用PCS均执行调整指令，并间隔调整周期，则重复调整进线有功功率，使其逐步趋近目标值。

本发明提供的火储联合调频储能功率分配方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)提高功率计算精度，本发明中功率实测可以分为两个值，一种是现场可采集的出线值，另一种是通过通讯的方式采集到机组母线上的进线值，电网调度的考核值取决于电网，最终的值可与电网值纠正，进而提高分配准确度；

2)具有进线恒功率功能，既可以解决微网中站用负荷的变化情况，又能解决储能输出的精度；进线恒功率功能将PCS出力值及站用负荷值进行闭环计算，直接调控进线值，因此在储能出力计算时，即使站用负荷发生变化，不会对储能输出的精度造成影响；

3)本发明整套流程可以在同一个线程，同一次计算中完成，进一步保证速率。

附图说明

图1为储能系统辅助火电机组参与一次调频与AGC结构示意图；

图2为实施例中火储联合调频储能功率分配方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图2所示，本发明涉及一种火储联合调频储能功率分配方法，该方法应用于微电网及储能协调控制系统，具体包括以下步骤：

步骤一、数据采集

1)通过设定的采样频率，利用交流采样插件周期性采集进线频率以及DCS下发的AGC指令，通过一次调频和AGC计算公式实时计算AGC信号目标(下文采用P_AGC目标表示)及一次调频目标(下文采用P_一次调频目标表示)。一次调频和AGC功率目标值计算公式如下：

P_AGC目标：P_AGC目标＝AGC计划值-机组功率

P_一次调频目标：根据电网频率计算的有功值。当电网频率在50±0.033HZ时，频率在死区范围内，P_一次调频目标值为0。

2)根据同大反优算法，合成对PCS系统群控的功率目标值P_总目标。

当一次调频与AGC同向时，取P_AGC目标与P_一次调频目标二者中的最大值作为P_总目标，当一次调频与AGC反向时，以P_一次调频目标(或P_AGC目标)为准，则P_一次调频目标(P_AGC目标)为P_总目标。本实施例也可根据实际情况及电网调频辅助服务需求更改P_总目标合成公式。

步骤二、功能判断

判断微网储能系统是否开启了进线恒功率功能。进线恒功率功能可通过储能监控系统遥设、菜单设置开启或者关闭该功能。根据“功率控制方式”，将“P_总目标”赋值给“P_进线目标”(如果P是进线目标，则P_总目标为进线功率应该达到的目标值)、或“P_储能目标”(如果P是储能目标，则P_总目标为储能功率应该达到的目标值)，然后调控储能系统的功率输出。

若开启了进线恒功率功能，计算合成“P_进线目标”，作为进线目标功率值周期性运行，根据目标值，通过PID机制，不断调整PCS的有功功率输出值，最终使进线有功功率等于目标值，此后周期性检查，若发生偏离，则重新调整相等。当给出新的“进线目标有功功率值”时，则围绕新值调控。

若进线恒功率功能未开启，则按照“PCS开环分配”方式，调控储能系统的有功功率计算合成“P_储能目标”，作为储能系统的目标功率值，然后按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值，然后下发各PCS执行。这种方式在目标值没有变化的时段内，不会主动周期性执行，也不会监视PCS系统的有功功率输出值是否偏离目标值，是一种被动开环式执行方式。

如开启了进线恒功率功能，P_进线目标的计算方式如下：

其中，k_p、T_i、T_d可根据实际情况设置，k_p比例调节系数，T_d为微分时间，T_i为积分时间。T为采样周期或计算周期。e_(k)为当前P_总目标和P_进线的偏差；e_(k-1)为上次当前P_总目标和P_进线的偏差；e_(k-2)为上上次当前P_总目标和P_进线的偏差。P_上轮进线目标代表上一周期的进线调整的目标值。

若进线恒功率功能未开启，PCS功率采用开环控制方式下的储能目标的计算式为：

P_储能目标：储能系统功率目标值＝P_总储能-(P_进线-P_进线目标)，随公式中3个数据更新而更新。进而用于按分配模式，调整各PCS系统有功功率。P_进线为进线有功功率。

步骤三、输出控制

功率分配的先决条件是PCS处于使能状态，若PCS为去使能状态，则无法分配功率。PCS使能功能定义如下：

3.1)在微网储能系统协调控制器中，为各PCS系统数字模型配属“使能控制字”、“使能状态字”，可通过储能监控系统遥设、菜单设置控制字使能、去能模式。“使能状态字”则根据控制器及电池组的状态自动设置，循环检查调整。

3.2)在控制字为“使能”时，循环检查PCS故障状态、及其所属BMS“禁充放”状态，当PCS故障状态，或PCS非故障而所有BMS“禁充放”状态，自动设置为“使能状态字”为“去能”状态。其他情况设置为“使能”状态。

3.3)在“使能状态字”为“使能”态时，PCS系统可参与功率控制功能。

3.4)在控制字为“去使能”时，“使能状态字”切换为“去使能”状态。

选择功率分配方式：可用出力分配。可用出力是指在“充电/放电使能”状态的PCS系统的额定功率。根据各PCS的充放电功率，与可用功率总和的比值，作为各PCS出力分配权重。例如当前的PCS系统的额定功率为630kW。当大于630kW时，限制为630kW。结合当前各PCS、BMS系统状态，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，即输出最大值。然后向各PCS数字模型发送功率调整要求。

当采用“进线恒功率控制”时，在执行PCS功率调整指令后，监测各台可用PCS均执行调整指令后，并间隔“调整周期”，重复步骤3.1)～3.3)并调整进线有功功率，逐步趋近目标值。

当采用“PCS功率开环控制方式”时，功率调整步骤：将“P_总目标”根据“功率分配模式”，结合当前各PCS、BMS系统状态，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，即输出最大值。然后向各PCS数字模型发送功率调整要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种火储联合调频储能功率分配方法，应用于微网储能系统，其特征在于，包括下列步骤：

1)设定采样频率，周期性采集进线频率以及DCS下发的AGC指令，通过一次调频和AGC计算公式实时计算AGC信号目标和一次调频目标，合成对PCS系统群控的功率目标值；

2)判断微网储能系统是否开启了进线恒功率操作，若是，则计算合成进线目标值，并将其作为进线目标功率值周期性运行，根据该进线目标值，不断调整PCS的有功功率输出值，直至进线有功功率等于该进线目标值，若不是，执行下一步；

3)若未开启进线恒功率操作，则调控储能系统的有功功率计算合成储能目标，并将其作为储能系统的目标功率值，随后按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值后，下发各PCS执行；

4)判断各PCS系统是否为使能状态，若是，则控制PCS系统参与功率控制操作，若不是，且各PCS系统为去使能状态，则采用可用出力分配方式，对各PCS的充放电功率进行分配，输出最大值。

2.根据权利要求1所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤1)中，根据同大反优算法，合成对PCS系统群控的功率目标值。

3.根据权利要求1所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤2)中，通过PID机制不断调整PCS的有功功率输出值，直至进线有功功率等于该进线目标值。

4.根据权利要求1所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤3)中，采用PCS开环分配方式调控储能系统的有功功率计算合成储能目标。

5.根据权利要求2所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤1)中，根据同大反优算法，合成对PCS系统群控的功率目标值的具体内容为：

当一次调频与AGC同向时，取AGC信号目标功率与一次调频目标功率二者中的最大值作为总目标功率，当一次调频与AGC反向时，以一次调频目标功率或AGC信号目标功率为准，将一次调频目标功率或AGC信号目标功率作为总目标功率。

6.根据权利要求3所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤2)中，若判断微网储能系统开启了进线恒功率操作，则计算合成进线目标，将其作为进线目标功率值周期性运行，并根据该目标功率值，通过PID机制，不断调整PCS的有功功率输出值，直至终使进线有功功率等于该目标功率值，随后进行周期性检查，若与该目标功率值发生偏离，则重新调整PCS的有功功率输出值，直至终使进线有功功率等于该目标功率值，当给出新的进线目标有功功率值时，则围绕新的进线目标有功功率值进行调控。

7.根据权利要求4所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤3)中，若判断微网储能系统的进线恒功率操作未启动，则按照PCS开环分配方式，调控储能系统的有功功率计算合成储能目标功率，作为储能系统的目标功率值，随后按照分配模式，为每台可用的PCS系统分配输出的有功功率目标值后，下发各PCS执行。

8.根据权利要求1所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤4)中，采用可用出力分配方式，对各PCS的充放电功率进行分配，输出最大值的具体内容为：将各PCS的充放电功率与可用功率总和的比值，作为各PCS出力分配权重，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，输出最大值。

9.根据权利要求6所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤2)中，在执行PCS功率调整指令后，监测各台可用PCS，若各台可用PCS均执行调整指令，并间隔调整周期，则重复调整进线有功功率，使其逐步趋近目标值。

10.根据权利要求8所述的火储联合调频储能功率分配方法，其特征在于，步骤3)中，按照PCS开环分配方式，调控储能系统的有功功率的具体内容为：将总目标功率根据功率分配模式，结合当前各PCS、BMS系统状态，计算各PCS系统的分担有功值，当调整值超出PCS的功率最大值时，输出最大值，然后向各PCS数字模型发送功率调整要求。