CN112865152B - 一种维持电池soc的储能-机组联合调频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种维持电池SOC的储能‑机组联合调频控制方法，属于电力系统调频技术领域；本发明以储能系统的有功功率变化速率和电池SOC作为控制变量，提出一种维持电池SOC的储能‑机组联合调频控制方法，在储能系统容量一定的情况下，维持电池系统的SOC，解决火电机组AGC调频性能指标低的问题，提高综合调频指标。
Description
技术领域
本发明属于电力系统调频技术领域，尤其涉及一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法。
背景技术
近年来，随着风力发电以及光伏发电等新能源发电方式的不断并网，增加了电网系统的运行调控难度，电网对调频资源的需求也越来越高。同时，传统火电机组占比降低，电网可用的调频资源减少，调频容量不足的问题凸显。此外，由于传统火电机组的旋转惯性，对有功功率的调节响应速度较慢，寻求新型调频手段辅助传统火电机组提升电网整体调频性能成为当前研究的热点。储能应用在调频领域，由于具备有功功率双向调节、响应速度快、调节精度高的特性，调频效果远好于常规发电机组。近几年来，在我国火电机组中采用电池储能系统联合进行调频，已经在工程中逐渐得到应用。
公知的方法没有考虑如何维持电池系统SOC，当AGC指令升负荷时，由于火电机组升负荷慢，储能系统进行放电，当AGC指令降负荷时，由于火电机组降负荷慢，储能系统进行充电，对于折返的AGC指令，储能系统既可以充电，也可以放电，电池系统的SOC可以保持，但是当AGC指令连续升高或者降低负荷时，由于电池容量限制，储能系统SOC必然降至最低阈值或者升至最高阈值，从而无法继续放电或者充电，无法继续辅助火电机组AGC调频，造成总体调频指标低。目前储能调频系统最大功率都是按照火电机组最大功率的3％配置，储能系统最大充放电倍率为2c，因此当以最大功率充电或者放电，电池SOC从0％-100％或者100％-0％只能维持30分钟，当连续3,4个超出储能系统最大功率的升负荷AGC指令或者降负荷AGC指令时，SOC必然到达阈值，储能系统将无法继续响应，降低了总体的调频效果。公知的方法没有考虑AGC指令和机组负荷之间的关系，只是用AGC指令与机组实际负荷相减作为储能指令给储能系统。
发明内容
本发明目的在于提出一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法，在储能系统容量一定的情况下，维持电池系统的SOC，解决火电机组AGC调频性能指标低的问题，提高综合调频指标。
为实现上述目的，本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法的具体技术方案如下：
一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤S1、实时读取火电机组状态、AGC指令和储能系统状态；
步骤S2、当检测到AGC指令更新后，根据火电机组和储能系统各自的运行信息判断火电机组和储能系统各自的运行状态是否正常；
如果正常，记录AGC指令的大小，机组负荷的大小，储能系统出力的大小，读取火电机组的信息；
如果不正常，储能系统停止运行；
步骤S3、如果AGC指令-机组负荷的绝对值＞Pmax，从检测到AGC指令变化开始，在当前火电机组加储能系统联合出力基础上立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以PvMW/min速率升高或者降低，直到与AGC指令相等，得到理论指令；
如果AGC指令减机组负荷的绝对值≤Pmax，从检测到AGC指令变化开始，理论指令等于AGC指令；
步骤S4、将所述步骤S3的理论指令加一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；
步骤S5、储能系统根据所述步骤S4的储能指令执行充电或放电操作。
进一步，还包括步骤S6、执行完一个AGC指令后进行闲时判断，若为闲时，进一步读取储能系统电池容量SOC，并执行闲时放电或闲时充电。
进一步，所述步骤S4中，储能指令如果是正数，则执行放电；如果是负数，则执行充电。
进一步，所述步骤S6中，T3时刻火电机组加储能系统联合出力达到P3，第一次达到目标出力死区带，认为发电单元完成AGC指令响应，进入精度计算时间L，L时长依据不同电网要求具体设置，当到达L后，如果没有新的AGC指令，那么这段时间定义为闲时。
进一步，所述步骤S6中闲时充电的具体过程为：
当SOC≤50％，储能系统进入闲时时，如果机组负荷≥AGC指令，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统充电；
当SOC≤50％，储能系统进入闲时时，如果机组负荷＜AGC指令，当AGC指令减机组负荷≥1％Pe时，储能功率指令为零，储能系统不充电，当AGC指令减机组负荷＜1％Pe时，储能功率指令为AGC指令与机组负荷之差减1％Pe，继续为储能系统充电；
当SOC＞55％时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能。
进一步，所述步骤S6中放电的具体过程为：
当SOC≥60％，储能系统进入闲时时，如果AGC指令≥机组负荷，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统放电；
当SOC≥60％，储能系统进入闲时时，如果AGC指令＜机组负荷，当机组负荷减AGC指令≥1％Pe时，储能功率指令为零，储能系统不放电，当机组负荷减AGC指令＜1％Pe时，储能功率指令为1％Pe减机组负荷与AGC指令之差，继续为储能系统放电；
当SOC＜56％时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能。
进一步，所述步骤S5中，当储能指令执行放电时，进一步读取储能系统电池容量SOC；
当电池剩余容量处于5％到100％时，储能系统积极放电；
当以下四个条件满足任意一个时将执行不放电：
当电池剩余容量处于0％到5％时；或依据电网要求，当电网频率≥50.5Hz时；或AGC指令5分钟无变化时，或AGC指令变化的绝对值大于2倍Pmax且放电2分钟后。
进一步，所述步骤S5中，当储能指令执行充电时，进一步读取储能系统电池容量SOC；
当以下六个条件满足任意一个时将执行不充电：
当电池剩余容量处于85％到100％时；或依据电网要求，当电网频率≤48Hz时；或AGC指令5分钟无变化时；或高厂变高压侧电流大于额定值时；或高厂变低压侧大于额定值时；或AGC指令变化的绝对值大于2倍Pmax且充电2分钟后。
本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法具有以下优点：相对于公知的方法，本方法有益效果是：在储能系统容量一定的情况下，提高了响应时间，调节速率，调节精度三个调频性能指标，特别是在小指令(AGC指令小于等于Pmax)的情况下，将调频性能指标提升至最大，大指令(AGC指令大于Pmax)的情况下，避免了储能系统长时间满功率运行；
定义了闲时充电和闲时放电策略，在每次执行完AGC指令后都可以进行闲时充电或者放电，维持储能系统SOC在55％左右，增加了AGC指令长时间不发生变化和大指令情况下，储能系统不出力的逻辑，进一步维持电池系统SOC，从而使储能系统可以长时间参与AGC调频，减少了因为SOC处于最低阈值或者最高阈值时无法响应AGC指令的情况，达到了更优的调频效果；
提高了综合调频性能指标，获得更好的收益，同时提高了电池寿命和储能调频系统的安全性，减少了储能系统的运行成本，也为储能系统在不同类型火电机组的应用奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法结构示意图。
图2为本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法结构示意图。
图3为本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法的储能理论负荷指令按照一定速率升高的示意图。
图4为本发明的一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法的储能理论负荷指令按照一定速率降低的示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法做进一步详细的描述。
如图1-图4所示，本发明的电池系统SOC对储能系统的运行有着十分重要的作用，由于电池系统的特性，应使电池系统SOC尽量保持在55％左右，这样既可以充电又可以放电，如果SOC低于阈值，辅助火电机组AGC调频时，储能系统无法继续放电，从而影响火电机组AGC升负荷指令，如果SOC高于阈值，辅助火电机组AGC调频时，储能系统无法继续充电，从而影响火电机组AGC降负荷指令。由于AGC指令大小不同，有些指令小于储能系统最大功率，有些指令大于储能系统最大功率，如何处理这些大小不同的AGC指令，提高综合调频指标，也成为储能系统辅助火电机组AGC调频的关键问题。根据AGC指令与机组负荷之差的大小，本发明以储能系统的有功功率变化速率和电池SOC作为控制变量，提出一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法，在储能系统容量一定的情况下，维持电池系统的SOC，解决火电机组AGC调频性能指标低的问题，提高综合调频指标。
AGC机组调节过程：如图1所示，这是电网内某台机组一次典型的AGC调节过程。
在T1时刻发电单元出力为P1，此时下发AGC指令，目标出力为P4，经过一定响应时间后，在T2时刻发电单元出力达到P2，首次大于发电单元动作死区且维持U1秒，认为发电单元开始有效响应AGC指令。T3时刻发电单元实际出力达到P3，第一次达到目标出力死区带，认为发电单元完成AGC指令响应，进入精度计算时间，直到T4时刻达到调节精度最大计算时长或下发新的AGC指令。
其中，Pmax为储能系统的最大功率为Pmax，Pe为火电机组额定功率，Pd为动作死区Pd，U1为保持时间，Pd和U1的目的是认为火力发电机组真实地响应了AGC指令，Pd和U1依据不同电网要求具体设置。
实施例1：如图2-图4所示
一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤S1、实时读取火电机组状态、AGC指令和储能系统状态；
步骤S2、当检测到AGC指令更新后，根据火电机组和储能系统各自的运行信息判断火电机组和储能系统各自的运行状态是否正常；
如果正常，记录AGC指令的大小，机组负荷的大小，储能系统出力的大小，读取火电机组的信息；
如果不正常，储能系统停止运行；
步骤S3、如果AGC指令-机组负荷的绝对值＞Pmax，从检测到AGC指令变化开始，在当前火电机组加储能系统联合出力基础上立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以PvMW/min速率升高或者降低，直到与AGC指令相等，得到理论指令；
如图3所示，当AGC指令要求升负荷，假设火电机组加储能系统联合出力等于P1，AGC由P1增加到P2，然后理论值立刻出死区升高Pd，保持U1秒，然后按照一定速率升高直到和P2相等；
如图4所示，当AGC指令要求降负荷，假设火电机组加储能系统联合出力等于P1，AGC由P1降低到P2，然后理论值立刻出死区升高Pd，保持U1秒，然后按照一定速率降低直到和P2相等；
如果AGC指令减机组负荷的绝对值≤Pmax，从检测到AGC指令变化开始，理论指令等于AGC指令；
步骤S4、将所述步骤S3的理论指令加一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统，储能指令如果是正数，则执行放电；如果是负数，则执行充电；
步骤S5、储能系统根据所述步骤S4的储能指令执行充电或放电操作，值得注意的是，当理论指令加一次调频指令减机组负荷，这个数如果比Pmax大，输出就是Pmax，如果比Pmax小，输出理论指令加一次调频指令-机组负荷。
所述步骤S5中，当储能指令执行放电时，进一步读取储能系统电池容量SOC；
当电池剩余容量处于5％到100％时，储能系统积极放电；
当以下四个条件满足任意一个时将执行不放电：
当电池剩余容量处于0％到5％时；或依据电网要求，当电网频率≥50.5Hz时；或AGC指令5分钟无变化时，或AGC指令变化的绝对值大于2倍Pmax且放电2分钟后；
所述步骤S5中，当储能指令执行充电时，进一步读取储能系统电池容量SOC；
当电池剩余容量处于0％到85％时，储能系统积极充电；
当以下六个条件满足任意一个时将执行不充电：
当电池剩余容量处于85％到100％时；或依据电网要求，当电网频率≤48Hz时；或AGC指令5分钟无变化时；或高厂变高压侧电流大于额定值时；或高厂变低压侧大于额定值时；或AGC指令变化的绝对值大于2倍Pmax且充电2分钟后。
步骤S6、执行完一个AGC指令后进行闲时判断，若为闲时，进一步读取储能系统电池容量SOC，并执行闲时放电或闲时充电。
所述步骤S6中，T3时刻火电机组加储能系统联合出力达到P3，第一次达到目标出力死区带，认为发电单元完成AGC指令响应，进入精度计算时间L，L时长依据不同电网要求具体设置，当到达L后，如果没有新的AGC指令，那么这段时间定义为闲时，例如，广东电网精度计算时间为L＝40s，因此，当L＝40s后，如果没有新的AGC指令，那么这段时间定义为闲时。
所述步骤S6中闲时充电的具体过程为：
当SOC≤50％，储能系统进入闲时时，如果机组负荷≥AGC指令，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统充电；
当SOC≤50％，储能系统进入闲时时，如果机组负荷＜AGC指令，当AGC指令减机组负荷≥1％Pe时，储能功率指令为零，储能系统不充电，当AGC指令减机组负荷＜1％Pe时，储能功率指令为AGC指令与机组负荷之差减1％Pe，继续为储能系统充电；
当SOC＞55％时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能。
所述步骤S6中放电的具体过程为：
当SOC≥60％，储能系统进入闲时时，如果AGC指令≥机组负荷，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统放电；
当SOC≥60％，储能系统进入闲时时，如果AGC指令＜机组负荷，当机组负荷减AGC指令≥1％Pe时，储能功率指令为零，储能系统不放电，当机组负荷减AGC指令＜1％Pe时，储能功率指令为1％Pe减机组负荷与AGC指令之差，继续为储能系统放电；
当SOC＜56％时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能。
该实施例中，根据AGC指令减机组负荷的大小生成了不同的储能理论指令，提高了响应火电机组调频能力，特别是小指令情况下，将响应时间、调节速率、调节精度三个调频性能指标提升至最大；当大指令时，生成了一个速度可变的储能理论指令，避免的储能系统长时间满功率运行，利用不同的储能理论指令，提高了综合的调频性能，获得更好的收益，定义了闲时充电和闲时放电策略，在每次执行完AGC指令后都可以进行闲时充电或者放电，使储能系统电池SOC尽可能维持在55％左右，增加了AGC指令长时间不发生变化和大指令情况下，储能系统不出力的逻辑，进一步维持电池系统SOC,增强了响应AGC指令能力，充分发挥了储能的优势，大大提高了响应时间，调节速率，调节精度三个调频性能指标，同时又满足一次调频动作的需求，由于储能系统的介入，一次调频也得到了增强。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (1)
1.一种维持电池SOC的储能-机组联合调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤S1、实时读取火电机组状态、AGC指令和储能系统状态；
步骤S2、当检测到AGC指令更新后，根据火电机组和储能系统各自的运行信息判断火电机组和储能系统各自的运行状态是否正常；
如果正常，记录AGC指令的大小，机组负荷的大小，储能系统出力的大小，读取火电机组的信息；
如果不正常，储能系统停止运行；
步骤S3、如果AGC指令-机组负荷的绝对值＞Pmax，从检测到AGC指令变化开始，在当前火电机组加储能系统联合出力基础上立刻出死区Pd，保持U1秒，然后以PvMW/min速率升高或者降低，直到与AGC指令相等，得到理论指令；
如果AGC指令减机组负荷的绝对值≤Pmax，从检测到AGC指令变化开始，理论指令等于AGC指令；
步骤S4、将所述步骤S3的理论指令加一次调频指令与机组实际负荷相减，相减后的差作为储能指令下放给储能系统；
步骤S5、储能系统根据所述步骤S4的储能指令执行充电或放电操作；
还包括步骤S6、执行完一个AGC指令后进行闲时判断，若为闲时，进一步读取储能系统电池容量SOC，并执行闲时放电或闲时充电；
所述步骤S6中，T3时刻火电机组加储能系统联合出力达到P3，第一次达到目标出力死区带，认为发电单元完成AGC指令响应，进入精度计算时间L， L时长依据不同电网要求具体设置，当到达L后，如果没有新的AGC指令，那么这段时间定义为闲时；
所述步骤S6中闲时充电的具体过程为：
当SOC≤50%，储能系统进入闲时时，如果机组负荷≥AGC指令，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统充电；
当SOC≤50%，储能系统进入闲时时，如果机组负荷＜AGC指令，当AGC指令-机组负荷≥1%Pe时，储能功率指令为零，储能系统不充电，当AGC指令-机组负荷＜1%Pe时，储能功率指令为AGC指令与机组负荷之差减1%Pe，继续为储能系统充电；
当SOC＞55%时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能；
所述步骤S6中放电的具体过程为：
当SOC≥60%，储能系统进入闲时时，如果AGC指令≥机组负荷，储能指令为AGC指令减机组负荷，继续为储能系统放电；
当SOC≥60%，储能系统进入闲时时，如果AGC指令＜机组负荷，当机组负荷-AGC指令≥1%Pe时，储能功率指令为零，储能系统不放电，当机组负荷减AGC指令＜1%Pe时，储能功率指令为1%Pe-机组负荷与AGC指令之差，继续为储能系统放电；
当SOC＜56%时或AGC指令发生变化时，退出闲时充电功能；
其中，Pmax为储能系统的最大功率；
其中，Pe为火电机组额定功率。
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