CN112928778A - 一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法，光伏储能电站的调功调频控制器具有AGC功能和快速调频功能，调功调频控制器直接采集并网点的电压和电流，实时计算并网点频率和功率，通过快速通信GOOSE机制向各光伏逆变器和各储能变流器快速下发调功调频指令。本发明基于整站发电损耗，根据并网点频率变化，结合AGC调度指令，计算整站应发出力，快速调频效果好，实用性强。

Description

一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法。
背景技术
按照国家可再生能源战略的发展需求，目前光伏电站得到了大面积应用，电网随之由常规火电发电主导逐渐向风、光可再生能源和常规火电共同主导的局面发展，鉴于光伏、风电等电力电子类型电站惯量和阻尼很小，导致整个电网抗扰动能力减弱。电网发生较大的有功功率扰动后，电网频率会迅速偏离50Hz。在2秒钟之内，水电、火电、核电机组的一次调频以及电网的二次调频均尚不能发挥有效的调频作用，电网靠自身的转动惯量延缓和抑制电网频率的快速变化；而且，由于风电、光伏电站的转动惯量极小，随着电网内新能源占比的不断提高，新能源对常规水火电发电机组替代，势必造成电网自身的转动惯量不断下降，也就意味着电网靠自身转动惯量延缓和抑制电网频率快速变化能力的不断减弱。通过将光伏电站一次调频响应速度的提高，将响应延迟时间由2秒提升至百毫秒，在电网发生较大的有功功率扰动后，光伏电站就可以通过一次调频快速调整出力，在2秒钟内发挥稳定电网频率，抑制电网频率的快速变化，减少电网频率越线运行时间。目前单纯对光伏电站的快速调频改进或新建方案方法研究较多。
由于光伏电站的发电固有波动性和随机性，大面积的光伏接入会给电网造成挑战，因此储能的融入可以克服光伏的先天缺陷，平滑光伏出力，结合目前电网调频需求，光伏储能电站可以将电力电子类型快速响应优势发挥到极致。目前针对光伏储能电站的调频策略研究较少，公开的专利为光伏发电参与储能协调参与电网一次调频的控制方法与装置(申请号：202010101596.X)，该专利保护的技术方案一方面没有考虑自动发电控制(Automatic Generation Control，简称AGC)调度指令和调频控制指令的结合问题，另一个方面也没有考虑整站变压器和线路损耗的因素。因此，有必要发明一种实用、高效的用于光伏储能电站的调功调频控制方法。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的提供了一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法，在调频出力计算时考虑发电损耗，相对比常规控制方法，更加实用和高效。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的一个方面提供了一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法，实时检测并网点电压和电流，计算并网点频率和发电有功功率,同时通过远动装置接收自动发电控制调度指令，当并网点频率大于频率上限时，采用频率升高越限控制方法进行控制；当并网点频率小于频率下限时，采用频率降低越限控制方法进行控制；当并网点频率大于频率下限小于频率上限时，按照自动发电控制调度指令进行功率分配。
根据本发明的一个方面，所述频率升高越限控制方法包括以下步骤：
判断所述自动发电控制调度指令是否增加出力，如果是，则更新电站当前输出有功功率；
根据频率变化计算规定电站出力；
判断规定电站出力是否大于最大出力，如果是，则规定电站出力设为最大出力；
判断光伏和储能状态，根据光伏和储能状态进行控制。
根据本发明的一个方面，当光伏和储能状态为光伏足发、储能动力电池荷电状态大于下限时，
由光伏给储能充电，分别对光伏和储能进行功率分配；
当储能SOC高于上限时，光伏停止给储能充电，光伏按照最新计算功率值进行发电。
根据本发明的一个方面，当光伏和储能状态为光伏未足发时，计算最终调功调频出力，限值光伏发电，并对光伏集聚区的光伏逆变器进行功率分配。
根据本发明的一个方面，所述频率降低越限控制方法包括以下步骤：
首先判断自动发电控制调度指令是否降低出力，如果是，则更新电站当前输出有功功率；
根据频率变化计算规定电站出力；
判断光伏和储能状态，根据光伏和储能状态进行相应的控制。
根据本发明的一个方面，当电站处于光伏足发，储能动力电池荷电状态大于下限状态时，光伏电站和储能一起出力，并对光伏逆变器和储能变流器进行功率分配；当储能SOC高于上限时,储能停止出力，光伏按规定出力发电。
根据本发明的一个方面，当电站处于光伏未足发时，限值光伏出力为规定出力，并对光伏逆变器和储能变流器就行功率分配。
根据本发明的一个方面，考虑发电损耗的调功调频出力的计算公式为：
Figure BDA0002919057200000031
其中：fL＝fN-fd，fH＝fN+fd
P：电站应输出有功功率；
P0：电站当前输出有功功率；
Pe：电站的额定功率；
f：并网点测得实际频率；
fN：并网点额定频率；
fd：一次调频死区；
K：发电损耗系数；
fH：频率上限；
fL：频率下限；
δ：快速频率响应调差率。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明基于整站发电损耗，根据并网点频率变化，结合AGC调度指令，计算整站应发出力，提出光储电站调功控制方法，快速调频效果好，实用性强。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的光伏储能电站的系统电气示意图。
图2是根据本发明一个实施例的光伏储能电站的调功调频控制架构图。
图3是根据本发明一个实施例的调功调频控制方法的控制流程图。
图4是根据本发明一个实施例的并网点频率升高越限控制方法的流程图。
图5是根据本发明一个实施例的并网点频率降低越限控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1示出了光伏储能电站的系统电气示意图。从图1可以看出，光伏储能电站包括光伏聚集区a和储能聚集区b，光伏聚集区a包括若干个并联的集中式并网逆变器，每个集中式并网逆变器通过接入1号升压变压器接入10kV汇集母线。储能聚集区b包括若干个并联的集中式储能变流器，每个集中式储能变流器通过接入1号升压变压器接入10kV汇集母线。10kV汇集母线通过2号升压变压器在A并网点接入35kV并网点。
图2示出了光伏储能电站的调功调频控制架构图。调功调频控制器3具有AGC功能和快速调频功能。AGC调度指令通过远动装置1将下发给光储监控系统2，光储监控系统2通过IEC104规约向所述调功调频控制器3下发所述AGC调度指令，调功调频控制器3通过CT、PT直接采集并网点的电压和电流，实时计算并网点频率和功率，通过快速通信的面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Event，简称GOOSE)机制向光伏逆变器1#-n#和储能变流器1#-m#快速下发调功调频指令。
另外，光伏储能电站的AGC功能，也可以放到光储监控系统中实现。这里的GOOSE机制可以用UDP通信规约来替代。并网点频率采集还可以通过单独的测控终端来实现。
本发明是基于AGC控制功能和快速调频功能，考虑光伏和储能的出力情况提出一种调功调频控制方法。
常规的调频出力计算如公式1所示：
Figure BDA0002919057200000051
其中：
P：电站应输出有功功率；
P0：电站当前输出有功功率；
Pe：电站的额定功率；
f：并网点测得实际频率；
fN：并网点额定频率；
fd：一次调频死区；
δ：快速频率响应调差率。
采用公式1计算调频出力的缺点在于一方面实际应用性不好，另一方面没有考虑线路发电损耗。因此，本发明提出一种考虑发电损耗的调功调频出力计算方法，如公式2所示：
Figure BDA0002919057200000061
其中：fL＝fN-fd，fH＝fN+fd
P：电站应输出有功功率；
P0：电站当前输出有功功率；
Pe：电站的额定功率；
f：并网点测得实际频率；
fN：并网点额定频率；
fd：一次调频死区；
K：发电损耗系统；
fH：频率上限；
fL：频率下限；
δ：快速频率响应调差率。
δ反映快速调频静态特性曲线的斜率，为系统频率变化量标么值(以额定频率为基准值)与有功功率变化量标么值(以额定功率为基准值)之比的负数。δ根据各区域电网实际情况确定，一般设置在2％-3％之间。
该调功调频出力计算方法划分了三个区间，每个区间对应一个计算公式。具体来说，当并网点频率高于fH时，计算调频出力如公式3所示：
Figure BDA0002919057200000071
当并网点频率低于fL时，计算调频出力如公式4所示：
Figure BDA0002919057200000072
当并网点频率大于fL小于fH时，计算调频出力如公式5所示，
P＝P0×(1+K) (公式5)
其中K为发电损耗系数。
图3示出了调功调频控制方法的控制流程图。从图3可以看出，调功调频控制方法包括以下步骤：
S11：实时检测并网点电压和电流。
根据并网点的电压和电流，计算并网点频率和发电有功功率P0。
S12：读取AGC调度指令。
通过远动装置接收调度的AGC有功指令。
S13：判断并网点频率f是否大于f上限。
当并网点频率f大于fH时，进入B段频率升高越限控制流程。
当并网点频率f小于等于fH时，转到S14。
S14：判断并网点频率f是否小于f下限。
当并网点频率f小于fL时，进入A段频率降低越限控制流程。
当并网点频率f大于等于fL时，转到S15。
S15：按照AGC调度指令进行功率分配。
即当并网点频率f满足小于fH大于fL时，按照AGC调度指令进行功率分配，不进行调频控制功能。
并网点频率升高越限控制方法包括首先判断AGC调度指令是否同方向调节，如果AGC调度指令是增加出力，更新公式3中的电站当前输出有功功率P0，如果不是就闭锁AGC调度指令。发电损耗系统K根据实际情况确定一般为去0.01-0.03之间，根据公式3计算调功调频出力。
当电站处于光伏足发、储能未满状态时，本着光伏发电最大利用为目标，让光伏给储能充电，储能功率为光伏当前出力减去计算出的调功调频出力P。分别对光伏和储能进行功率分配，并通过GOOSE快速下发；
当储能动力电池荷电状态(简称储能SOC)高于上限时，光伏停止给储能充电，光伏按照最新计算功率值进行发电。
当并网点频率f恢复至fL和fH之间时，光伏电站按照最新AGC调度指令指令，具体流程如图4所示。
当电站处于光伏未足发状态时，按照公式3计算最终调功调频出力，限值光伏发电，并对光伏集聚区的光伏逆变器进行功率分配，当并网点频率f恢复至fL和fH之间时，光伏电站按照最新AGC调度指令指令。
图4示出了并网点频率升高越限控制方法的流程图。从图4可以看出，所述包括以下步骤：
S21：判断AGC调度指令是否增加出力。
即判断AGC调度指令是否同方向调节。如果AGC调度指令是增加出力，则转入S22，否则就闭锁AGC调度指令，转入S23。
S22：更新功率初值。
更新上述公式3中的当前实时功率P0。
S23：根据频率变化计算规定电站出力。
S24：判断电站出力是否大于上限。如果大于上限，则转入S25。否则转入S26。
S25：电站出力为最大出力。
S26：判断光伏和储能状态。根据光伏和储能状态转入S271或S281。
S271：光伏足发、储能SOC大于下限。
即当光伏和储能状态处于光伏足发、储能SOC大于下限的情况下，转入S271。
S272：进行出力计算，储能放电，光伏储能等于规定出力。
S273：进行功率分配。
S274：判断储能SOC是否低于下限。如果低于下限，转入S275。否则返回。
S275：储能停止放电，光伏足发，返回。
S281：光伏未足发，储能充满。
即当光伏和储能状态处于光伏未足发，储能充满的情况下，转入S281。
S282：光伏足发，储能按需出力。
S283：进行功率分配。
S284：判断储能SOC是否低于下限。如果低于下限，转入S285。否则返回。
S285：储能停止放电，光伏按规定出力，返回。
并网点频率频率降低越限控制方法包括首先判断AGC调度指令是否同方向调节，如果AGC调度指令是降低出力，更新公式4中的电站当前输出有功功率P0，如果不是就闭锁AGC调度指令。发电损耗系统K根据实际情况确定一般为去0.01-0.03之间，根据公式4计算调功调频出力。
当电站处于光伏足发，储能SOC大于下限状态时，光伏电站和储能一起出力。此时，光伏足发，储能出力＝计算调频调频出力P-光伏电站出力，并对光伏逆变器和储能变流器就行功率分配。当储能SOC低于下限时,储能停止出力，光伏足发；否则维持出力状态。
当电站处于光伏未足发，储能充满状态时，光伏足发，储能按需出力；储能出力＝储能出力＝计算调频调频出力P-光伏电站出力，并对光伏逆变器和储能变流器就行功率分配。当储能SOC低于下限时，储能停止出力，光伏按照计算调频功率出力，如果小于调频出力计算值就满发；否则维持出力状态。
图5示出了并网点频率降低越限控制方法的流程图。从图5可以看出，所述并网点频率降低越限控制方法包括以下步骤：
S31：判断AGC调度指令是否增加出力。如果是，则转入S32，否则转入S33。
首先判断AGC调度指令是否同方向调节，如果AGC调度指令是降低出力，更新公示4中的当前实时功率P0，如果不是就闭锁AGC调度指令，
S32：更新功率初值。
S33：根据频率变化计算规定电站出力。
S34：判断光伏和储能状态。根据光伏和储能状态转入S351或S361。
S351:光伏足发，储能未充满。
S352:储能充电功率＝光伏-规定出力。
S353：进行功率分配。
S354：判断储能SOC是否低于下限。如果低于下限，转入S355。否则返回。
S355：储能停止充电，光伏按规定出力发电，返回。
S361：光伏未足发。
S362：限值光伏出力为规定出力。
S363：进行功率分配，返回。
另外，其中光伏和储能的功率分配可以采用多种方法，比如光伏采用功率均分，储能考虑SOC进行功率分配等。
综上所述，本发明公开一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法，将基于整站发电损耗，根据并网点频率变化，结合AGC调度指令，计算整站应发出力，提出光储电站调功控制方法，快速调频效果好，实用性强。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种用于光伏储能电站的调功调频控制方法，其特征在于，
实时检测并网点电压和电流，计算并网点频率和发电有功功率,同时通过远动装置接收自动发电控制调度指令，
当并网点频率大于频率上限时，采用频率升高越限控制方法进行控制；
当并网点频率小于频率下限时，采用频率降低越限控制方法进行控制；
当并网点频率大于频率下限小于频率上限时，按照自动发电控制调度指令进行功率分配。
2.根据权利要求1所述的调功调频控制方法，其特征在于，所述频率升高越限控制方法包括以下步骤：
判断所述自动发电控制调度指令是否增加出力，如果是，则更新电站当前输出有功功率；
根据频率变化计算规定电站出力；
判断规定电站出力是否大于最大出力，如果是，则规定电站出力设为最大出力；
判断光伏和储能状态，根据光伏和储能状态进行控制。
3.根据权利要求2所述的调功调频控制方法，其特征在于，
当光伏和储能状态为光伏足发、储能动力电池荷电状态大于下限时，
由光伏给储能充电，分别对光伏和储能进行功率分配；
当储能SOC高于上限时，光伏停止给储能充电，光伏按照最新计算功率值进行发电。
4.根据权利要求2所述的调功调频控制方法，其特征在于，
当光伏和储能状态为光伏未足发时，计算最终调功调频出力，限值光伏发电，并对光伏集聚区的光伏逆变器进行功率分配。
5.根据权利要求1所述的调功调频控制方法，其特征在于，所述频率降低越限控制方法包括以下步骤：
首先判断自动发电控制调度指令是否降低出力，如果是，则更新电站当前输出有功功率；
根据频率变化计算规定电站出力；
判断光伏和储能状态，根据光伏和储能状态进行相应的控制。
6.根据权利要求5所述的调功调频控制方法，其特征在于，
当电站处于光伏足发，储能动力电池荷电状态大于下限状态时，光伏电站和储能一起出力，并对光伏逆变器和储能变流器进行功率分配；当储能SOC高于上限时,储能停止出力，光伏按规定出力发电。
7.根据权利要求5所述的调功调频控制方法，其特征在于，
当电站处于光伏未足发时，限值光伏出力为规定出力，并对光伏逆变器和储能变流器就行功率分配。
8.根据权利要求1所述的调功调频控制方法，其特征在于，考虑发电损耗的调功调频出力的计算公式为：
Figure FDA0002919057190000021
其中：fL＝fN-fd，fH＝fN+fd
P：电站应输出有功功率；
P0：电站当前输出有功功率；
Pe：电站的额定功率；
f：并网点测得实际频率；
fN：并网点额定频率；
fd：一次调频死区；
K：发电损耗系数；
fH：频率上限；
fL：频率下限；
δ：快速频率响应调差率。
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