CN113809761A - 基于新能源支撑机与储能装置的调频方法及新能源场站 - Google Patents

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CN113809761A CN202111372645.4A CN202111372645A CN113809761A CN 113809761 A CN113809761 A CN 113809761A CN 202111372645 A CN202111372645 A CN 202111372645A CN 113809761 A CN113809761 A CN 113809761A
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Abstract

本发明公开了基于新能源支撑机与储能装置的调频方法、装置、系统及新能源场站。该方法包括：获取系统频率偏移值；根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。该方法规则性强，规则调整灵活，实时性好。在电网发生系统频率波动时，选择投入耐久性更好的新能源支撑机来对电网提供支撑。仅在系统频率波动过大时，才选择投入耐久性较差的电化学储能装置来共同对电网提供支撑，从而减少储能装置的投入次数，实现了储能装置安全运行并提高了其使用安全性。

Description

基于新能源支撑机与储能装置的调频方法及新能源场站
技术领域
本发明属于电力系统运行及控制技术领域，具体涉及基于新能源支撑机与储能装置的调频方法、装置、系统及新能源场站。
背景技术
2019年8月9日英国发生大停电事故。事故发生之前，小巴德福（Little Barford）燃气电站正确停机。在损失燃气电站的发电负荷后，北海电网的系统频率降低。而由于北海电网内风电机组耐受低频的能力不足，导致风电机组继发大量脱网，风电场出力骤降，导致系统频率进一步降低，并触发电网低频减载保护动作，切除部分负荷，进而导致大停电事故。
参考以上停电事故，在新能源高占比的电网中，新能源的特征十分明显，新能源并网安全问题十分严峻，特别是在特高压直流送端的近区电网，新能源汇集占比高，集群化明显，电力系统的电压、惯性和调频的问题愈发严重。
目前，在一些新能源汇集占比高的电网中，设置有新能源支撑机和储能装置，用于应对电力系统的电压、惯性和调频问题。通常，储能装置的预期寿命大于10年，而储能装置中锂电池的充放电循环次数寿命大致为3500次量级。在预期寿命内，如何保证储能装置安全运行，并发挥其在电网中的作用，是目前亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供基于新能源支撑机与储能装置的调频方法、装置、系统及新能源场站，旨在实现储能装置安全运行及提高其使用安全性。
第一方面，本发明提供一种基于新能源支撑机与储能装置的调频方法，
所述新能源支撑机连接在新能源并网点；
所述储能装置连接在新能源并网点；
所述方法包括：
获取系统频率偏移值；
根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
进一步地，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值不大于第一频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
进一步地，还包括：
根据所述第一调频方案，第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率。
进一步地，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、及控制所述储能装置投入；
其中，所述第一频率控制阈值为正数；所述第二频率控制阈值为大于所述第一频率控制阈值的正数。
进一步地，还包括：
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率；
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，以使得所述储能装置执行所述第二有功调节指令，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
进一步地，所述根据所述第一调频方案，第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，还包括：
根据所述新能源支撑机的转速，修正与所述第一有功调节指令对应的新能源支撑机的预期有功功率指令值。
进一步地，根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，还包括：
根据所述储能装置的荷电状态，修正与所述第二有功调节指令对应的储能的预期有功功率指令值。
第二方面，本发明提供一种基于新能源支撑机与储能装置的调频装置，所述新能源支撑机连接在新能源并网点；
所述储能装置连接在新能源并网点；
所述装置包括：
获取模块，用于获取系统频率偏移值；
处理模块，用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
进一步地，所述处理模块用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值不大于第一频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
进一步地，所述处理模块还用于：
根据所述第一调频方案，在第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率。
进一步地，所述处理模块用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，还包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、及控制所述储能装置投入；
其中，所述第一频率控制阈值为正数；所述第二频率控制阈值为大于所述第一频率控制阈值的正数。
进一步地，所述处理模块还用于：
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率；
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，以使得所述储能装置执行所述第二有功调节指令，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
进一步地，所述处理模块用于根据所述第一调频方案，在第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，还包括：
根据所述新能源支撑机的转速，修正与所述第一有功调节指令对应的新能源支撑机的预期有功功率指令值。
进一步地，所述处理模块用于根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，还包括：
根据所述储能装置的荷电状态，修正与所述第二有功调节指令对应的储能的预期有功功率指令值。
第三方面，本发明提供一种基于新能源支撑机与储能装置的电网调频系统， 包括：
在第二方面中说明的任一项所述的基于新能源支撑机与储能装置的调频装置；
新能源支撑机控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述新能源支撑机执行相应的调频指令；
储能装置控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述储能装置执行相应的调频指令。
第四方面，本发明提供一种新能源场站， 包括：
新能源发电设备，其在新能源并网点并入电网；
新能源支撑机，所述新能源支撑机连接在所述新能源并网点；
储能装置，所述储能装置连接在所述新能源并网点；
如第三方面说明的电网调频系统。
本发明提供的基于新能源支撑机与储能装置的调频方法，获取系统频率偏移值，并根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，并根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。该方法根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，从而可以根据预先设计的控制策略，调整所述新能源支撑机和/或所述储能装置是否参与本次电网调频，规则性强，规则调整灵活，实时性好，可以实现储能装置安全运行并提高其使用安全性。
具体地，在系统频率波动时，在系统频率偏移值位于第一调频区时，投入新能源支撑机；系统频率偏移值位于第二调频区时，同时将新能源支撑机和电化学储能装置投入到电网中，分别执行一次调频，实现了储能装置安全运行并提高了其使用安全性。
如上，在电网发生系统频率波动时，优先选择投入耐久性更好的新能源支撑机来对电网提供支撑。仅在系统频率波动过大时，才选择投入耐久性较差的电化学储能装置来共同对电网提供支撑，从而减少电化学储能装置的投入次数。在电化学储能装置的寿命周期内充放电循环总次数不变的前提下，从整体调频控制策略层面来主动减少电化学储能装置的投入次数，进而可以延长电化学储能装置在新能源场站中的服役时间。这种投入策略，优化了设备运行制度，延长了设备的服务时间，有效地保证了以较高的可靠性向电网提供支撑，有利于新能源场站长期稳定运行。
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为本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的调频方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的调频装置的组成示意图；
图3是本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的电网调频系统的组成示意图；
图4是本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的电网调频系统的控制信息流转示意图；
图5是本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的调频方法实现的调频区示意图。
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。
以下为部分术语及符号的定义：
荷电状态，state of charge，简称 SOC。
目前，江苏昆山储能电站为国内容量最大的电化学储能电站，为百兆瓦级电池储能电站，由8个单体电站组成，总容量101 MW，采用磷酸铁锂电池方案，以4回35kV线路接入220kV昆山变35kV侧。在电网发生故障时，可实现10万千瓦负荷毫秒级响应，从而确保电网安全稳定运行。
与江苏昆山储能电站相似，目前已经投入的电化学储能装置大多为大容量交流储能装置。作为电化学装置，随着累计充放电循环次数增加，其性能会逐渐衰减，使用安全性和可靠性也逐渐降低。
为保证电力系统安全运行，在系统频率低于设定的阈值（电力系统安全运行时的最低频率）时，电力系统会自动切除不重要的负荷，也即低频减载；在系统频率高于设定的阈值（电力系统安全运行时的最高频率）时，电力系统会自动切除发电机组、新能源机组等，也即高频切机。
具体实施时，电力系统安全运行的最低频率为电力系统允许的频率偏差范围的下限；电力系统安全运行的最高频率为电力系统允许的频率偏差范围的上限。以下涉及到的系统频率偏移值，不大于电力系统安全运行时的最高频率与系统额定频率的偏差（为正值），且不小于电力系统安全运行时的最低频率与系统额定频率的偏差（为负值）。
如图1所示，为保证储能装置安全运行，提高其使用安全性，本申请发明实施例提供了一种基于新能源支撑机与储能装置的调频方法，包括：
步骤S110：获取系统频率偏移值；
步骤S120：根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
步骤S130：根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
进一步地，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值不大于第一频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
进一步地，根据所述第一调频方案，在第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率。
进一步地，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，还包括：在检测到所述系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、及控制所述储能装置投入；
其中，所述第一频率控制阈值为正数；所述第二频率控制阈值为大于所述第一频率控制阈值的正数。
进一步地，根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率；
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，以使得所述储能装置执行所述第二有功调节指令，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
如图5所示，f1为第一频率控制阈值，f2为第二频率控制阈值。本发明实施例的调频方法，在检测到系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值f1且小于第二频率控制阈值f2时，生成第二调频方案，控制所述储能装置和所述新能源支撑机分别投入，执行本轮的一次调频。
在检测到系统频率偏移值的绝对值小于第一频率控制阈值f1且小于第二频率控制阈值f2时，生成第一调频方案，控制所述新能源支撑机投入，执行本轮的一次调频。
本申请实施例的调频方法，在系统频率波动时，在系统频率偏移值位于第一调频区时，投入新能源支撑机，执行一次调频；系统频率偏移值位于第二调频区时，同时将新能源支撑机和电化学储能装置投入到电网中，分别执行一次调频。
在电网发生系统频率波动时，优先选择投入耐久性更好的新能源支撑机来对电网提供支撑。仅在系统频率波动过大时，才选择投入耐久性较差的电化学储能装置来共同对电网提供支撑，从而减少电化学储能装置的投入次数。
在电化学储能装置的寿命周期内充放电循环总次数不变的前提下，从整体调频控制策略层面来主动减少电化学储能装置的投入次数，进而可以延长电化学储能装置在新能源场站中的服役时间。这种投入策略，优化了设备运行制度，延长了设备的服务时间，有效地保证了以较高的可靠性向电网提供支撑，有利于新能源场站长期稳定运行。
进一步地，所述根据所述第一调频方案，第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，还包括：
根据所述新能源支撑机的转速，修正与所述第一有功调节指令对应的新能源支撑机的预期有功功率指令值。
进一步地，根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，还包括：
根据所述储能装置的荷电状态，修正与所述第二有功调节指令对应的储能的预期有功功率指令值。
如图4所示，集中控制器设置在新能源场站中，经控制点连接在交流电网的母线上。该集中控制器用于分别控制电化学储能装置和新能源支撑机。该集中控制器还用于读取交流电网的系统频率f，读取双馈异步电机的转子转速N1和储能装置的荷电状态SOC。
在一个实施中，前述的调频装置，也即图中的集中控制器（因设置在场站，也可以称为场站级控制器） 根据获取的当前系统频率，和来自上级调度部门的有用功率调节指令P，生成调频指令，该调频指令包括：用于发送至新能源支撑机控制子站的第一有功调节指令ΔP1，用于发送至电化学储能控制子站的第二有功调节指令ΔP2。
新能源支撑机控制子站响应于所述第一有功调节指令ΔP1，控制新能源支撑机通过调节其转子转速，来调节其定子与电网之间交互的有功功率PS及电能，以最终调节系统频率。
储能控制子站响应于所述第二频率调节指令ΔP2，控制电化学储能装置通过调节其荷电状态SOC，来调节其与电网之间交互的电能或有功功率，以最终调节系统频率。
如图3所示，新能源支撑机控制子站设置控制装置1，储能控制子站设置有控制装置2，分别用于接收并控制执行新能源支撑机的有功功率指令值△P10和/或储能的有功功率指令值△P20。新能源支撑机控制子站还设置采集装置1和采集装置2，分别用于采集系统频率和双馈异步电机的转子转速N1。储能控制子站还设置有采集装置3和采集装置4，分别用于采集系统频率和电化学储能装置的荷电状态SOC。储能控制子站还设置有DC/AC变换器，用于将控制装置2接收的储能的有功功率指令值△P20进行功率级的转换。
如图3所示，新能源支撑机设置在新能源场站的并网点附近，包括：主变压器、励磁变压器、双馈异步电机、变频器、采集装置1和控制装置1。主变压器用于将电压变换到与双馈异步电机的定子相匹配的电压值，如图所示，主变压器的一次侧与交流电网连接，主变压器的二次侧与双馈异步电机的定子连接。变频器包括机侧变流器（由交流-直流环节组成）、网侧变流器（由交流-直流环节组成）。网侧变流器和机侧变流器均为全控型变流器。励磁变压器用于将电压变换到与网侧变流器相匹配的电压值。机侧变流器与双馈异步电机的转子侧相连接。
双馈异步电机为绕线式异步电机，其转子为交流励磁。稳态运行时，定子的电流频率f与交流电网的系统频率f相同。
假设采集装置1检测到的系统频率为f；双馈异步电机的转子转速折合为频率f1，与机侧变流器相连的三相交流励磁频率为f2，则有以下关系：
f=f1±f2（5）
假设双馈异步电机的极对数为p，转子转速N1折合为频率 f1，则有以下关系：
f1=p*N1/60 （6）
控制装置1根据采集装置1获取的定子频率f和采集装置2获取的转子转速N1(也即，ω=πN 1/30)确定系统频率偏移值△f及其绝对值。
如图3所示，控制装置1用于在系统频率f波动时，通过控制双馈异步电机的转子转速N1，向电网提供支撑。如，在电网因负载增加或发电功率减少而导致系统频率f降低时，通过降低双馈异步电机的转子转速，使得双馈异步电机减少的动能依次流经转子及定子后注入到电网内，也即，新能源支撑机向电网注入能量。如，在电网因负载减少或发电功率增加而导致系统频率f升高时，通过提高双馈异步电机的转子转速，使得电网内富裕的电能依次流经定子及转子后，存储为定子的动能，也即，新能源支撑机从电网吸收能量。
如图3所示，控制装置2用于在系统频率f波动时，通过控制储能装置的SOC的增加或减少，向电网提供支撑。如，在电网因负载增加或发电功率减少而导致系统频率降低时，通过控制储能装置的降低SOC，使得储能装置减少的电能注入到电网内，也即，储能装置向电网注入能量。如，在电网因负载减少或发电功率增加而导致系统频率升高时，通过控制储能装置的SOC增加，使得电网内富裕的电能存储为储能装置的电能，也即，储能装置从电网吸收能量。
在第一个实施例中，调频装置获取到的系统频率偏移值的绝对值为0.6Hz。0.6Hz小于第一频率控制阈值1.0Hz（也即新能源动作频率偏差阈值），且小于第二频率控制阈值1.5Hz（如，系统安全频率阈值。调频装置在检测到系统频率偏移值的绝对值小于第一频率控制阈值且小于所述第二频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
调频装置控制所述新能源支撑机投入，包括：生成第一有功调节指令ΔP1，以使得新能源支撑机控制子站响应于所述第一有功调节指令ΔP1，控制新能源支撑机通过调节其转子转速，来调节其定子与电网之间交互的有功功率PS及电能，以最终调节系统频率。
如上，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令ΔP1，通过控制所述新能源支撑机的转子提高转速或降低转速，来调节系统频率。
具体地，生成第一有功调节指令ΔP1，包括：计算新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10：
Figure 382003DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式(1)中，
Figure 229873DEST_PATH_IMAGE002
为频率响应死区，其值为正数，如，0.01Hz；K1是新能源支撑机频率-有功功率系数，其值为负数，如，-1M W/Hz；
Figure 155104DEST_PATH_IMAGE003
的绝对值大于
Figure 848253DEST_PATH_IMAGE002
。
式(1)中，在系统频率偏移值△f为正值时，其与频率响应死区做减后，得到系统频率调节值；在系统频率偏移值△f为负值时，与频率响应死区做加后，得到系统频率调节值。在不考虑频率响应死区因素时，在式（1）中，将△f01的值取为零。
式(1)中，在系统频率偏移值△f为正值时，△P10为负值，也即，通过控制所述新能源支撑机增加转速，实现从电网中吸收能量，进而减小系统频率及系统频率偏移值。在系统频率偏移值△f为负值时，△P10为正值，也即，通过控制所述新能源支撑机降低转速，实现向电网中注入能量，进而增加系统频率及系统频率偏移值。
如图4所示，以上新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10由场站级控制器通过通信设备（以有线方式或无线方式）发送至新能源支撑机的控制装置（如图3中的控制装置1）并由其执行。
新能源支撑机的控制装置根据获取的新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10，控制所述新能源支撑机按照所述新能源支撑机的预期有功功率指令值释放其转动动能或增加其转动动能，也即控制新能源支撑机降低转速或增加转速，以实现向电网中注入能量或从电网中吸收能量。控制所述新能源支撑机调节其转速的方法及步骤，不再赘述。
进一步地，考虑到所述新能源支撑机的容量及转速限制，还包括：新能源支撑机的控制装置根据新能源支撑机的转速上限值和下限值，对接收到的新能源支撑机的预期有功功率指令值进行修正。
具体地，对新能源支撑机的预期有功功率指令值进行修正，包括：根据获取的转子转速ω（对应于图3中的N1），利用下式修正新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10，得到第一执行有功功率指令值△P11：
Figure 909750DEST_PATH_IMAGE004
（2）
上式中，ωmax和ωmin分别为新能源支撑机的转速上限值，也即，最大转速，和转速下限值，也即，最小转速。
如前述，在期望从电网向新能源支撑机释放电能时，生成的新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10为负值。但若这时新能源支撑机的转速ω高于转速上限值，受最大转速限制，则需要确定第一执行有功功率指令值为0。这时，下发第一有功功率指令值为零，控制新能源支撑机不与电网发生能量交换。这时，并不执行接收到的新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10而是执行第一执行有功功率指令值△P11。
如前述，在期望从新能源支撑机向电网释放电能时，生成的新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10为正值。但若这时双馈异步电机的转子的转速ω低于转速下限值，受最小转速限制，则需要修正第一执行有功功率指令值为0。这时，下发第一电机执行有功功率指令值为零，控制新能源支撑机不与电网之间发生能量交换。这时，并不执行接收到的新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10而是执行第一执行有功功率指令值△P11。针对双馈异步电机的控制方法参见CN111193273B和CN111262254B。
以上对新能源支撑机的预期有功功率指令值进行修正的步骤，是由子站侧来执行的。其他实施例中，也可以由场站级，也即集中控制器来执行修正。这时，集中控制器可以预先获取新能源支撑机的转速，并根据获取的新能源支撑机的转速，生成新能源支撑机的预期有功功率指令值。也即，将式（1）和式（2）合并在一个式子中实现，不再赘述。
在第二个实施例中，调频装置获取到的系统频率偏移值的绝对值为1.2Hz。1.2Hz大于第一频率控制阈值，且小于第二频率控制阈值1.5Hz（如，小于系统安全频率阈值）。调频装置在检测到系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、控制所述储能装置投入。
调频装置控制所述新能源支撑机投入，与第一实施例中相似，不再赘述。
调频装置控制所述储能装置，包括：生成第二有功调节指令ΔP2，以使得电化学储能装置响应于所述第一有功调节指令ΔP2，控制电化学储能装置通过调节其荷电状态SOC，来调节其与电网之间交互的电能或有功功率，以最终调节系统频率。
如上，以使得所述储能装置执行第二有功调节指令ΔP2，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
具体地，具体地，生成第二有功调节指令ΔP2，包括：计算储能的预期有功功率指令值△P20：
Figure 662943DEST_PATH_IMAGE005
(3)
式(3)中，
Figure 809890DEST_PATH_IMAGE006
为频率响应死区，其值为正数，如，0.02Hz；K2是储能频率-有功功率系数，其值为负数，如，-1M W/Hz；
Figure 572310DEST_PATH_IMAGE003
的绝对值大于
Figure 488313DEST_PATH_IMAGE006
。
式(3)中，在系统频率偏移值△f为正值时，其与频率响应死区做减后，得到系统频率调节值；在系统频率偏移值△f为负值时，与频率响应死区做加后，得到系统频率调节值。在不考虑频率响应死区因素时，在式（3）中，将△f02的值取为零即可。
在系统频率偏移值为正值时，△P20为负值，也即，通过控制所述储能装置吸收并存储电能，从电网中吸收能量，进而减小系统频率及系统频率偏移值。在系统频率偏移值为负值时，△P20为正值，也即，通过控制所述储能装置释放并减少电能，向电网中注入能量，进而增加系统频率及减小系统频率偏移值。
如图4所示，以上储能的预期有功功率指令值△P20由集中控制器通过通信设备（有线方式或无线方式）发送至电化学储能装置的控制装置（如图3中的控制装置2）并由其执行。
电化学储能装置的控制装置根据获取的第二有功调节指令ΔP2，控制所述储能装置按照所述储能的预期有功功率指令值△P20释放其电能或存储电能，也即电化学储能装置的SOC降低，以实现向电网中注入能量或电化学储能装置的SOC增加，以实现从电网中吸收能量。控制所述储能装置调节其SOC以调节有功功率及电能的方法及步骤，不再赘述。
进一步地，考虑到所述储能装置的容量及SOC上下限值，还包括：电化学储能装置的控制装置根据储能装置SOC上限值和SOC下限值，对接收到的储能的预期有功功率指令值进行修正。
具体地，对储能的预期有功功率指令值进行修正，包括：根据获取的储能装置的荷电状态SOC，利用下式修正储能的预期有功功率指令值△P20，得到第二执行有功功率指令值△P22：
Figure 412407DEST_PATH_IMAGE007
（4）
其中，SOCmax和SOCmin分别为电化学储能装置的荷电状态上限值和荷电状态下限值。
如前述，在期望从电网向储能装置释放电能时，生成的储能的预期有功功率指令值△P20为负值。但若这时储能装置的荷电状态高于其荷电状态上限值时，则为储能装置安全起见，需要确定第二执行有功功率指令值为0。这时，下发的第二有功功率指令值为零，控制电化学储能装置不与电网发生能量交换。这时，并不执行接收到的储能的预期有功功率指令值△P20而是执行第二执行有功功率指令值△P22。
在期望从储能装置向电网释放电能时，生成的储能的预期有功功率指令值△P20为正值。但若这时储能装置的荷电状态低于其荷电状态下限值时，则为储能装置安全起见，需要确定第二执行有功功率指令值为0。这时，下发的第二有功功率指令值为零，控制电化学储能装置不与电网发生能量交换。这时，并不执行接收到的储能的预期有功功率指令值△P20而是执行第二执行有功功率指令值△P22。
以上对电化学储能的预期有功功率指令值进行修正的步骤，是由子站侧来执行的。其他实施例中，也可以由场站级，也即集中控制器来执行修正。这时，集中控制器可以预先获取储能装置的荷电状态，并根据获取的储能装置的荷电状态，生成储能的预期有功功率指令值。也即，将式（3）和式（4）合并在一个式子中实现，不再赘述。
具体实施时，新能源场站附近可能设置有多台新能源支撑机，也可能设置有多组电化学储能装置。这时，可以将多台新能源支撑机等效为一个新能源支撑机，将多组储能装置等效为一个储能装置。之后，仍旧采用前述的调频方法，针对新能源场站执行调频控制，从而提高储能装置的运行安全性。
在另一个实施例内，在调频控制策略的一个执行周期内，集中控制器根据获取的多种物理量数据，分别生成向储能控制子站和/或新能源控制子站下发的有功调节指令，也即调频指令。具体地，包括以下步骤：
（1）集中控制器读取交流系统频率f，读取双馈异步电机的转子转速ω（图3中的N1）和储能装置的荷电状态SOC。
（2）集中控制器读取由上级调度部门的下发的有功控制方式和/或有用功率调节指令P。集中控制器可以为一个或多个。集中控制器可以向一组或多组储能控制子站和或新能源支撑机控制子站的组合分别下发有功控制方式和/或有功功率控制指令值P。
（3）集中控制器根据获取的系统频率f，判断系统频率偏移值的绝对值是否大于第一频率控制阈值f1。如果大于第一频率偏差阈值f1，则转入步骤（4），否则转入步骤（7）。在电网额定频率为50Hz时，系统频率偏移值根据当前的系统频率与电网额定频率做差，可以为正值，也可以为负值。
（4）集中控制器判断系统频率偏移值是否小于第二频率偏差阈值f2。如果小于第二频率偏差阈值f2，则转入步骤（5）；否则转入步骤（10）。
这里，第二频率偏差阈值是大于第一频率偏差阈值的正数。因此，只有在系统频率偏移值超过第一频率偏差阈值时，才需要转入步骤（4）来进一步判断是否小于第二频率偏差阈值。如果系统频率偏移值不超过第一频率偏差阈值，就直接转入步骤（7）执行针对第一调频区的步骤。
第二频率偏差阈值可以取系统安全频率阈值，也可以取更小的值。
（5）根据式（3）计算储能的预期有功功率指令值△P20。
（6）根据获取的储能装置的荷电状态SOC，利用式（4）修正储能的预期有功功率指令值△P20，得到第二执行有功功率指令值△P22。
（7）计算式（1）计算新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10。
（8）根据获取的转子的转速ω，利用式（2）修正新能源支撑机的预期有功功率指令值△P10，得到第一执行有功功率指令值△P11。
（9）集中控制器向控制装置2和/或控制装置1下发有功调节指令△P10和△P20，并回到步骤（1）。
（10）按照预先约定，执行其他的频率调节步骤，并回到步骤（1）。
以上步骤以上，通过设置第一调频区和第二调频区，实现了根据系统频率波动的严重程度对应地采取调频措施。如，在严重程度较低时，处于第一调频区，执行步骤（5）至（9），投入新能源支撑机进行调频。如，在严重程度较高时，处于第二调频区，执行步骤（7）至（9），同时投入新能源支撑机和电化学储能装置进行调频。
如图2所示，本发明实施例的基于新能源支撑机与储能装置的调频装置200，包括：
获取模块210，用于获取系统频率偏移值；
处理模块220，用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
本发明一个实施例的基于新能源支撑机与储能装置的电网调频系统， 包括：
获取模块，用于获取系统频率偏移值；
处理模块，用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率；
新能源支撑机控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述新能源支撑机执行相应的调频指令；
储能装置控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述储能装置执行相应的调频指令。
本发明一个实施例的新能源场站， 包括：
新能源发电设备，其在新能源并网点并入电网；
新能源支撑机，所述新能源支撑机连接在所述新能源并网点；
电化学储能装置，所述储能装置连接在所述新能源并网点；
如前述说明的电网调频系统。
以上针对有功功率调节的方法进行了说明。电网出现不平衡或故障时，还包括针对无功功率的调节，不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、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。

Claims (16)

1.一种基于新能源支撑机与储能装置的调频方法，其特征在于，
所述新能源支撑机连接在新能源并网点；
所述储能装置连接在新能源并网点；
所述方法包括：
获取系统频率偏移值；
根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
2.根据权利要求1所述的调频方法，其特征在于，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值不大于第一频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
3.根据权利要求2所述的调频方法，其特征在于，还包括：
根据所述第一调频方案，第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率。
4.根据权利要求2所述的调频方法，其特征在于，所述根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、及控制所述储能装置投入；
其中，所述第一频率控制阈值为正数；所述第二频率控制阈值为大于所述第一频率控制阈值的正数。
5.根据权利要求4所述的调频方法，其特征在于，还包括：
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率；
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，以使得所述储能装置执行所述第二有功调节指令，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
6.根据权利要求3所述的调频方法，其特征在于，
所述根据所述第一调频方案，第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，还包括：
根据所述新能源支撑机的转速，修正与所述第一有功调节指令对应的新能源支撑机的预期有功功率指令值。
7.根据权利要求5所述的调频方法，其特征在于，
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，还包括：
根据所述储能装置的荷电状态，修正与所述第二有功调节指令对应的储能的预期有功功率指令值。
8.一种基于新能源支撑机与储能装置的调频装置，其特征在于，
所述新能源支撑机连接在新能源并网点；
所述储能装置连接在新能源并网点；
所述装置包括：
获取模块，用于获取系统频率偏移值；
处理模块，用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案；
根据所述调频方案，生成针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频指令，以使得所述新能源支撑机和/或所述储能装置执行相应的调频指令，调节系统频率。
9.根据权利要求8所述的调频装置，其特征在于，所述处理模块用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值不大于第一频率控制阈值时，确定第一调频方案，所述第一调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入。
10.根据权利要求9所述的调频装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
根据所述第一调频方案，在第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率。
11.根据权利要求9所述的调频装置，其特征在于，所述处理模块用于根据所述系统频率偏移值，确定针对所述新能源支撑机和/或所述储能装置的调频方案，还包括：
在检测到所述系统频率偏移值的绝对值大于第一频率控制阈值且小于第二频率控制阈值时，确定第二调频方案，所述第二调频方案包括：控制所述新能源支撑机投入、及控制所述储能装置投入；
其中，所述第一频率控制阈值为正数；所述第二频率控制阈值为大于所述第一频率控制阈值的正数。
12.根据权利要求11所述的调频装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，以使得所述新能源支撑机执行所述第一有功调节指令，通过控制所述新能源支撑机提高转速或降低转速，来调节系统频率；
根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，以使得所述储能装置执行所述第二有功调节指令，通过控制所述储能装置充电或放电，来调节系统频率。
13.根据权利要求10所述的调频装置，其特征在于，
所述处理模块用于根据所述第一调频方案，在第一调频区内，生成针对所述新能源支撑机的第一有功调节指令，还包括：
根据所述新能源支撑机的转速，修正与所述第一有功调节指令对应的新能源支撑机的预期有功功率指令值。
14.根据权利要求12所述的调频装置，其特征在于，
所述处理模块用于根据所述第二调频方案，在第二调频区内，生成针对所述储能装置的第二有功调节指令，还包括：
根据所述储能装置的荷电状态，修正与所述第二有功调节指令对应的储能的预期有功功率指令值。
15.一种基于新能源支撑机与储能装置的电网调频系统，其特征在于， 包括：
如权利要求8至14中任一项所述的基于新能源支撑机与储能装置的调频装置；
新能源支撑机控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述新能源支撑机执行相应的调频指令；
储能装置控制模块，用于从所述处理模块获取相应的调频指令，并控制所述储能装置执行相应的调频指令。
16.一种新能源场站，其特征在于， 包括：
新能源发电设备，其在新能源并网点并入电网；
新能源支撑机，所述新能源支撑机连接在所述新能源并网点；
储能装置，所述储能装置连接在所述新能源并网点；
如权利要求15所述的电网调频系统。
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