CN113890066A - 一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置。所述方法包括：构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，获取频率偏差峰值和扰动初始时刻的频率偏差变化率；根据频率偏差峰值和频率偏差变化率判断系统的扰动类型和紧急情况评估结果，确定是否投入储能系统参与多直流馈入系统的频率调节；确定频率调整方式和调频需求分配方式，对多直流馈入系统进行储能系统和常规机组结合的频率调节。本发明将高频分量由储能系统承担，低频分量由常规机组承担，可以最大程度利用储能系统和常规机组对功率波动的消纳能力，减少储能系统的充放电次数，具备功率调节速度快，调节方式灵活，响应快等优点。

Description

一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统频率控制领域，尤其涉及一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置。

背景技术

随着越来越多直流输电工程的投运，现已形成的大规模交直流互联电力系统的电网结构也日趋复杂。由于特高压直流系统输电容量大，一旦发生严重故障将引起大量潮流转移，也可能引发送端电网大量功率过剩或受端电网大量功率缺额；另外，随着新能源的不断开发和利用，风电、光伏等新能源发电占比的提高，系统总的转动惯量不断降低，电网频率调节能力呈下降趋势，在大功率缺额情况下，极易引起频率越限甚至系统失稳，给电网安全稳定运行带来挑战。因此，需要更多控制措施和手段保证电网持续安全高效运行。目前现有用于多直流馈入系统的电网调频技术多采用传统火力发电机进行一次调频、二次调频，存在着功率调节速度慢，对系统的频率变化响应时间长、调节方式笨重、需要传统机组的调频备用等技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置，在储能系统的辅助下对多直流馈入系统进行频率调节，调节方式灵活，提高功率调节速度，大幅缩短系统的频率变化响应时间。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，包括：

构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

进一步的，所述根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，具体为：

当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节。

进一步的，所述通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，具体为：

通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H、发电机负荷阻尼常数D、调差系数R、机械功率增益系数K_m、原动机高压缸做功比例系数F_H、再热时间常数T_R、所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d、阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

进一步的，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求，对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量；

对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

进一步的，所述对高频分量进行限幅包括：

当所述储能系统的调节功率超出所述储能系统的额定容量，则设置所述调节功率为响应的最大充电功率或最大放电功率；若所述调节功率小于死区值，则设置所述调节功率为0。

进一步的，在根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节之后，还包括：当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值，且所述频率偏差峰值小于与所述第一预设阈值对应的频率偏差值，则储能系统退出所述多直流馈入系统的频率调节。

相应的，本发明实施例还提供了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，包括模型构建模块、状态确定模块、调频方式确定模块、协同调节模块和常规调节模块；其中，

所述模型构建模块用于构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

所述状态确定模块用于根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

所述协同调节模块用于根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述常规调节模块用于采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

进一步的，所述状态确定模块根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，具体为：

当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

进一步的，所述模型构建模块通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，具体为：

所述模型构建模块通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H，发电机负荷阻尼常数D，调差系数R，机械功率增益系数K_m，原动机高压缸做功比例系数F_H，再热时间常数T_R，所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d，阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

进一步的，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

所述调频方式确定模块用于获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求，对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量；对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明公开了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置，所述方法包括：构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得多直流馈入系统的频率偏差峰值扰动初始时刻的频率偏差变化率的关系；根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，并确定是否投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，结合所述多直流馈入系统的联络线功率变化、所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数以及所述多直流馈入系统的频率偏差，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。本发明实施例通过获取系统频率偏差变化率和系统频率偏差峰值，提前选择合适的调频控制策略，使储能系统能在引发较大频率偏差的扰动时或在较小频率偏差的扰动但发生紧急情况时及时投入，同时将高频分量由储能系统承担，低频分量由常规机组承担，可以最大程度利用储能系统和常规机组对功率波动的消纳能力，减少储能系统的充放电次数。本发明相对现有的调频技术具有功率调节速度快，对系统的频率变化响应快、调节方式灵活等优点，还能有效减小传统机组的调频备用，显著改善电网的调频性能。

附图说明

图1：为本发明基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法提供的一种实施例的流程示意图。

图2：为本发明基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法提供的一种扰动类型和紧急情况判断的策略。

图3：为本发明基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法提供的一种将高频信号和低频信号分开的策略。

图4：为本发明基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法提供的一种储能系统退出的判断方法。

图5：为本发明基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置提供的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，包括步骤S1至S3；其中，

步骤S1，构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

在本实施例中，多直流馈入系统可以等值为一个简化系统频率响应模型(SFR)，即将全电网所有的发电机模型聚合为一台等值发电机模型，将全电网原动机－调速器模型等值为单台原动机－调速器模型。有功扰动会引起的电网频率偏差响应。

通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H、发电机负荷阻尼常数D、调差系数R、机械功率增益系数K_m、原动机高压缸做功比例系数F_H、再热时间常数T_R、所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d、阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

作为本实施例的一种举例，系统频率偏差峰值与扰动初始时刻频率偏差变化率的关系式推导过程如下：

将全网各台发电机模型等值聚合成单台发电机模型，并将全网原动机－调速器模型等值拟合成单台原动机－调速器模型。

首先可获得单机惯性常数H，调差常数R：

其中，H_j为第j台发电机的惯性时间常数；R_j为第j台发电机的调差系数；M_basej为第j台发电机的额定容量。

频域下系统频率偏差响应为：

其中，s为拉普拉斯变量，即微分算子，可写为

其时域解：

对时域解进行求导的：

令dΔω/dt＝0时，可得频率偏差最大值Δω_max对应的时间t_max；

由上述两式，且系统参数确定的情况下，t_max与扰动大小无关，Δω_max仅由系统扰动量决定，即：

其中，M用于对表达式的化简，具体的：

令t＝0，则：

可得频率偏差峰值与扰动初始时刻频率偏差变化率的关系式：

通过对扰动时刻频率偏差变化率

的测量，求得频率偏差最大值Δω_max，从而判断系统扰动程度，确定系统频率调整方式。

步骤S2，参照图2，根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

在本实施例中，当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节，此时常规机组的一、二次调频会和储能系统同时动作，由于储能系统调节速度较快，大部分不平衡功率由储能系统进行平衡，少部分由系统常规机组承担。

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节，此时闭锁储能系统，储能系统不参与频率调节，仅由常规机组参与系统的频率调节。

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，在检测到紧急情况时控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节。

作为本实施例的一种举例，可采用离散傅里叶变换对调频需求的频域分布进行分析。对于N点序列{x[n]}，它的离散傅里叶变换为：

传统机组响应AGC指令的时间约为数十秒，而储能资源响应的时间在秒级(甚至更短)。通过离散傅里叶变换，可将调频需求的变化分解为分钟级的低频分量和秒级的高频分量。储能资源能够响应秒级变化的调频需求，而传统机组则无能为力。以1min为高低频率的分界点、1/300Hz(周期5min)为低频的截止频率，对实际系统调频需求的高频和低频分量幅值进行分析。将调频需求中高频分量指派给储能资源承担，低频分量指派给常规机组承担。

作为本实施例的一种举例，根据步骤S1推导的系统频率偏差峰值与扰动初始时刻频率偏差变化率的关系式，通过系统发送突发扰动初期的频率偏差变化率预测系统频率偏差峰值，区分可能引起较大频率偏差和较小频率偏差的扰动情况；引起较大频率偏差的扰动包括直流闭锁故障、大负荷投切以及系统三相短路故障；引起较小频率偏差的扰动包括小负荷投切和直流馈入点远区故障等。在优选的实施例中根据扰动类型和扰动大小来决定是否投入储能系统。在本实施例的一种举例中设定突发扰动造成的频率偏差超过0.03Hz为大扰动，频率偏差小于0.03Hz为小扰动。设Δf₁＝0.03Hz，则相应的频率偏差变化率阈值即第一预设阈值为dΔf₁/dt。

频率是电力系统运行的重要指标，我国电力系统的额定频率为50Hz，允许的频率偏差对3000MW及以上的电力系统为±0.2Hz，对3000MW以下的电力系统规定为±0.5Hz。若扰动判断为可能引起系统较小偏差的扰动，则应实时监控系统频率偏差，当频率偏差超过第二预设阈值Δf₂＝0.2Hz时，判定为紧急情况；此时应正常投入储能系统参与频率调节，避免调节能力不够致使系统频率超过稳定范围。

步骤S3，若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

在本实施例中，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

参照图3，将调频需求分为高频部分和低频部分，分别由储能系统和常规机组承担，这样可以充分发挥各类型调频资源的优势，调高调频控制效果。

获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求(ARR)，区域控制需求ARR表征区域内发电与负荷之间的不平衡功率，即发电机组应该调整的出力总量。对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量。这一步中低通滤波部分可以根据调频机组的响应和调整速度设置时间常数，滤波部分可以适当修改参数保留更高频率的分量。

下一步对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

在本实施例中，所述对高频分量进行限幅包括：当所述储能系统的调节功率超出所述储能系统的额定容量，则设置所述调节功率为响应的最大充电功率或最大放电功率；若所述调节功率小于死区值，则设置所述调节功率为0。

在本实施例中，在根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节之后，还包括：当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值，且所述频率偏差峰值小于与所述第一预设阈值对应的频率偏差值，则储能系统退出所述多直流馈入系统的频率调节。

作为本实施例的一种举例：参照图4，当储能系统参与调频后，调节其放电功率以消纳系统不平衡有功，当系统频率稳定后，储能系统需退出以保证其在系统小扰动下不动作。储能系统退出调频环节由频率偏差Δf和频率偏差变化率dΔf/dt共同决定。在系统稳定后，分析此时频率稳定特征，频率偏差Δf减小至储能系统动作死区以内，且系统频率偏差变化率|dΔf/dt|小于阈值dΔf₁/dt，为避免频率出现震荡，设置当|Δf|<Δf₁且|dΔf/dt|<|dΔf₁/dt|时，储能系统退出，反之储能系统继续保持投入参与系统调频状态。

相应的参照图5，图5为本发明实施例提供的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，包括模型构建模块101、状态确定模块102、调频方式确定模块103、协同调节模块104和常规调节模块105；其中，

所述模型构建模块101用于构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

所述状态确定模块102用于根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块103用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

所述协同调节模块104用于根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述常规调节模块105用于采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

在本实施例中，所述状态确定模块102根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，具体为：

当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同对所述多直流馈入系统的频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

在本实施例中，所述模型构建模块101通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，具体为：

所述模型构建模块101通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H，发电机负荷阻尼常数D，调差系数R，机械功率增益系数K_m，原动机高压缸做功比例系数F_H，再热时间常数T_R，所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d，阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与所述频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

在本实施例中，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块103用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

所述调频方式确定模块103用于获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求，对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量；对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

在本实施例中，所述调频方式确定模块103包括限幅单元，所述限幅单元用于对高频分量进行限幅，包括：

当所述储能系统的调节功率超出所述储能系统的额定容量时，所述限幅单元设置所述调节功率为响应的最大充电功率或最大放电功率；若所述调节功率小于死区值，则设置所述调节功率为0。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明公开了一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法和装置，所述方法包括：构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得多直流馈入系统的频率偏差峰值扰动初始时刻的频率偏差变化率的关系；根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况结果，并确定是否投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，结合所述多直流馈入系统的联络线功率变化、所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数以及所述多直流馈入系统的频率偏差，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。本发明实施例通过获取系统频率偏差变化率和系统频率偏差峰值，提前选择合适的调频控制策略，使储能系统能在引发较大频率偏差的扰动时或在较小频率偏差的扰动但发生紧急情况时及时投入，同时将高频分量由储能系统承担，低频分量由常规机组承担，可以最大程度利用储能系统和常规机组对功率波动的消纳能力，减少储能系统的充放电次数。本发明相对现有的调频技术具有功率调节速度快，对系统的频率变化响应快、调节方式灵活等优点，还能有效减小传统机组的调频备用，显著改善电网的调频性能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (10)

1.一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，包括：

构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

2.如权利要求1所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，所述根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，具体为：

当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节。

3.如权利要求1所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，所述通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，具体为：

通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H、发电机负荷阻尼常数D、调差系数R、机械功率增益系数K_m、原动机高压缸做功比例系数F_H、再热时间常数T_R、所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d、阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与所述频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

4.如权利要求1所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求，对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量；

对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

5.如权利要求4所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，所述对高频分量进行限幅包括：

当所述储能系统的调节功率超出所述储能系统的额定容量时，则设置所述调节功率为响应的最大充电功率或最大放电功率；若所述调节功率小于死区值，则设置所述调节功率为0。

6.如权利要求1至5任意一项所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频方法，其特征在于，在根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节之后，还包括：当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值，且所述频率偏差峰值小于与所述第一预设阈值对应的频率偏差值，则储能系统退出所述多直流馈入系统的频率调节。

7.一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，其特征在于，包括模型构建模块、状态确定模块、调频方式确定模块、协同调节模块和常规调节模块；其中，

所述模型构建模块用于构建多直流馈入系统的系统频率响应模型，通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，通过所述频率响应关系式结合所述多直流馈入系统在扰动初始时刻的频率偏差变化率计算所述多直流馈入系统的频率偏差峰值；其中，所述频率响应关系式用于表征所述频率偏差峰值和所述频率偏差峰值之间的关系；

所述状态确定模块用于根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节；

若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式；

所述协同调节模块用于根据所述频率调整方式和所述调频需求分配方式，采用常规机组结合储能系统的辅助，进行对所述多直流馈入系统的频率调节；

若不需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述常规调节模块用于采用常规机组进行对所述多直流馈入系统的频率调节。

8.如权利要求7所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，其特征在于，所述状态确定模块根据所述频率偏差峰值和所述频率偏差变化率，确定所述多直流馈入系统的扰动类型和紧急情况评估结果，结合所述扰动类型和所述紧急情况评估结果判断是否需要投入储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，具体为：

当所述频率偏差变化率大于第一预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较大的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值小于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且未发生紧急情况，所述状态确定模块采用常规机组对所述多直流馈入系统进行频率调节；

当所述频率偏差变化率小于所述第一预设阈值且所述频率偏差峰值大于第二预设阈值时，所述多直流馈入系统中的扰动为频率偏差较小的扰动且发生紧急情况，所述状态确定模块控制所述储能系统与常规机组共同参与对所述多直流馈入系统的频率调节。

9.如权利要求7所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，其特征在于，所述模型构建模块通过所述系统频率响应模型获得所述多直流馈入系统的频率响应关系式，具体为：

所述模型构建模块通过所述系统频率响应模型，获取单机惯性常数H，发电机负荷阻尼常数D，调差系数R，机械功率增益系数K_m，原动机高压缸做功比例系数F_H，再热时间常数T_R，所述多直流馈入系统中的有功功率变化量ΔP_d，阶跃函数P_step和有功功率变化引起的原动机机械功率变化量ΔP_m，并构建所述频率偏差变化率与所述频率偏差峰值之间的关系式：

其中，Δω_max为所述频率偏差峰值，

为所述频率偏差变化率，ξ，ω_r，ω_n，φ₁，φ₂，φ，α用于对关系式的简化，具体的，

其中，n为常数且是整数值。

10.如权利要求7所述的一种基于储能系统的多直流馈入系统的调频装置，其特征在于，所述若需要投入所述储能系统配合所述多直流馈入系统进行频率调节，所述调频方式确定模块用于获取所述多直流馈入系统的联络线功率变化和所述多直流馈入系统的频率偏差，结合预设的所述多直流馈入系统的控制区的频率响应特性系数，确定所述多直流馈入系统的频率调整方式和所述多直流馈入系统的调频需求分配方式，具体为：

所述调频方式确定模块用于获取所述联络线功率变化ΔP_tie和所述频率偏差Δf，结合所述频率响应特性系数B，计算区域控制偏差ACE：

ACE＝-10BΔf+ΔP_tie；

对所述区域控制偏差进行滤波得到区域控制需求，对所述区域控制偏差进行低通滤波得到低频分量，将所述区域控制需求减所述低频分量获得高频分量；对高频分量进行限幅，将经过限幅的高频分量分配给所述储能系统进行频率调节，把所述区域控制需求减去分配给所述储能系统的不平衡功率分量得到的剩余不平衡功率分量分配给常规机组进行频率调节。

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