CN113949135B - 一种储能soc恢复控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种储能SOC恢复控制方法，所述控制方法应用于电池储能调频系统中，与调频控制相结合，在调频死区内进行SOC恢复控制，且恢复过程中综合考虑维持频率在死区范围内。所述控制方法包括：在SOC恢复控制过程中，采用SOC下垂控制，其输出作为后级VSG功率参考指令；下垂系数是以Δf为变量的正弦函数，且根据储能工作状态，分为充电下垂系数和放电下垂系数。本发明较好的兼顾了调频效果与荷电状态维持效果，使得模型设计简单具有统一的设计规范且综合考虑了SOC和Δf在恢复功率指令中的耦合问题，有效提高了储能电池的使用寿命。

Description

一种储能SOC恢复控制方法
技术领域
本发明涉及储能调频技术领域，特别是一种储能SOC恢复控制方法，用于电池储能调频系统中。
技术背景
在储能电池调频过程中，难免会出现幅度很大，频率很快的负荷，引起储能电池大幅度充放电，若调频前初始SOC不合适且不能合理的控制SOC，会造成储能电池的过充或过放，使电池寿命急速下降，甚至会有安全事故发生。因此，研究储能系统调频控制策略时，有必要考虑储能的SOC恢复。为充分有效的利用储能电池对电网调频，使储能电池在SOC恢复模式下进行储能的SOC恢复，以保证可以合理的控制储能电池SOC。
在现有储能系统的SOC恢复模式中有基于模糊控制的恢复控制策略Ⅰ，有采用负荷预测技术与双层模糊控制进行SOC恢复的控制策略Ⅱ，有分别以SOC和Δf为输入按照一次函数得到恢复功率指令，最终取最小恢复功率指令值的策略Ⅲ。然而控制策略Ⅰ、Ⅱ在数学模型中含有模糊控制，设计复杂且没有统一的设计规范，控制策略Ⅲ忽视了SOC与Δf在自恢复功率指令中的耦合关系，都不能简单高效的进行储能SOC恢复，提高电池的使用寿命。现有技术中存在不能综合考虑储能SOC维持效果和电网调频需求的问题，同时，现有基于模糊控制和基于一次函数法的SOC恢复控制策略中，存在需要复杂的设计、没有统一的设计规范、忽视SOC和Δf在恢复功率指令中耦合关系的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种储能SOC恢复控制方法，本发明兼顾了调频效果与荷电状态维持效果，使得模型设计简单具有统一的设计规范且综合考虑了SOC和Δf在自恢复功率指令中的耦合问题，有效提高了储能电池的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种储能SOC恢复控制方法，所述控制方法应用于电池储能参与电网调频控制中的储能SOC恢复控制，所述控制方法包括：
步骤1：计算储能电池当前时刻荷电状态值SOC；
步骤2：通过获取当前时刻的电网频率f以判断储能系统工作模式，其工作原理为，当电网频率在调频死区内时，储能系统工作于SOC恢复模式；当电网频率在调频死区外时，储能系统工作于调频模式；
步骤3：若步骤2中储能系统工作于SOC恢复模式时，通过SOC偏差ΔSOC判断储能系统应该运行的工作状态，其原理如下：
其中，ΔSOC是储能SOC值与恢复参考值SOCref的差值，即ΔSOC＝SOC-SOCref；
步骤4：储能系统采用SOC下垂控制，其输出作为虚拟同步电机(VSG)控制的功率参考，表达式为：
Pref＝KSOCX(Δf)ΔSOC (2)
其中，KSOCX(Δf)为基于Δf正弦函数的下垂系数，且KSOCX(Δf)≥0；
步骤5：储能系统根据步骤4中的功率参考指令控制储能进行SOC的恢复。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述正弦函数的下垂系数KSOCX(Δf)取值与储能系统的工作状态有关，主要分为以下两种情况：
(1)当储能系统工作于充电状态进行SOC恢复时，采用充电下垂系数KSOC1(Δf)，其表达式为：
其中，KSOC-max表示储能电池进行充放电时下垂系数的最大值；Δf表示电网频率f与额定频率fn差值，即Δf＝f-fn；fth-high表示调频死区阈值；
(2)当储能系统工作于放电状态进行SOC恢复时，采用放电下垂系数KSOC2(Δf)，其表达式为：
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明与调频控制相结合，在调频死区内进行SOC恢复控制，且恢复过程中综合考虑维持频率在死区范围内。本发明采用SOC下垂控制输出作为SOC恢复功率指令，其下垂系数是以Δf为变量的正弦函数，且通过储能系统的工作状态来选择充电下垂系数或放电下垂系数。本发明兼顾了调频效果与荷电状态维持效果，使得模型设计简单具有统一的设计规范且综合考虑了SOC和Δf在自恢复功率指令中的耦合问题，有效提高了储能电池的使用寿命。本发明综合考虑了储能SOC维持效果和电网调频需求，满足了现有基于模糊控制和基于一次函数法的SOC恢复控制策略中的需要，形成了简单的设计，兼具统一的设计规范，良好的处理了SOC和Δf在自恢复功率指令中耦合关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中储能SOC恢复模式下的原理图；
图2为本发明实施例中储能进行SOC恢复的工作流程图；
图3为本发明实施例储能SOC恢复模式下基于Δf正弦函数的下垂系数；
图4为本发明实施例600s负荷扰动变化曲线；
图5为本发明实施例基于恢复策略Ⅲ(一次函数法)、正弦函数法下垂控制下频率偏差变化曲线仿真图；
图6为本发明实施例基于恢复策略Ⅲ(一次函数法)、正弦函数法下垂控制下荷电状态变化曲线仿真图。
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、完整的描述，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做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。
本发明的目的是提供一种储能SOC恢复控制方法，储能系统在SOC恢复模式下采用SOC下垂控制，其下垂系数是基于Δf的正弦函数。此控制方法具有下垂系数曲线分段连续，控制模型设计方便具有统一的设计规范且考虑了SOC和Δf在恢复功率指令中耦合问题的优点，使得储能电池在调频死区内进行平滑稳定的SOC恢复，且维持频率依然在死区范围内。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例储能SOC恢复模式下的原理图，当储能系统运行于SOC恢复模式下时，根据储能系统的工作状态选择不同下垂系数进行下垂控制，从而使储能电池充放电，最终实现储能SOC的恢复。
图2为本发明实施例中储能系统进行SOC恢复的工作流程。储能系统运行于SOC恢复模式下时，主要分两种情况进行下垂控制，一种选择KSOC1为充电下垂系数，另一种选择KSOC2为放电下垂系数。储能系统通过下垂控制输出作为后级(VSG)的功率参考在调频死区内进行SOC恢复。
本发明实施例所述的一种储能SOC恢复控制方法，应用于储能电池参与电网调频控制中的储能SOC恢复控制，所述控制方法包括：
步骤1：计算储能电池的当前时刻荷电状态值SOC；
步骤2：通过获取当前时刻的电网频率f以判断储能系统工作模式，其原理是，当电网频率在调频死区内时，储能系统工作于SOC恢复模式；当电网频率在调频死区外时，储能系统工作于调频模式；
步骤3：若步骤2中储能系统工作于SOC恢复模式时，通过SOC偏差ΔSOC判断系统应该运行于的工作状态，其原理如下
其中，ΔSOC是储能SOC值与恢复参考值SOCref的差值，即SOC＝SOC-SOCref；
步骤4：储能系统采用SOC下垂控制，其输出作为虚拟同步电机(VSG)控制的功率参考，表达式为：
Pref＝KSOCX(Δf)ΔSOC (2)
所述出力约束表示，当储能电池荷电状态低于额定荷电状态时，储能电池功率指令为负数，表示储能电池从电网吸收功率，以提高荷电状态；当储能电池荷电状态高于额定荷电状态时，储能电池功率指令为正数，表示储能电池向电网释放功率，以降低荷电状态。
所述基于Δf正弦函数的下垂系数KSOCX(Δf)，其取值与储能系统的工作状态有关，主要分为以下两种情况：
(1)当储能系统工作于充电状态进行SOC恢复时，采用充电下垂系数KSOC1(Δf)，其表达式为：
其中，KSOC-max表示储能电池进行充放电时下垂系数的最大值；Δf表示电网频率f与额定频率fn差值，即Δf＝f-fn；fth-high表示调频死区阈值；
(2)当储能系统工作于放电状态进行SOC恢复时，采用放电下垂系数KSOC2(Δf)，其表达式为：
根据以上实施例所述方法在图3中绘制出了基于Δf正弦函数设计的下垂系数变化曲线，可以看出下垂系数变化曲线在Δf整个范围内光滑、连续。
步骤5：储能系统根据步骤4中的功率参考指令控制储能进行SOC的恢复。
为验证储能SOC恢复策略的有效性，依据本发明所述的基于Δf正弦函数的SOC下垂控制，使电网在600s连续负荷扰动的工况下(如图4所示)，进行储能的SOC恢复仿真验证。同时，为了定量评估所提策略调频效果与SOC维持效果，采用频率偏移度和SOC偏移度作为评价指标，如式(9)与式(10)所示。频率偏移度与SOC偏移度越小，代表频率或SOC的偏离程度越小，也就表示调频效果与SOC维持效果越好。
频率偏移度表达式为：
荷电状态偏移度表达式为：
其中，n表示电网频率和荷电状态采样样本总数；i表示第i次采样；f(i)表示第i次采样频率。SOC(i)表示第i次估算SOC。
可以得到仿真评价结果如表1所示
表1不同调频策略下的频率偏移度与SOC偏移度
在图5中存在一条频率带，这是由于储能电池在频率偏差较小时进入了恢复时段，储能电池在不跌出调频死区的约束下，进行自恢复出力，导致电网频率在调频死区上下限波动，从而形成了频率带，由于恢复策略的引入，储能电池荷电状态质量显著提高，这是因为恢复策略为储能电池准备了更充分的容量来应对下一阶段的调频，本发明的恢复策略，在频率指标和荷电状态性能指标上，也优于基于一次函数的恢复策略Ⅲ，如图6所示。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种储能SOC恢复控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于电池储能参与电网调频控制中的储能SOC恢复控制，所述控制方法包括：
步骤1：计算储能电池当前时刻荷电状态值SOC；
步骤2：通过获取当前时刻的电网频率f以判断储能系统工作模式，其工作原理为，当电网频率在调频死区内时，储能系统工作于SOC恢复模式；当电网频率在调频死区外时，储能系统工作于调频模式；
步骤3：若步骤2中储能系统工作于SOC恢复模式时，通过SOC偏差ΔSOC判断储能系统应该运行的工作状态，其原理如下：
其中，ΔSOC是储能SOC值与恢复参考值SOCref的差值，即ΔSOC＝SOC-SOCref；
步骤4：储能系统采用SOC下垂控制，其输出作为虚拟同步电机(VSG)控制的功率参考，表达式为：
Pref＝KSOCX(Δf)ΔSOC (2)
其中，KSOCX(Δf)为基于Δf正弦函数的下垂系数，且KSOCX(Δf)≥0；
步骤5：储能系统根据步骤4中的功率参考指令控制储能进行SOC的恢复；
所述正弦函数的下垂系数KSOCX(Δf)取值与储能系统的工作状态有关，主要分为以下两种情况：
(1)当储能系统工作于充电状态进行SOC恢复时，采用充电下垂系数KSOC1(Δf)，其表达式为：
其中，KSOC-max表示储能电池进行充放电时下垂系数的最大值；
Δf表示电网频率f与额定频率fn差值，即Δf＝f-fn；fth-high表示调频死区阈值；
(2)当储能系统工作于放电状态进行SOC恢复时，采用放电下垂系数KSOC2(Δf)，其表达式为：
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