CN113964882A - 风储协同参与调频的控制方法及装置 - Google Patents

风储协同参与调频的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风储协同参与调频的控制方法及装置，该方法包括：在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。该方法通过功率输出增量指令与储能功率容量之间的比较，利用风机和储能各自的调频特性，并结合风机的MPPT模式，实现风储的协调配合及优化互补，能够最大化利用调频资源，降低调频成本。

Description

风储协同参与调频的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种风储协同参与调频的控制方法及装置。
背景技术
随着风电、光伏等可再生能源的渗透率不断提高，大容量直流工程持续投运，电网频率安全问题凸显，利用快速响应储能进行一次调频，是确保新形态下电网频率安全问题的有效措施。
当前为风场加装储能设备进行调频的思路得到广泛的应用，但目前主流方案是风机调频或储能调频，均无法实现能源的有效配置，能源利用效率不高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风储协同参与调频的控制方法及装置。
本发明提供一种风储协同参与调频的控制方法，包括：在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：在风机不能切回MPPT模式的情况下，控制储能按最大功率输出提供功率输出增量指令，并提供功率输出增量指令之外的储能功率用于提供风机转子加速。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：在风机能切回MPPT模式的的情况下，根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，在功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，所述方法还包括：根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，所述根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式，包括：在功率输出增量指令与风机额定功率之和，不大于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能切回MPPT模式；在功率输出增量指令与风机额定功率之和，小于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能不能切回MPPT模式。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，所述控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量之前，还包括：根据风机工况数据，从预设的下垂控制系数曲线中，确定对应的目标下垂控制系数；根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值；相应地，控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量时，风机补足的功率不大于所述功率上限值。
根据本发明一个实施例的风储协同参与调频的控制方法，所述根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值之前，还包括：通过仿真，基于不同的风机工况数据、频率偏差值以及风机稳定运行时能提供的补足功率，确定对应的下垂控制系数，并拟合得到所述下垂控制系数曲线。
本发明还提供一种风储协同参与调频的控制装置，包括：第一控制模块，用于在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；第二控制模块，用于在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述风储协同参与调频的控制方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述风储协同参与调频的控制方法的步骤。
本发明提供的风储协同参与调频的控制方法及装置，通过功率输出增量指令与储能功率容量之间的比较，利用风机和储能各自的调频特性，并结合风机的MPPT模式，实现风储的协调配合及优化互补，能够最大化利用调频资源，降低调频成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的风储协同参与调频的控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的风机捕获风能的效率曲线图；
图3是本发明提供的风储协同参与调频的控制方法的流程示意图之二；
图4是本发明提供的下垂控制系数曲线图；
图5是本发明提供的风储协同参与调频的控制装置的结构示意图之一；
图6是本发明提供的风储协同参与调频的控制装置的结构示意图之二；
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
下面结合图1-图7描述本发明的风储协同参与调频的控制方法及装置。图1是本发明提供的风储协同参与调频的控制方法的流程示意图之一，如图1所示，本发明提供风储协同参与调频的控制方法，包括：
101、在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量。
在风速一定的条件下，风机捕获风能的效率如图2所示，显然，在风速一定时，存在对应的转子转速，使得风机可以捕获的风能，即风机机械功率最大，而随着风机转速的升高或降低，风机的机械功能都会下降。因此当风机以转子减速为代价提供增发功率的时候，风机捕获的机械能也会随之减少，导致系统总能量产生额外的损失，此能量损失为：
Eloss＝∫Pw0-Pwm(t)dt
其中，Pw0为风机额定转速时的功率，Pwm为提供增发的功率。而储能不存在这种情况，储能输出的能量，忽略传输损耗的情况下全部用于一次调频，因此储能输出功率不存在额外的能量损失。
本发明基于系统总能量损失最小的原则：
(1)优先使用储能调频，当储能能力达到极限后再考虑风机调频；
(2)风机应尽可能将转速保持在MPPT(最大功率点跟踪)运行点，如有偏离则应争取尽快恢复。
功率输出增量指令为功率输出增量的目标值，首先判断全部使用储能功率容量(PESmax)是否能够单独完成调频指令。若不能，需要风机提供功率增量，有风储共同参与调频，此时为模式1，判断方法为ΔP＞PESmax，ΔP(或者ΔPWS)为功率缺额，或者功率输出增量指令。
102、在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
储能功率容量能够单独完成调频需求，此时继续判断风机所处的状态，即风机能否切回MPPT模式而由储能承担全部调频功率增量。若能，则储能提供功率输出增量指令的同时，还提供风机切回MPPT模式所需的功率。若不能，此时风机无法直接切回MPPT模式，需要储能一方面提供调频所需功率，一方面提供剩余功率给风机使其转子尽可能加速恢复。
本发明提供的风储协同参与调频的控制方法，通过功率输出增量指令与储能功率容量之间的比较，利用风机和储能各自的调频特性，并结合风机的MPPT模式，实现风储的协调配合及优化互补，能够最大化利用调频资源，降低调频成本。
在一个实施例中，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：在风机不能切回MPPT模式的情况下，控制储能按最大功率输出提供功率输出增量指令，并提供功率输出增量指令之外的储能功率用于提供风机转子加速。
若风机不能切回MPPT模式，则储能一部分对功率输出增量指令进行补充，剩下的所以储能功率，全部提供给风机，用于使风机转子加速，以切回MPPT模式，也就使风机转速达到离MPPT模式最近的转速，此时为模式2。本发明实施例中，则根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出，能够最大化利用调频资源，降低调频成本
在一个实施例中，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：在风机能切回MPPT模式的的情况下，根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出。
若风机能切回MPPT模式，则根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出。即储能功率容量在提供功率输出增量指令之外，能够提供风机切回MPPT模式的功率，控制储能提供调频所需功率以及风机切回MPPT模式所需功率，此时为模式3。本发明实施例提供的风储协同参与调频的控制方法，在储能功率容量足够时，可实现风机回到MPPT模式。
在一个实施例中，在功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，所述方法还包括：根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式式。
其中，所述根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式，包括：在功率输出增量指令与风机额定功率之和，不大于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能切回MPPT模式；在功率输出增量指令与风机额定功率之和，小于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能不能切回MPPT模式。
即ΔP+Pw0＞PESmax+Pwmppt时为模式2，ΔP+Pw0＜PESmax+Pwmppt时为模式3。
其中，Pw0为风机额定功率，或者初始状态的功率，Pwmppt为MPPT模式的风机功率。
具体而言，本发明实施例可实现一次调频三种模式的输出设计，如图3所示，包括：
模式1，储能输出达到功率极限，而风机提供功率增量补足功率总指令与储能输出之间的缺额，输出方案为PES＝PESmax；ΔPwe＝ΔP-PESmax。
其中，PES为储能输出功率，ΔPwe为风机输出功率增量。
模式2，储能输出达到功率极限，其中一部分用于提供调频功率增量，另一部分用于为风机提供转子加速，输出方案为PES＝PESmax；ΔPwe＝PESmax-ΔP。
模式3，风机切回MPPT模式，输出功率即为MPPT模式下的功率指令，储能单独承担一次调频任务，输出方案为ΔPwe＝Pwmppt-Pw0；PES＝ΔP-Pwmppt。
在一个实施例中，所述控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量之前，还包括：根据风机工况数据，从预设的下垂控制系数曲线中，确定对应的目标下垂控制系数；根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值；相应地，控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量时，风机补足的功率不大于所述功率上限值。
在一个实施例中，所述根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值之前，还包括：通过仿真，基于不同的风机工况数据、频率偏差值以及风机稳定运行时能提供的补足功率，确定对应的下垂控制系数，并拟合得到所述下垂控制系数曲线。
本发明中当功率增量指令超过储能功率输出上限时，缺额由风机来补足，显然风机的转子动能和功率上限等指标也即调频能力是有限的，如果功率增量指令明显超过了风机、储能调频能力的上限，就会导致风机转速急剧下降，无法维持稳定运行。
因此必须对控制策略的总功率指令进行限制，即对控制策略(无论何种形式)的参数上限进行限制，这里以下垂控制系数K为例。当系统拓扑、故障场景不变时，风机的工况决定了系数K的上限，通过仿真即可得到系数K上限的具体数值，关系如图4所示。
基于上述仿真得到的数据，考虑到保守性，应采取最严重故障场景下的数据，将风机工况w0(角频率)对应最大系数K的数值存入策略表中，在线运行时根据风机工况数据，实时地更新控制策略系数的数值，来保证控制策略与风储实时调频能力相匹配。
下面对本发明提供的风储协同参与调频的控制装置进行描述，下文描述的风储协同参与调频的控制装置与上文描述的风储协同参与调频的控制方法可相互对应参照。
图5本发明提供的风储协同参与调频的控制装置的结构示意图之一，如图5所示，该风储协同参与调频的控制装置包括：第一控制模块501和第二控制模块。其中，第一控制模块501用于在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；第二控制模块502用于在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
图6本发明提供的风储协同参与调频的控制装置的结构示意图之二，如图6所示，在一个装置实施例中，第二控制模块还包括第二子控制模块5022用于在风机不能切回MPPT模式的情况下，控制储能按最大功率输出提供功率输出增量指令，并提供功率输出增量指令之外的储能功率用于提供风机转子加速。
第二控制模块还包括第三子控制模块5023用于在风机能切回MPPT模式的的情况下，根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出。
在一个装置实施例中，第二控制模块502用于：根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式。
在一个装置实施例中，第二控制模块502用于：在功率输出增量指令与风机额定功率之和，不大于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能切回MPPT模式；在功率输出增量指令与风机额定功率之和，小于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能不能切回MPPT模式。
在一个装置实施例中，确定功率输出增量指令是否小于储能功率容量之前，第一控制模块501还用于：根据风机工况数据，从预设的下垂控制系数曲线中，确定对应的目标下垂控制系数；根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值；相应地，控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量时，风机补足的功率不大于所述功率上限值。
在一个装置实施例中，还包括系数曲线存储模块，用于存储下垂控制系数曲线；所述下垂控制系数曲线，通过仿真，基于不同的风机工况数据、频率偏差值以及风机稳定运行时能提供的补足功率，确定对应的下垂控制系数后拟合得到。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的风储协同参与调频的控制装置，通过功率输出增量指令与储能功率容量之间的比较，利用风机和储能各自的调频特性，并结合风机的MPPT模式，实现风储的协调配合及优化互补，能够最大化利用调频资源，降低调频成本。
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行风储协同参与调频的控制方法，该方法包括：在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
此外，上述的存储器703中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的风储协同参与调频的控制方法，该方法包括：在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的风储协同参与调频的控制方法，该方法包括：在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，包括：
在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；
在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
2.根据权利要求1所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：
在风机不能切回MPPT模式的情况下，控制储能按最大功率输出提供功率输出增量指令，并提供功率输出增量指令之外的储能功率用于提供风机转子加速。
3.根据权利要求1所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，所述根据所述功率输出增量指令和风机切回MPPT模式所需功率，分别控制储能输出，包括：
在风机能切回MPPT模式的的情况下，根据功率输出增量指令和提供风机切回MPPT模式的功率，分别控制储能进行相应的输出。
4.根据权利要求2或3所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，在功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，所述方法还包括：
根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式。
5.根据权利要求4所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，所述根据功率输出增量指令、风机额定功率、储能功率容量和风机MPPT模式功率，确定风机能切回MPPT模式，或者不能切回MPPT模式，包括：
在功率输出增量指令与风机额定功率之和，不大于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能切回MPPT模式；
在功率输出增量指令与风机额定功率之和，小于储能功率容量与MPPT模式功率之和的情况下，确定风机能不能切回MPPT模式。
6.根据权利要求1所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，所述控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量之前，还包括：
根据风机工况数据，从预设的下垂控制系数曲线中，确定对应的目标下垂控制系数；
根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值；
相应地，控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量时，风机补足的功率不大于所述功率上限值。
7.根据权利要求6所述的风储协同参与调频的控制方法，其特征在于，所述根据所述目标下垂控制系数和当前频率偏差，确定风机补足功率输出增量指令的功率上限值之前，还包括：
通过仿真，基于不同的风机工况数据、频率偏差值以及风机稳定运行时能提供的补足功率，确定对应的下垂控制系数，并拟合得到所述下垂控制系数曲线。
8.一种风储协同参与调频的控制装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于在功率输出增量指令不小于储能功率容量的情况下，控制储能按最大功率提供功率输出增量，并控制风机补足储能功率容量之外的功率输出增量；
第二控制模块，用于在待补充的功率输出增量指令小于储能功率容量的情况下，根据所述功率输出增量指令和风机切回最大功率点跟踪MPPT模式所需功率，分别控制储能输出。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述风储协同参与调频的控制方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述风储协同参与调频的控制方法的步骤。
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