CN116031969A - 可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，该方法主要包括如下步骤：1)直流侧储能电池在其自身荷电状态(SOC)过充/过放，或者储能电池温度过高时进行系统多模式切换控制；2)风电系统的惯量系数和阻尼/下垂系数随风机转速及直流侧储能电池SOC进行自适应调整，根据惯量‑下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；3)将部分有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。该发明可以计算频率故障场景下所需要风电系统提供的有功功率总量，提升了风电系统的一次调频控制效果，保障了风电系统中风机和直流侧储能电池的健康安全运行。

Description

可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法

技术领域

本申请涉及新能源控制技术领域，尤其涉及一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法。

背景技术

随着新能源风力发电渗透率的提升，电网将面临频率波动、惯性响应不足等挑战。首先，当前的新能源往往依赖电力电子设备进行并网，失去了传统同步机的惯量支撑特性；其次，新能源本身存在不确定性和震荡性的问题，而且为了满足经济效益最大化往往采用最大功率追踪控制，导致新能源无法实时参与系统的频率支撑调节。近年来，可以快速、精确地控制系统功率输出特性的储能电池逐渐成为电力系统调频的重要辅助手段。同时，储能电池成本的不断降低，也使得一系列促进储能发展的政策相继出台。在这种背景下，亟待对储能电池等辅助资源和新能源发电的协同运行和调频控制策略进行研究，增强储能电池参与电力系统频率主动支撑的可行性。

对于风电机组的惯量控制方法，主要有基于频率响应的附加功率给定控制和基于虚拟同步机的电压源型控制。前者是指在原有逆变器最大功率跟踪控制的基础上，引入电网频率的微分偏差，生成功率附加量，叠加后生成功率参考值，其变流器本质上仍为电流源特性；后者的基本思想是在逆变器控制中引入同步电机的机电暂态方程，从而模拟同步电机的惯性、阻尼特性，属于典型的电压源型控制模式。加装储能设备可以解决新能源长期预留备用容量所造成的经济损失，同时也可以抑制风电机组电压波动并提供惯性响应和频率支撑。

为了最大化地利用风能，风机通常工作在最大功率追踪模式，没有额外的备用功率参与系统频率调节。随着风机大规模地并入电网，取代了部分具有调频能力的火电机组，导致系统整体惯性降低，无法满足电网的调频要求。当储能电池SOC过充/过放，以及温度过高时，储能电池继续工作会造成电池设备损伤。传统电力系统频率支撑方法中的惯量系数往往采用固定值，容易导致在风电系统在不同频率故障场景下惯量控制和下垂控制可能会出现相互冲突的效果。此外，传统方法中风电机组和储能电池参与一次调频时系统的阻尼/下垂系数近似于线性变化，一方面容易导致风电机组在设定转速区间难以输出最优功率，以及储能电池SOC在正常工作到电池容量一半附近时电池出力明显不足的问题，另一方面，难以实现兼顾风电机组转速、储能电池SOC恢复需求和火电机组运行状态的协调控制。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本申请实施例的目的是提供一种方法及装置、电子设备，以解决相关技术中存在的储能电池SOC过充/过放、温度过高时继续工作带来的电池设备损伤，以及风电系统中惯量系数、阻尼/下垂系数不合理设置所带来的技术问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，包括：

S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

S6：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

S7：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制装置，包括：

采集模块，用于采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

第一判断模块，用于判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

第二判断模块，用于判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

第三判断模块，用于判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

调整恢复模块，用于当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

计算模块，用于对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

控制模块，用于根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请针对储能电池SOC过充/过放，以及温度过高的情况下继续工作可能对电池本身带来损伤的问题，采用一种多模式切换的控制策略，从而克服储能电池在非正常运行模式下持续工作可能带来的不利影响，实现提升储能电池健康运行的效果。此外，本申请针对传统风电系统中惯量系数和阻尼/下垂系数不合理设置所带来的问题，采用惯量系数和阻尼/下垂系数自适应调整的控制策略，从而克服风电系统在不同频率故障场景下惯量控制和下垂控制可能会出现相互冲突，以及难以兼顾风电机组转速、储能电池自身出力及SOC恢复需求和火电机组运行状态的协调控制，实现提升风电系统一次调频的控制效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种装置正常运行状态下的系统协同控制框图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种装置在储能电池过充/过放状态下的系统协同控制框图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种装置温度过高状态下的系统协同控制框图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种装置的惯量系数和阻尼/下垂系数的自适应调整控制框图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种装置在频率故障场景下的上单边场景的一次调频性能试验结果。

图7是根据一示例性实施例示出的一种装置在频率故障场景下的下单边场景的一次调频性能试验结果。

图8是根据一示例性实施例示出的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法装置框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。

图1是根据一示例性实施例示出的一种提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法的流程图；如图1所示，该方法包括如下步骤：

S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

S6：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

S7：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

由上述实施例可知，本申请通过解决了储能电池SOC过高/过低，以及温度过高的情况下继续工作可能对电池本身带来损伤的问题，以及解决了传统风电系统中惯量系数和阻尼/下垂系数不合理设置所带来的问题，从而克服储能电池在非正常运行模式下持续工作可能带来的不利影响，实现提升储能电池健康运行的效果。同时，克服风电系统在不同频率故障场景下惯量控制和下垂控制可能会出现相互冲突，以及难以兼顾风电机组转速、储能电池自身出力及SOC恢复需求和火电机组运行状态的协调控制，实现提升风电系统一次调频的技术效果。

图2是根据一示例性实施例示出的一种装置正常运行状态下的系统协同控制框图。风电机组通过背靠背转换器和LCL滤波器连接到由火电机组构成的交流电网，风机侧逆变器采用最大功率点追踪控制策略实时监测风速，获取最大输出功率的参考值；电网侧逆变器采用虚拟同步机控制，由虚拟惯量控制和虚拟励磁控制组成。

风机侧逆变器的控制策略，采用最大功率点追踪控制策略实时检测风速，获取参考最大输出功率，输出功率给定值P_MPPT函数如下所示：

其中kg为控制系数。

q轴定子电流的给定值通过输出功率给定值P_MPPT和风电机组的有功输出功率P_WT做差后通过PI控制器获得，d轴定子电流的给定值由用户直接给定。q轴和d轴的调制电压通过PI控制器和空间矢量调制计算得出，从而对风机侧逆变器进行控制。

电网侧逆变器的控制策略，电网侧逆变器采用虚拟同步机控制策略，对外表现出同步机的特性，为电网提供频率和电压支撑。虚拟同步机控制策略包括虚拟惯量控制和虚拟励磁控制。虚拟惯量控制可以代替锁相环来实现系统的自同步，并且可以在频率变化时提供有功功率。虚拟励磁控制可以在电压跌落时向电网提供无功功率支撑，并在电压升高时吸收电网中多余的无功功率。

逆变器直流侧DC/DC的控制策略，通过引入储能电池来稳定直流母线电压。所用到的DC/DC转换器为Buck-Boost电路，通过直流电压-电流的双闭环来维持直流母线电压的稳定。当风电机组的输出有功功率P_WT大于输出有功功率P_g时，储能电池将吸收多余的能量进行存储，反之则将输出一部分存储的能量来弥补直流母线电压的不足。

在S1的具体实施中：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度，具体包括以下步骤：

S101，采集所述当前时刻的电网频率及直流侧储能电池SOC；

S102，取所述直流侧储能电池的持续工作时间为Δt，根据拟合法来计算所述直流侧储能电池温度T_BESS，如下所示：

式中，K₀、K₁、K₂、K₃为和温度相关的储能循环寿命系数，K_T为电热比系数，T_c为温度值，τ为冷却时间系数，ΔP_BESS为所述储能电池输出的有功功率。

在S2的具体实施中：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间，具体包括以下步骤：

S201，建立f1_high，f1_low，f2_high，f2_low这四个点，满足f2_low<f1_low<0<f1_high<f2_high，其中f1_low到f1_high之间的范围即为所述频率调节阈值；

具体地，相对于储能电池而言，火电机组输出功率精度较低，频率响应延迟较高。针对已有研究中默认储能电池与火电机组两者在一次调频死区边界相同的问题，本发明对系统调频死区边界进行了重新设定，其中，f1_high＝0.033Hz，f1_low＝-0.033Hz，f2_high＝0.06Hz，f2_low＝-0.06Hz。这样可以充分发挥储能电池暂态特性好的优势，减少火电机组的调频次数。

S202，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果大于等于f1_low且小于等于f1_high，则认为所述风电系统处于频率正常场景；

S203，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f1_high且小于等于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边可调场景；

S204，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边危险场景；

S205，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于等于f2_low且小于f1_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边可调场景；

S206，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果小于f2_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边危险场景；

S207，建立SOC1，SOC2，SOC3，SOC4，SOC5，SOC6这六个点，满足0<SOC1<SOC2<SOC3<0.5<SOC4<SOC5<SOC6<1，其中SOC3到SOC4之间的范围即为所述SOC合理区间；

具体地，SOC1＝0.1，SOC2＝0.3，SOC3＝0.4，SOC4＝0.6，SOC5＝0.7，SOC6＝0.9，为令储能设备在参与系统调频的同时，可有效管理荷电状态以延长设备使用寿命，本章提出一种储能多状态有功控制策略，用于控制不同系统频率与荷电状态下的储能有功出力。

S208，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC小于SOC1，则认为所述储能电池处于下限区间；

S209，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC1且小于SOC2，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的次优状态；

S210，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC2且小于SOC3，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的最优状态；

S211，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC3且小于等于SOC4，则认为所述储能电池处于SOC合理区间；

S212，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC4且小于等于SOC5，则认为所述储能电池处于过SOC区间的最优状态；

S213，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC5且小于等于SOC6，则认为所述储能电池处于过SOC区间的次优状态；

S214，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC6，则认为所述储能电池处于上限区间。

在S3的具体实施中：判断所述直流侧储能电池SOC是否超过上限/下限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电，具体包括以下步骤：

图3是根据一示例性实施例示出的一种装置在储能电池过充/过放状态下的系统协同控制框图。相较于图2，图3中将逆变器直流侧储能电池的控制信号进行了调整：当储能电池SOC处于过充的状态时，执行恒流放电控制；当储能电池SOC处于过放的状态时，执行恒流充电控制。

S301，所述直流侧储能电池SOC正常运行状态：当所述直流侧储能电池没有处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压稳定；

S302，所述直流侧储能电池SOC过充/过放状态：当所述直流侧储能电池处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式来维持直流母线电压稳定，直流侧逆变器切换为恒流放电/充电模式来释放/恢复储能电池的电量；

具体地，当电网侧逆变器切换到矢量控制模式进行稳压处理后，逆变器直流侧储能电池只进行自身SOC的状态恢复，不参与辅助调频。一旦风电系统发生频率波动，由风电机组提供频率支撑。这种切换模式可以保证风电系统在提供频率支撑的同时，最大程度保证储能电池的健康运行。

S303，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量-下垂控制计算得出。

图4是根据一示例性实施例示出的一种装置温度过高状态下的系统协同控制框图。相较于图2，当储能电池温度过高时，切除逆变器直流侧储能逆变器的控制信号，中止储能电池的工作，进行电池的降温处理。

在S4的具体实施中：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温，具体包括以下步骤：

S401，所述直流侧储能电池温度正常状态：如果直流侧储能电池温度小于温度上限值，此时所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压的稳定；

S402，所述直流侧储能电池温度过高状态：如果直流侧储能电池温度大于等于温度上限值，切断所述直流侧储能电池的逆变器控制信号，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式以维持直流母线电压稳定，所述直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

具体地，当电网侧逆变器切换到矢量控制模式进行稳压处理后，逆变器直流侧储能电池停止工作，进入降温状态。一旦风电系统发生频率波动，由风电机组提供频率支撑。这种切换模式可以保证风电系统在提供频率支撑的同时，最大程度保证储能电池的健康运行。

S403，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量-下垂控制计算得出。

图5是根据一示例性实施例示出的一种装置的惯量系数和阻尼/下垂系数的自适应调整控制框图。

在S5的具体实施中：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复，具体包括以下步骤：

S501，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘非负，所述风电系统的惯量系数J设定为初始值J_ini，即：J＝J_ini；

S502，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘为负，所述风电系统的惯量系数J如下式所示：

J＝J_ini-ΔJ

式中，ΔJ为惯量系数的变化量；

具体地，通过对所述不同频率故障场景下所述风电系统的惯量系数进行自适应调整，可以避免风电机组和储能电池下垂控制出力与惯性控制出力相反，从而相互叠加减小所述风电系统输出功率的不利情况，提升了所述风电系统的一次调频能力。

S503，当所述风电系统处于频率故障场景时，在同一风速的情况下，所述风电系统的风机阻尼/下垂系数K_WT的转速自适应调整具体如下式：

S5031，如果所述风电系统处于所述频率正常场景，此时所述风电系统的风机阻尼/下垂系数为初始设定值K_{WT_ini}；

S5032，如果所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调和危险场景，所述风机进行超速减载，对应的阻尼/下垂系数K_{WT_speed}可以根据所述风机的转速最高值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K_{WT_speed}关于风机转速的下垂曲线；

具体地，本发明中在同一风速情况下，风电机组的运行转速区间为最大功率追踪点对应的最优转速的0.8到1.2之间。当所述风电机组处于超速减载运行状态时，设定的转速运行区间为1到1.2，则对应的阻尼/下垂系数K_speed(ω_r)为：K_speed(ω_r)＝K_{WT_ini}+(-K_{WT_ini}×Δω)/0.2。

通过对超速减载运行状态下风机的阻尼/下垂系数进行自适应调整，可以保证风电机组在转速接近于最优转速时提供更多的功率支撑，同时当风电机组的转速逐渐增大的过程中，逐渐减小所需要提供的功率支撑，避免造成风机转速的进一步增大从而接近临界值的不利影响。

S5033，如果所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差小于频率调节阈值范围，所述风机进行减速释能，对应的阻尼/下垂系数K_{WT_slow}可以根据所述风机的转速最低值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K_{WT_slow}关于风机转速的下垂曲线；

具体地，对应的阻尼系数K_slow(ω_r)为：

K_slow(ω_r)＝K_{WT_ini}+(K_{WT_ini}×Δω)/0.2；

通过对减速释能运行状态下风机的阻尼/下垂系数进行自适应调整，可以保证风电机组在转速接近于最优转速时提供更多的功率支撑，同时当风电机组的转速逐渐减小的过程中，逐渐减小所需要提供的功率支撑，避免造成风机转速的进一步减小从而接近临界值的不利影响。。

S504，当所述风电系统处于频率故障场景时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_PFR分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S5041，处于充电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_{PFR_cha}具体如下所示：

S50411，若所述储能电池处于所述欠SOC区间和SOC合理区间时，K_{PFR_cha}为初始最大设定值K_{PFR_max}；若储能电池处于上限区间，K_{PFR_cha}设定为0；

具体地，若0.1≤SOC<0.6，K_{PFR_cha}＝K_{PFR_max}；若SOC>0.9，K_{PFR_cha}＝0。

S50412，若所述储能电池处于所述过SOC区间时，建K_{PFR_cha}关于SOC的单调递减函数；

具体地，若0.6≤SOC≤0.9，K_{PFR_cha}＝-(SOC+K_{PFR_charge_a})^(1/3)+K_{PFR_charge_b}；

通过基于所述储能电池SOC进行储能电池阻尼/下垂系数K_{PFR_cha}的非线性自适应调整，可以实现储能电池在接近SOC合理区间时输出较大的功率，在远离SOC合理区间时逐渐减小输出的功率，在为所述风电系统提供频率支撑的前提下提升自身健康运行的能力。

S5042，处于放电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_PFR＝K_{PFR_dis}；

S50421，若所述储能电池处于所述下限区间时，K_{PFR_dis}设定为0；若所述储能电池处于过SOC区间和SOC合理区间时，K_{PFR_dis}为初始最大设定值K_{PFR_max}；

具体地，若SOC<0.1，K_{PFR_dis}＝0；若0.4≤SOC≤0.9，K_{PFR_dis}＝K_{PFR_max}。

S50422，若所述储能电池处于所述欠SOC区间时，构建K_{PFR_dis}关于SOC的单调递增函数。

具体地，若0.1≤SOC<0.4，K_{PFR_dis}＝(SOC+K_{PFR_charge_c})³+K_{PFR_charge_d}；

式中，K_{PFR_max}为一次调频控制出力系数K_PFR的最大值，K_{PFR_charge_a}，K_{PFR_charge_b}为充电状态下，根据(SOC,K_PFR)为(0.6，K_{PFR_max})和(0.9,0)两组参数联合求解；同样的，K_{PFR_charge_c}，K_{PFR_charge_d}为放电状态下，根据(SOC,K_PFR)为(0.1，0)和(0.4,K_{PFR_max})两组参数联合求解的。

通过基于所述储能电池SOC进行储能电池阻尼/下垂系数K_{PFR_cha}的非线性自适应调整，可以实现储能电池在接近SOC合理区间时输出较大的功率，在远离SOC合理区间时逐渐减小输出的功率，在为所述风电系统提供频率支撑的前提下提升自身健康运行的能力。

S505，当所述风电系统处于频率正常场景或频率故障场景时，所述直流侧储能电池SOC恢复出力系数K_RSOC分为充电状态和放电状态，满足K_RSOC＝K_{RSOC_re}×K_{RSOC_f}，其中K_{RSOC_re}和K_{RSOC_f}分别为所述储能电池的自身状态系数和调频指标系数，具体如下所示：

S5051，当所述储能电池的自身状态系数K_{RSOC_re}满足K_{RSOC_re}＝K_{RSOC_re_ini}×SOC，分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S50511，处于充电状态时，K_{RSOC_re_ini}＝K_{RSOC_cha}；

S505111，若所述储能电池处于所述下限区间，K_{RSOC_cha}为初始最大设定值K_{RSOC_re_max}的相反数；若SOC处于SOC合理区间和过SOC区间，K_{RSOC_cha}设定为0；

具体地，若SOC<0.1，K_{RSOC_cha}＝-K_{RSOC_re_max}；若SOC>0.4，K_{RSOC_cha}＝0。

S505112，若所述储能电池处于所述欠SOC区间的次优状态，构建K_{RSOC_cha}关于SOC的单调递增函数；

具体地，若0.1≤SOC<0.3，K_{RSOC_cha}＝(SOC-K_{RSOC_re_a})³+K_{RSOC_re_b}；

通过基于所述储能电池SOC进行储能电池恢复出力系数K_{RSOC_cha}的非线性自适应调整，可以实现储能电池在远离SOC合理区间时以较大的输出功率快速恢复自身SOC，在接近SOC合理区间时逐渐减小恢复自身SOC的动作，提升储能电池恢复自身SOC的控制调节能力。

S505113，若所述储能电池处于所述欠SOC区间的最优状态，构建K_{RSOC_cha}关于SOC的下垂曲线；

具体地，若0.3≤SOC≤0.4，K_{RSOC_cha}＝-(K_{RSOC_re_lim_down}/0.1)×SOC+K_{RSOC_re_c}；通过基于所述储能电池SOC进行储能电池恢复出力系数K_{RSOC_cha}的线性下垂曲线的自适应调整，可以实现储能电池在接近SOC合理区间的范围内均衡输出功率从而恢复自身SOC的效果，提升储能电池恢复自身SOC的控制调节能力。

S50512，处于放电恢复状态时，K_{RSOC_re_ini}＝K_{RSOC_dis}；

S505121，若所述储能电池处于所述欠SOC区间和合理区间，K_{RSOC_dis}设定为0；若所述储能电池处于所述上限区间，K_{RSOC_dis}设定为最大值K_{RSOC_re_max}；

具体地，若SOC<0.6，K_{RSOC_dis}＝0；若SOC>0.9，K_{RSOC_dis}＝K_{RSOC_re_max}。

S505122，若所述储能电池处于所述过SOC区间的次优状态，构建K_{RSOC_dis}关于SOC的单调递增函数；

具体地，若0.7≤SOC≤0.9，K_{RSOC_dis}＝(SOC-K_{RSOC_re_e})³+K_{RSOC_re_f}；

通过基于所述储能电池SOC进行储能电池恢复出力系数K_{RSOC_dis}的非线性自适应调整，可以实现储能电池在远离SOC合理区间时以较大的输出功率快速恢复自身SOC，在接近SOC合理区间时逐渐减小恢复自身SOC的动作，提升储能电池恢复自身SOC的控制调节能力。

S505123，若所述储能电池处于所述过SOC区间的最优状态，构建K_{RSOC_dis}关于SOC的下垂曲线；

具体地，若0.6≤SOC<0.7，K_{RSOC_dis}＝(K_{RSOC_re_lim_up}/0.1)×SOC+K_{RSOC_re_d}；

式中，K_{RSOC_re_max}为K_{RSOC_re_ini}的最大值，K_{RSOC_re_lim_down}为充电恢复状态SOC＝0.3时对应的K_{RSOC_re_ini}的数值(设定为-K_{RSOC_re_max}的五分之一)，K_{RSOC_re_a}，K_{RSOC_re_b}，K_{RSOC_re_c}为充电恢复状态下，根据(SOC,K_{RSOC_re})为(0.1,-K_{RSOC_re_max})，(0.3,K_{RSOC_re_lim_down})，以及(0.4,0)三组参数联合求解；同样的，K_{RSOC_re_lim_up}为放电恢复状态SOC＝0.7时对应的K_{RSOC_re_ini}的数值(设定为K_{RSOC_re_max}的五分之一)，K_{RSOC_re_d}，K_{RSOC_re_e}，K_{RSOC_re_f}为放电恢复状态下，根据(SOC,K_{RSOC_re})为(0.6,0)，(0.7,K_{RSOC_re_lim_up})，以及(0.9,K_{RSOC_re_max})三组参数联合求解。

通过基于所述储能电池SOC进行储能电池恢复出力系数K_{RSOC_dis}的线性下垂曲线的自适应调整，可以实现储能电池在接近SOC合理区间的范围内均衡输出功率从而恢复自身SOC的效果，提升储能电池恢复自身SOC的控制调节能力。

S5052，所述直流侧储能电池的调频指标系数K_{RSOC_f}，分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S50521，处于充电状态时，K_{RSOC_f}＝K_{RSOC_fcha}。

S505211，当所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边紧急场景时，K_{RSOC_fcha}设定为0；当所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调场景或危险场景时，K_{RSOC_fcha}设定为最大值K_{RSOC_f_max}；

具体地，设定Δf为所述当前时刻的电网频率和理想电网频率的偏差。当Δf≤-0.06Hz时，K_{RSOC_fcha}＝0；当Δf≥0.033Hz时，K_{RSOC_fcha}＝K_{RSOC_f_max}。

S505212，当所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边可调场景时，构建K_{RSOC_fcha}关于所述频率偏差的单调递增函数；

具体地，当-0.06Hz≤Δf≤-0.033Hz时，K_{RSOC_fcha}＝K_{RSOC_f_ini_a}×(Δf+0.06)²当所述频率偏差脱离调频死区时，说明电网调频功率可能不足，因此充电系数K_{RSOC_fcha}随频率的恶化而逐渐减小，以缓解火电机组的频率调节的压力。当Δf变化至死区边界-0.033Hz时，使充电系数K_{RSOC_fcha}被迫为零，这是由于在死区内，所述储能电池的重构充电功率不能使得频率跌出死区，增加火电机组额外的调频次数，最后并随着频率的增加开始平稳地增大到最大值。

S505213，当所述风电系统处于所述频率正常场景时，构建K_{RSOC_fcha}关于所述频率偏差的单调递增函数；

具体地，当-0.033Hz≤Δf≤0.033Hz Hz时，可以得到K_{RSOC_fcha}＝K_{RSOC_f_ini_b}×(Δf)³+(K_{RSOC_f_max})/2；

当系统频率变化在调频死区内时，说明电网调频功率比较充足，因此充电系数K_{RSOC_fcha}随频率的变化进行自适应调整，可以实现所述储能电池在调频死区范围内的自身SOC恢复。

S50522，处于放电状态时，K_{RSOC_f}＝K_{RSOC_fdis}；

S505221，当所述风电系统处于频率故障场景的下单边危险场景和可调场景时，K_{RSOC_fdis}设定为最大值K_{RSOC_f_max}；当所述风电系统处于频率故障场景的上单边紧急场景时，K_{RSOC_fdis}设定为0；

具体地，当Δf≤-0.033Hz时，K_{RSOC_fdis}＝K_{RSOC_f_max}；当Δf≥0.06Hz时，K_{RSOC_fdis}＝0。

S505222，当所述风电系统处于频率故障场景的上单边可调场景时，构建K_{RSOC_fdis}关于所述频率偏差的单调递减函数；

具体地，当0.033Hz≤Δf≤0.06Hz时，K_{RSOC_fdis}＝K_{RSOC_f_ini_d}×(Δf-0.06)²；

当系统频率变化脱离死区时，说明电网调频功率可能不足，因此放电系数K_{RSOC_fdis}随频率的恶化而逐渐减小，以缓解火电机组的频率调节的压力。当Δf变化至死区边界时，使放电系K_{RSOC_fdis}被迫为零，这是由于在死区内，电池储能的重构放电功率不能使得频率跌出死区，增加常规机组额外的调频次数，最后并随着频率的增加开始平稳地增大到最大值。

S505223，当所述风电系统处于所述频率正常场景时，构建K_{RSOC_fdis}关于所述频率偏差的单调递减函数。

具体地，当-0.033Hz≤Δf≤0.033Hz时，可以得到K_{RSOC_fdis}＝-K_{RSOC_f_ini_c}×(Δf)³+(K_{RSOC_f_max})/2；

式中，K_{RSOC_f_max}为K_{RSOC_f}的最大值，K_{RSOC_f_ini_a}，K_{RSOC_f_ini_b}为充电恢复状态下，根据(Δf,K_{RSOC_f})为(-0.06,0)，(-0.033,K_{RSOC_f_max})，以及(0.033,K_{RSOC_f_max})三组参数联合求解；同样的，K_{RSOC_f_ini_c}，K_{RSOC_f_ini_d}为充电恢复状态下，根据(Δf,K_{RSOC_f})为(-0.033,K_{RSOC_f_max})，(0.033,K_{RSOC_f_max})，以及(0.06,0)三组参数联合求解。

当系统频率变化在调频死区内时，说明电网调频功率比较充足，因此放电系数K_{RSOC_fdis}随频率的变化进行自适应调整，可以实现所述储能电池在调频死区范围内的自身SOC恢复。

在S6的具体实施中：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量，具体包括以下步骤：

S601，所述直流侧储能电池在其处于所述上限和下限区间之间的范围内参与一次调频，具体如下所示：

S6011，若所述风电系统处于所述频率正常场景，此时，K_BESS＝K_RSOC，K_WT＝0，具体如下所示：

S60111，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60112，如果所述直流侧储能电池处于所述欠SOC区间且所述频率偏差为正，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；否则K_RSOC＝-K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60113，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间且所述频率偏差为正，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；否则K_RSOC＝-K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S6012，若所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调场景，此时，K_BESS＝K_RSOC-K_{PFR_cha}，K_WT＝K_{WT_speed}，具体如下所示：

S60121，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60122，如果所述直流侧储能电池处于所述欠SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60123，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_dis}×K_{RSOC_fdis}；

S6013，若所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边紧急场景，此时，K_BESS＝-K_{PFR_cha}，K_WT＝K_{WT_speed}。

S6014，若所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边可调场景，此时，K_BESS＝-K_RSOC-K_{PFR_dis}，K_WT＝K_{WT_slow}，具体如下所示：

S60141，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60142，如果所述直流侧储能电池处于所处欠SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60143，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_dis}×K_{RSOC_fdis}；

S6015，若所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边紧急场景，此时，K_BESS＝-K_{PFR_dis}，K_WT＝K_{WT_slow}；

具体地，通过对所述风电系统的风电机组和储能电池在不同频率故障场景及所述储能电池SOC的情况下进行阻尼/下垂系数的拟合调整，实现了兼顾风电机组和储能电池的运行状态进行调频控制。

S602，当所述风电系统的风机和储能电池根据所述电网频率偏差及自身运行状况分别进行所述阻尼/下垂系数的自适应调整后，将自适应调整后的系数进行加权求和得到所述风电系统的阻尼/下垂系数D，具体如下所示：

D＝αK_BESS+βK_WT+K_sys

式中，K_sys是阻尼/下垂系数的初始值，α和β是平衡所述储能电池和风机各自阻尼/下垂系数的权重因子。

具体地，通过将所述风电系统中的风电机组和储能电池分别进行自适应调整后的阻尼/下垂系数进行加权调整，可以兼顾风电机组和储能电池的运行状态进行调频控制。既保证了一次调频的基本控制目标，同时也提升了风电机组和储能电池的健康运行效果。

图6和图7分别是根据一示例性实施例示出的一种装置在频率故障场景下的上单边/下单边场景的一次调频性能仿真结果。图6和7所示波形从上到下依次为所述风电系统直流侧母线电压、所述系统频率和所述风电机组转速。可以看出在频率故障场景的上单边场景中，在2.5s时刻所述风电系统负荷突减，此时频率上升，通过本发明所提方法，将所述风电系统需要提供的有功功率分配到风机侧，通过风电机组超速减载实现频率恢复，同时依靠所述储能电池实现逆变器直流侧母线电压稳定；同理，在频率故障场景的下单边场景中，在2.5s时刻所述风电系统负荷突增，此时频率下跌，通过本发明所提方法，将所述风电系统需要提供的有功功率分配到风机侧，通过风电机组减速释能实现频率恢复，同时依靠所述储能电池实现逆变器直流侧母线电压稳定。

在S7的具体实施中：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制，具体包括以下步骤：

S701，在所述频率故障场景下对所述风电系统进行有功功率总量分配时，建立所述风电系统的有功功率总量分配模型，包括：目标函数和约束条件，其中目标函数为所述风电系统风机和储能电池的内损成本、风机备用风险成本以及储能电池的老化成本的相加求和；所述风电系统的有功功率总量分配模型中的约束条件需要满足所述直流侧储能电池SOC的限制，以及所述风机的功率限制；

具体地，目标函数C_obj如下所示：

C_obj＝C_WTloss+C_BESSloss+C_WTrisk+C_BESSdeg

式中，C_WTloss，C_BESSloss，C_WTrisk，C_BESSdeg分别为风机的内损成本、储能电池的内损成本、风机备用风险成本以及储能电池的老化成本。

S702，将所述风电系统需要提供的有功功率总量分配到风机，生成风机的调度指令，进行风机的变功率点跟踪控制。

与前述的信息显示方法的实施例相对应，本申请还提供了信息显示装置的实施例。

图8是根据一示例性实施例示出的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法装置框图。参照图8，该装置包括：

采集模块1，用于采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

第一判断模块2，用于判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

第二判断模块3，用于判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

第三判断模块4，用于判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

调整恢复模块5，用于当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

计算模块6，用于对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

控制模块7，用于根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。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申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的一种用于提升风力发电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法。

相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述的一种用于提升风力发电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，包括：

S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

S6：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

S7：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

2.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S1：采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度，具体包括以下步骤：

S101，采集所述当前时刻的电网频率及直流侧储能电池SOC；

S102，取所述直流侧储能电池的持续工作时间为Δt，根据拟合法来计算所述直流侧储能电池温度T_BESS，如下所示：

式中，K₀、K₁、K₂、K₃为和温度相关的储能循环寿命系数，K_T为电热比系数，T_c为温度值，τ为冷却时间系数，ΔP_BESS为所述储能电池输出的有功功率。

3.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S2：判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间，具体包括以下步骤：

S201，建立f1_high，f1_low，f2_high，f2_low这四个点，满足f2_low<f1_low<0<f1_high<f2_high，其中f1_low到f1_high之间的范围即为所述频率调节阈值；

S202，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果大于等于f1_low且小于等于f1_high，则认为所述风电系统处于频率正常场景；

S203，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f1_high且小于等于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边可调场景；

S204，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于f2_high，则认为所述风电系统处于频率故障场景的上单边危险场景；

S205，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果大于等于f2_low且小于f1_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边可调场景；

S206，判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差，如果小于f2_low，则认为所述风电系统处于频率故障场景的下单边危险场景；

S207，建立SOC1，SOC2，SOC3，SOC4，SOC5，SOC6这六个点，满足0<SOC1<SOC2<SOC3<0.5<SOC4<SOC5<SOC6<1，其中SOC3到SOC4之间的范围即为所述SOC合理区间；

S208，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC小于SOC1，则认为所述储能电池处于下限区间；

S209，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC1且小于SOC2，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的次优状态；

S210，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC2且小于SOC3，则认为所述储能电池处于欠SOC区间的最优状态；

S211，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于等于SOC3且小于等于SOC4，则认为所述储能电池处于SOC合理区间；

S212，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC4且小于等于SOC5，则认为所述储能电池处于过SOC区间的最优状态；

S213，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC5且小于等于SOC6，则认为所述储能电池处于过SOC区间的次优状态；

S214，判断所述直流侧储能电池SOC，若SOC大于SOC6，则认为所述储能电池处于上限区间。

4.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S3：判断所述直流侧储能电池SOC是否超过上限/下限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电，具体包括以下步骤：

S301，所述直流侧储能电池SOC正常运行状态：当所述直流侧储能电池没有处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压稳定；

S302，所述直流侧储能电池SOC过充/过放状态：当所述直流侧储能电池处于所述上限/下限区间时，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式来维持直流母线电压稳定，直流侧逆变器切换为恒流放电/充电模式来释放/恢复储能电池的电量；

S303，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量-下垂控制计算得出。

5.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S4：判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温，具体包括以下步骤：

S401，所述直流侧储能电池温度正常状态：如果直流侧储能电池温度小于温度上限值，此时所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器运行在虚拟同步机控制模式，通过所述直流侧储能电池来维持直流母线电压的稳定；

S402，所述直流侧储能电池温度过高状态：如果直流侧储能电池温度大于等于温度上限值，切断所述直流侧储能电池的逆变器控制信号，所述风电系统的风机侧逆变器工作在基于MPPT的矢量控制模式，电网侧逆变器切换到矢量控制模式以维持直流母线电压稳定，所述直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

S403，当所述风电系统的风机侧和电网侧逆变器都采用矢量控制时，在所述频率故障场景下，风电系统提供的有功功率总量通过惯量-下垂控制计算得出。

6.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S5：当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复，具体包括以下步骤：

S501，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘非负，所述风电系统的惯量系数J设定为初始值J_ini，即：J＝J_ini；

S502，当所述风电系统处于频率故障场景时，若电网频率的变化率和电网频率的偏差相乘为负，所述风电系统的惯量系数J如下式所示：

J＝J_ini-ΔJ

式中，ΔJ为惯量系数的变化量；

S503，当所述风电系统处于频率故障场景时，在同一风速的情况下，所述风电系统的风机阻尼/下垂系数K_WT的转速自适应调整具体如下式：

S5031，如果所述风电系统处于所述频率正常场景，此时所述风电系统的风机阻尼/下垂系数为初始设定值K_{WT_ini}；

S5032，如果所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调和危险场景，所述风机进行超速减载，对应的阻尼/下垂系数K_{WT_speed}可以根据所述风机的转速最高值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K_{WT_speed}关于风机转速的下垂曲线；

S5033，如果所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差小于频率调节阈值范围，所述风机进行减速释能，对应的阻尼/下垂系数K_{WT_slow}可以根据所述风机的转速最低值所对应的阻尼/下垂系数值以及风机在MPPT点转速值所对对应的阻尼/下垂系数值来构建K_{WT_slow}关于风机转速的下垂曲线；

S504，当所述风电系统处于频率故障场景时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_PFR分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S5041，处于充电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_{PFR_cha}具体如下所示：

S50411，若所述储能电池处于所述欠SOC区间和SOC合理区间时，K_{PFR_cha}为初始最大设定值K_{PFR_max}；若储能电池处于上限区间，K_{PFR_cha}设定为0；

S50412，若所述储能电池处于所述过SOC区间时，构建K_{PFR_cha}关于SOC的单调递减函数；

S5042，处于放电状态时，所述直流侧储能电池的阻尼/下垂系数K_PFR＝K_{PFR_dis}；

S50421，若所述储能电池处于所述下限区间时，K_{PFR_dis}设定为0；若所述储能电池处于过SOC区间和SOC合理区间时，K_{PFR_dis}为初始最大设定值K_{PFR_max}；

S50422，若所述储能电池处于所述欠SOC区间时，构建K_{PFR_dis}关于SOC的单调递增函数。

S505，当所述风电系统处于频率正常场景或频率故障场景时，所述直流侧储能电池SOC恢复出力系数K_RSOC分为充电状态和放电状态，满足K_RSOC＝K_{RSOC_re}×K_{RSOC_f}，其中K_{RSOC_re}和K_{RSOC_f}分别为所述储能电池的自身状态系数和调频指标系数，具体如下所示：

S5051，当所述储能电池的自身状态系数K_{RSOC_re}满足K_{RSOC_re}＝K_{RSOC_re_ini}×SOC，分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S50511，处于充电状态时，K_{RSOC_re_ini}＝K_{RSOC_cha}；

S505111，若所述储能电池处于所述下限区间，K_{RSOC_cha}为初始最大设定值K_{RSOC_re_max}的相反数；若SOC处于SOC合理区间和过SOC区间，K_{RSOC_cha}设定为0；

S505112，若所述储能电池处于所述欠SOC区间的次优状态，构建K_{RSOC_cha}关于SOC的单调递增函数；

S505113，若所述储能电池处于所述欠SOC区间的最优状态，构建K_{RSOC_cha}关于SOC的下垂曲线；

S50512，处于放电恢复状态时，K_{RSOC_re_ini}＝K_{RSOC_dis}；

S505121，若所述储能电池处于所述欠SOC区间和合理区间，K_{RSOC_dis}设定为0；若所述储能电池处于所述上限区间，K_{RSOC_dis}设定为最大值K_{RSOC_re_max}；

S505122，若所述储能电池处于所述过SOC区间的次优状态，构建K_{RSOC_dis}关于SOC的单调递增函数；

S505123，若所述储能电池处于所述过SOC区间的最优状态，构建K_{RSOC_dis}关于SOC的下垂曲线；

S5052，所述直流侧储能电池的调频指标系数K_{RSOC_f}，分为充电状态和放电状态，具体如下所示：

S50521，处于充电状态时，K_{RSOC_f}＝K_{RSOC_fcha}。

S505211，当所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边紧急场景时，K_{RSOC_fcha}设定为0；当所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调场景或危险场景时，K_{RSOC_fcha}设定为最大值K_{RSOC_f_max}；

S505212，当所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边可调场景时，构建K_{RSOC_fcha}关于所述频率偏差的单调递增函数；

S505213，当所述风电系统处于所述频率正常场景时，构建K_{RSOC_fcha}关于所述频率偏差的单调递增函数；

S50522，处于放电状态时，K_{RSOC_f}＝K_{RSOC_fdis}；

S505221，当所述风电系统处于频率故障场景的下单边危险场景和可调场景时，K_{RSOC_fdis}设定为最大值K_{RSOC_f_max}；当所述风电系统处于频率故障场景的上单边紧急场景时，K_{RSOC_fdis}设定为0；

S505222，当所述风电系统处于频率故障场景的上单边可调场景时，构建K_{RSOC_fdis}关于所述频率偏差的单调递减函数；

S505223，当所述风电系统处于所述频率正常场景时，构建K_{RSOC_fdis}关于所述频率偏差的单调递减函数。

7.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S6：对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量，具体包括以下步骤：

S601，所述直流侧储能电池在其处于所述上限和下限区间之间的范围内参与一次调频，具体如下所示：

S6011，若所述风电系统处于所述频率正常场景，此时，K_BESS＝K_RSOC，K_WT＝0，具体如下所示：

S60111，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60112，如果所述直流侧储能电池处于所述欠SOC区间且所述频率偏差为正，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；否则K_RSOC＝-K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60113，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间且所述频率偏差为正，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；否则K_RSOC＝-K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S6012，若所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边可调场景，此时，K_BESS＝K_RSOC-K_{PFR_cha}，K_WT＝K_{WT_speed}，具体如下所示：

S60121，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60122，如果所述直流侧储能电池处于所述欠SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60123，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_dis}×K_{RSOC_fdis}；

S6013，若所述风电系统处于所述频率故障场景的上单边紧急场景，此时，K_BESS＝-K_{PFR_cha}，K_WT＝K_{WT_speed}。

S6014，若所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边可调场景，此时，K_BESS＝-K_RSOC-K_{PFR_dis}，K_WT＝K_{WT_slow}，具体如下所示：

S60141，如果所述直流侧储能电池处于所述SOC合理区间，K_RSOC＝0；

S60142，如果所述直流侧储能电池处于所处欠SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_cha}×K_{RSOC_fcha}；

S60143，如果所述直流侧储能电池处于所述过SOC区间，K_RSOC＝K_{RSOC_dis}×K_{RSOC_fdis}；

S6015，若所述风电系统处于所述频率故障场景的下单边紧急场景，此时，K_BESS＝-K_{PFR_dis}，K_WT＝K_{WT_slow}；

S602，当所述风电系统的风机和储能电池根据所述电网频率偏差及自身运行状况分别进行所述阻尼/下垂系数的自适应调整后，将自适应调整后的系数进行加权求和得到所述风电系统的阻尼/下垂系数D，具体如下所示：

D＝αK_BESS+βK_WT+K_sys

式中，K_sys是阻尼/下垂系数的初始值，α和β是平衡所述储能电池和风机各自阻尼/下垂系数的权重因子。

8.根据权利要求1所述的一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制方法，其特征在于，S7：根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制，具体包括以下步骤：

S701，在所述频率故障场景下对所述风电系统进行有功功率总量分配时，建立所述风电系统的有功功率总量分配模型，包括：目标函数和约束条件，其中目标函数为所述风电系统风机和储能电池的内损成本、风机备用风险成本以及储能电池的老化成本的相加求和；所述风电系统的有功功率总量分配模型中的约束条件需要满足所述直流侧储能电池SOC的限制，以及所述风机的功率限制；

S702，将所述风电系统需要提供的有功功率总量分配到风机，生成风机的调度指令，进行风机的变功率点跟踪控制。

9.一种可提升风电系统惯量响应和频率支撑的储能控制装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集和计算风电系统当前时刻的电网频率、直流侧储能电池SOC及直流侧储能电池温度；

第一判断模块，用于判断所述当前时刻的电网频率和理想电网频率偏差的绝对值，如果小于频率调节阈值范围，则认为所述风电系统处于频率正常场景，否则认为风电系统处于频率故障场景，同时，判断所述直流侧储能电池所处的SOC运行区间，如果在SOC调节阈值范围内，则认为所述储能电池处于SOC合理区间，否则认为所述储能电池处于欠/过SOC区间；

第二判断模块，用于判断所述直流侧储能电池SOC是否处于上限/下限区间，如果是，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池进行恒定电流放/充电；

第三判断模块，用于判断所述直流侧储能电池温度是否超过上限，如果超过，则电网侧逆变器切换为稳压控制和矢量控制，直流侧储能电池不进行任何操作来降温；

调整恢复模块，用于当所述风电系统处于频率故障场景时，进行惯量系数的自适应调整，同时根据所述当前时刻频率偏差、风机转速和储能电池SOC进行阻尼/下垂系数的自适应调整；当所述风电系统处于所述频率正常场景时，根据所述储能电池的所处的SOC运行区间进行阻尼/下垂系数的自适应恢复；

计算模块，用于对自适应调整后的阻尼/下垂系数进行拟合，并结合自适应调整后的惯量系数，根据惯量-下垂控制计算所述当前时刻频率偏差所需要风电系统提供的有功功率总量；

控制模块，用于根据风电系统调频的目标函数及约束条件，将部分所述有功功率总量分配到风机，并生成风机的实时调度指令，实现所述风电系统的一次调频控制。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

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