CN116826806B - 一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备，涉及混合储能优化控制技术领域，方法包括：根据历史频率偏差数据集合确定待调控机组对应的混合储能系统的部件配置；当混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取待调控机组在当前时刻的电网频率，并计算当前频率偏差；若当前频率偏差处于预设机组死区范围，则进行混合储能系统的荷电状态自恢复；若当前频率偏差未处于预设机组死区范围，则基于虚拟下垂控制、当前频率偏差和混合储能系统中各部件的荷电状态，进行混合储能系统的调频控制。本发明基于混合储能设备的荷电状态进行调频控制，保证储能始终处在最佳待出力状态，提升储能参与调频的效果。
Description
技术领域
本发明涉及混合储能优化控制技术领域，特别是涉及一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备。
背景技术
为了推动能源生产及消费向清洁低碳化转型，实现可持续发展，风电及光伏等可再生能源得到了迅速发展。随着风电大规模接入电网，风电输出有功功率波动性将严重影响电力系统稳定性以及电能质量。在此背景下，如何在大互联电力系统及风电自愿高渗透率并网条件下保持电网频率稳定，成为电力系统面临的主要问题，储能参与电网调频将是解决这一问题的重要途径。但是储能参与调频时面临容量配置和SOC管理的问题，现有常规的充放策略无法保证储能容量最大化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备，基于混合储能设备的荷电状态进行调频控制，保证储能始终处在最佳待出力状态。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
第一方面，本发明提供一种混合储能调频控制方法，包括：
获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合；
根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置；
获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态；
当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差；
判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围；
若所述当前频率偏差处于预设机组死区范围，则进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复；
若所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围，则基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。
可选地，所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置包括飞轮和蓄电池；
当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，具体包括：
判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；
判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；
若所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件，则获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率；
若所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件，则所述混合储能系统停止充放电。
可选地，所述基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制，具体包括：
根据所述飞轮的荷电状态，分别计算所述飞轮的充电功率和放电功率；
根据所述蓄电池的荷电状态，分别计算所述蓄电池的充电功率和放电功率；
基于虚拟下垂控制，确定虚拟下垂控制系数；
根据所述当前频率偏差、所述虚拟下垂控制系数、所述飞轮的充电功率和放电功率、所述蓄电池的充电功率和放电功率，计算所述混合储能系统的调频出力目标。
第二方面，本发明提供了一种混合储能调频控制系统，包括：
数据获取模块，用于获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合；
混合储能系统配置模块，用于根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置；
荷电状态获取模块，用于获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态；
频差计算模块，用于当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差；
频差判断模块，用于判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围；
荷电自恢复模块，用于当所述当前频率偏差处于预设机组死区范围时，进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复；
调频控制模块，用于当所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围时，基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。
可选地，所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置包括飞轮和蓄电池；
所述频差计算模块，具体包括：
限值判断单元，用于判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；
第一处理单元，用于当所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率；
第二处理单元，用于当所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件时，所述混合储能系统停止充放电。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行混合储能调频控制方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备，在对待调控机组对应的混合储能系统的部件进行配置之后，对混合储能系统内各部件的荷电状态进行预设限值条件的判断，若均满足预设限值条件则计算当前频率偏差；若当前频率偏差处于预设机组死区范围，则进行自恢复；若当前频率偏差未处于预设机组死区范围，则基于虚拟下垂控制、当前频率偏差和混合储能系统中各部件的荷电状态进行混合储能系统的调频控制，从而实现基于SOC水平的储能管理策略，使得储能设备出力受到SOC约束，在SOC处于某个阈值时，可以进行自恢复，保证储能始终处在最佳待出力状态。
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地介绍，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为本发明混合储能调频控制方法的流程示意图；
图2为本发明实例中频差概率密度图；
图3为本发明实例中SOC管理策略示意图；
图4为本发明混合储能调频控制系统的结构示意图。
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。
本发明提供一种混合储能调频控制方法、系统及电子设备，有利于优化储能设备的容量配置，提升储能参与调频的效果，提高机组运行可靠性，保证了调频过程的高效安全稳定运行。
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。
实施例一
如图1所示，本发明提供一种混合储能调频控制方法，包括：
步骤100，获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合；具体地，以某电厂某典型时间段频率偏差为例，绘制频差概率密度分布如图2所示。图2中，纵轴表示频差出现概率，横轴坐标为频差；机组死区设置为0.033Hz，在此偏差之外时，机组调节效果较差，需配置储能辅助。
步骤200，根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置。具体地，根据图2中频差概率分布可以看出：机组的调频缺额比较大，配置混合储能可以最大化调频效果，减轻储能和机组出力。储能系统搭建的原则是功率型和能量型元件配合，电池类储能设备的能量密度较大，飞轮则具有较高的瞬时充放电能力，因此选择电池和飞轮搭配建立混合储能系统。
本专利中混合储能系统由飞轮和蓄电池配置，蓄电池优选为锂电池。
步骤300，获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态。
在实际调节时，储能设备受到自身SOC(State ofCharge，荷电状态：表示电池剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满)状态约束，考虑到储能的运行的安全性，分别设置储能系统正常工作的SOCmin及SOCmax。当SOC<SOCmin或SOC>SOCmax时，储能不进行充放电工作，使设备不进行过度充放，保护自身。
步骤400，当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差。
步骤400中，当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，具体包括：
1)判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；第一预设限值条件为SOCmin,f＝0.1，SOCmax,f＝0.9；结合具体情况可进行实际修正。
2)判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；第二预设限值条件SOCmin,b＝0.2，SOCmax,b＝0.8；结合具体情况可进行实际修正。
3)若所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件，则获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率。
4)若所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件，则所述混合储能系统停止充放电。即当设备SOC值超越上限SOCmin或SOCmax时，进行储能设备的紧急恢复，此时设备不参与调频过程。
步骤500，判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围；即当SOC值处于上下限内时，进行频差判别。
步骤600，若所述当前频率偏差处于预设机组死区范围，则进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复，此时储能系统不工作；即当SOC值处于上下限且频差未超过机组死区时，进行储能设备SOC自恢复。具体地，飞轮和蓄电池均按照额定功率运行。
步骤700，若所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围，则基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。即当频差大于机组死区时，储能工作进行调频。
在一个具体实施例中，储能系统包括飞轮、锂电池、频差检测系统以及功率分配系统组成，如图3所示，SOC管理的具体步骤包括：
1)对待调控机组进行频率检测和荷电状态检测。
2)判断飞轮的荷电状态是否满足：0.1<SOCf<0.9；判断锂电池的荷电状态是否满足0.2<SOCb<0.8。
3)若步骤2)中的两个判断结果有任一为不满足，则进行混合储能系统的紧急恢复。
4)若步骤2)中的两个判断结果均为满足，则判断检测到的频率是否小于49.967赫兹或者大于50.033赫兹(其中，49.967赫兹以及50.033赫兹为根据预设机组死区确定的)。
5)若步骤4)的判断结果为小于49.967赫兹或者大于50.033赫兹，则进行调频后结束；若步骤4)的判断结果为大于49.967赫兹且小于50.033赫兹，则判断飞轮的荷电状态是否满足：0.4≤SOCf≤0.6；判断锂电池的荷电状态是否满足：0.45≤SOCb≤0.55。其中，由于电池承担频率相对低一些的调频任务，飞轮主要负担高频调节，所以二者在SOC阈值的设置上存在区别。
6)若步骤5)的两个判断结果均为满足，则结束；反之，则进行SOC自恢复。
步骤700中，基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制，具体包括：
1)根据所述飞轮的荷电状态，分别计算所述飞轮的充电功率和放电功率；具体地，根据公式
计算飞轮的充电功率；
根据公式
计算飞轮的放电功率；
其中，Pd,f表示飞轮的放电功率，Pc,f表示飞轮的充电功率，Pf表示飞轮额定功率，SOCmin,f表示飞轮的SOC值下限，SOCf表示飞轮的荷电状态，SOCmax,f表示飞轮的SOC值上限。
2)根据所述蓄电池的荷电状态，分别计算所述蓄电池的充电功率和放电功率；具体地，根据公式
计算蓄电池的充电功率；
根据公式
计算蓄电池的放电功率；
其中，Pd,b表示蓄电池的放电功率，Pc,b表示蓄电池的充电功率，Pb表示蓄电池额定功率，SOCmin,b表示蓄电池的SOC值下限，SOCb表示蓄电池的荷电状态，SOCmax,b表示蓄电池的SOC值上限。
3)基于虚拟下垂控制，确定虚拟下垂控制系数。
4)根据所述当前频率偏差、所述虚拟下垂控制系数、所述飞轮的充电功率和放电功率、所述蓄电池的充电功率和放电功率，计算所述混合储能系统的调频出力目标。
由于机组响应时间滞后且爬坡速率慢，对于多次快速调节指令的响应效果不理想，机组在实际调节时会出现功率缺额Pque。
Pque＝PR-PG(t)；PR＝-KGΔk+P0；
KG表示机组调节参数，P0表示指令下达前机组出力，PR表示机组收到的调频指令，PG(t)表示机组实时功率；当混合储能系统的调频出力目标为飞轮储能时，所述机组实时功率包括飞轮的充电功率和放电功率；当混合储能系统的调频出力目标为蓄电池储能时，所述机组实时功率包括蓄电池的充电功率和放电功率。
但是只采取缺额控制会使得机组出现反调现象，为防止机组反调，采取虚拟下垂控制辅助缺额控制的策略。虚拟下垂控制中储能出力与频率偏差的负值成正比，利用功率缺额补偿控制和虚拟下垂控制，判断PqueΔf正负与否，对储能系统出力目标PHESS进行判断。具体地，根据公式
计算混合储能系统的调频出力目标。
其中，PHESS表示混合储能系统的调频出力目标，Δf表示当前频率偏差，Kd表示虚拟下垂控制系数，Pque表示机组功率缺额。
实施例二
如图4所示，为了实现实施例一中的技术方案，本实施例提供了一种混合储能调频控制系统，包括：
数据获取模块101，用于获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合。
混合储能系统配置模块201，用于根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置。
荷电状态获取模块301，用于获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态。
频差计算模块401，用于当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差。
频差判断模块501，用于判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围。
荷电自恢复模块601，用于当所述当前频率偏差处于预设机组死区范围时，进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复。
调频控制模块701，用于当所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围时，基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。
所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置包括飞轮和蓄电池；所述频差计算模块，具体包括：
限值判断单元，用于判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；
第一处理单元，用于当所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率；
第二处理单元，用于当所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件时，所述混合储能系统停止充放电。
实施例三
本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的混合储能调频控制方法。
可选地，上述电子设备可以是服务器。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的混合储能调频控制方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (7)
1.一种混合储能调频控制方法，其特征在于，方法包括：
获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合；所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置包括飞轮和蓄电池；
根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置；
获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态；
当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差；当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，具体包括：
判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；
判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；
若所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件，则获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率；
若所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件，则所述混合储能系统停止充放电；
判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围；
若所述当前频率偏差处于预设机组死区范围，则进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复；
若所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围，则基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。
2.根据权利要求1所述的混合储能调频控制方法，其特征在于，所述基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制，具体包括：
根据所述飞轮的荷电状态，分别计算所述飞轮的充电功率和放电功率；
根据所述蓄电池的荷电状态，分别计算所述蓄电池的充电功率和放电功率；
基于虚拟下垂控制，确定虚拟下垂控制系数；
根据所述当前频率偏差、所述虚拟下垂控制系数、所述飞轮的充电功率和放电功率、所述蓄电池的充电功率和放电功率，计算所述混合储能系统的调频出力目标。
3.根据权利要求2所述的混合储能调频控制方法，其特征在于，分别计算所述飞轮的充电功率和放电功率，具体包括：
根据公式
计算飞轮的充电功率；
根据公式
计算飞轮的放电功率；
其中，Pd,f表示飞轮的放电功率，Pc,f表示飞轮的充电功率，Pf表示飞轮额定功率，SOCmin,f表示飞轮的SOC值下限，SOCf表示飞轮的荷电状态，SOCmax,f表示飞轮的SOC值上限。
4.根据权利要求2所述的混合储能调频控制方法，其特征在于，分别计算所述蓄电池的充电功率和放电功率，具体包括：
根据公式
计算蓄电池的充电功率；
根据公式
计算蓄电池的放电功率；
其中，Pd,b表示蓄电池的放电功率，Pc,b表示蓄电池的充电功率，Pb表示蓄电池额定功率，SOCmin,b表示蓄电池的SOC值下限，SOCb表示蓄电池的荷电状态，SOCmax,b表示蓄电池的SOC值上限。
5.根据权利要求2所述的混合储能调频控制方法，其特征在于，根据所述当前频率偏差、所述虚拟下垂控制系数、所述飞轮的充电功率和放电功率、所述蓄电池的充电功率和放电功率，计算所述混合储能系统的调频出力目标，具体包括：
根据公式
计算混合储能系统的调频出力目标；
其中，PHESS表示混合储能系统的调频出力目标，Δf表示当前频率偏差，Kd表示虚拟下垂控制系数，Pque表示机组功率缺额；
Pque＝PR-PG(t)；PR＝-KGΔf+P0；
KG表示机组调节参数，P0表示指令下达前机组出力，PR表示机组收到的调频指令，PG(t)表示机组实时功率；当混合储能系统的调频出力目标为飞轮储能时，所述机组实时功率包括飞轮的充电功率和放电功率；当混合储能系统的调频出力目标为蓄电池储能时，所述机组实时功率包括蓄电池的充电功率和放电功率。
6.一种混合储能调频控制系统，其特征在于，系统包括：
数据获取模块，用于获取预设时段内待调控机组的历史频率偏差数据集合；所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置包括飞轮和蓄电池；
混合储能系统配置模块，用于根据所述历史频率偏差数据集合确定所述待调控机组对应的混合储能系统的部件配置；
荷电状态获取模块，用于获取所述混合储能系统中各部件的荷电状态；
频差计算模块，用于当所述混合储能系统中各部件的荷电状态均满足预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率，并根据所述当前时刻的电网频率计算当前频率偏差；所述频差计算模块，具体包括：
限值判断单元，用于判断所述飞轮的荷电状态是否满足第一预设限值条件，以得到第一结果；判断所述蓄电池的荷电状态是否满足第二预设限值条件，以得到第二结果；
第一处理单元，用于当所述第一结果表示满足第一预设限值条件，且，所述第二结果表示满足第二预设限值条件时，获取所述待调控机组在当前时刻的电网频率；
第二处理单元，用于当所述第一结果表示未满足第一预设限值条件，或，所述第二结果表示未满足第二预设限值条件时，所述混合储能系统停止充放电；
频差判断模块，用于判断所述当前频率偏差是否处于预设机组死区范围；
荷电自恢复模块，用于当所述当前频率偏差处于预设机组死区范围时，进行所述混合储能系统的荷电状态自恢复；
调频控制模块，用于当所述当前频率偏差未处于预设机组死区范围时，基于虚拟下垂控制、所述当前频率偏差和所述混合储能系统中各部件的荷电状态，进行所述混合储能系统的调频控制。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的混合储能调频控制方法。
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