CN116979556A - 一种基于火储联合调频的储能控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于火储联合调频的储能控制方法及系统，属于电力系统运行控制技术领域。本方法在接收到辅助调频AGC调度指令时，控制储能系统进行充电或者放电，使储能系统与火电机组的合成出力超出动作死区，根据当前火电机组的出力计算功率偏差，判断功率偏差是否超出储能系统的充/放电能力，若功率偏差没有超出充/放电能力，则调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区，若超出，则等待火电机组响应AGC调度指令，直至火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统使合成功率进入目标死区。该方法控制逻辑简单，控制过程简单能够最大降低机组响应时间，提高调节效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于火储联合调频的储能控制方法及系统，属于电力系统运行控制技术领域。
背景技术
随着新能源发电占比的提升，新能源的波动对电力系统影响增大，电网频率变化更加频繁。传统火电自动发电控制(AGC)指令跟踪性能差，存在调频精度低、反向调节、响应时间长、调节速率低等问题，而电化学储能系统相对容量小输出范围小，但响应速度快、调节精度高，而储能、火电协调运行能够显著改善火电机组对电网AGC调频指令的执行效果，该方法以火电机组作为响应AGC调频指令的基础单元，以储能系统作为快速响应AGC指令的补充单元，将机组出力与储能系统出力合并后作为系统总出力送至电网，可改善机组AGC性能，保证电网频率稳定，提高电力系统运行的安全性。
随着火储联合调频项目的增加，各火电厂所能通过调频获取的收益逐渐下降，如何通过合理控制提升储能寿命以延长其使用年限、如何根据各省辅助调频政策规范提升调频性能综合指标获得更大收益成为各火储联合调频项目急切关注的研究课题。例如公布号为CN112350344A的发明专利文件公开了一种储能系统-火电机组联合调频控制方法。该方法基于根据调频单元参与调频辅助服务的指标计算规则划分并确定联合调频单元所处的工作时段，针对联合调频单元的不同工作时段分别获取各工作时段的控制目标有功功率，并通过与火电机组有功功率进行配合得到储能系统的目标有功功率；综合考虑储能系统的功率限制与容量限制对储能系统目标有功功率进行修正得到最终的储能系统有功功率。该方法虽然能够快速响应，但在控制储能过程中控制方式较为复杂，导致响应的时间较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于火储联合调频的储能控制方法及系统，用以解决现有的火电-储能联合调频方式获得收益较少、调频过程中控制复杂响应较慢的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种基于火储联合调频的储能控制方法，包括以下步骤：
1)在接收到辅助调频AGC调度指令时，控制储能系统进行充电或者放电，使储能系统与火电机组的合成出力超出动作死区；
2)根据当前火电机组的出力计算功率偏差，判断功率偏差是否超出储能系统的充/放电能力，若功率偏差没有超出充/放电能力，则调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区；若超出，则等待火电机组响应AGC调度指令，直至火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统使合成功率进入目标死区。
有益效果：本发明的一种基于火储联合调频的储能控制方法，主要在火电机组在跟踪AGC调度指令阶段中，根据火电机组的功率偏差与储能系统的充/放电能力进行比较，在功率偏差没有超出充/放电能力时，直接调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区，控制逻辑简单，不需要复杂的控制过程，若超过，待火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统，该方法的控制方式简单，无需复杂的控制过程，能够最大的降低火储响应时间，提高调节效率和精度，进而通过该调频方式提高了火电机组调频的收益。
进一步地，该方法还包括合成功率进入目标死区后，减小储能系统出力，使火电机组的功率达到目标死区的步骤。
进一步地，所述功率偏差为AGC调度指令的功率目标值与当前火电机组功率之间差值。
进一步地，当火电机组功率达到目标死区后，且仍处于跟踪指令持续时间，若火电机组功率在目标死区不发生变化，则控制储能系统进行小功率的充/放电，使火电机组的功率接近AGC调度指令的目标功率值；若火电机组功率超过目标死区发生超调，调节储能系统则进行反方向的功率补充，使火电机组功率保持在目标死区范围内。
有益效果：当火电机组超调时控制储能系统进行反向功率弥补，提高了火电机组调节精度指标，若火电机组是否达到目标死区则调节储能系统功率为零，提升了储能系统使用寿命。
进一步地，当火电机组功率达到目标死区后，跟踪指令持续时间结束时，调节储能系统输出的功率为零。
有益效果：当火电机组功率达到目标死区后，跟踪指令持续时间结束时，此次调频结束而下次调频未开始的空档期间内，调整储能电池的充、放电功率为零，避免了储能任何无意义的充放电行为以提高储能使用寿命。
进一步地，储能系统的充电能力为储能电池本身最大充电能力与高厂变不过载时最大允许增加的用电功率之间的最小值。
有益效果：本发明在计算储能系统的充电能力时，充分考虑了储能本身的充电能力与高厂变所能承受的最大可增加负荷的能力。选取两者之间的最小值，保证了高厂变不过载。
进一步地，储能电池本身最大充电能力计算公式为：
Pmax-s＝∑(Pi-max-s+Pi)
式中，Pmax-s为储能系统最大充电能力，Pi-max-s为第i台运行逆变器的最大允许充电功率，Pi为第i台运行逆变器当前充、放电功率，所述储能电池本身最大充电能力满足约束：储能电池当前SOC小于电池允许充电SOC上限。
进一步地，高厂变不过载时最大允许增加的用电功率为高厂变最大允许负载与当前负载之差。
进一步地，储能系统的放电能力为储能电池SOC大于允许放电SOC下限时，各运行逆变器放电能力的总和。
进一步地，当火电机组出力进入目标死区范围且出力不再变化时，调节储能功率使合成功率不断靠近AGC调度指令的目标功率值。
有益效果：本发明合成出力进入目标死区后，处于维持阶段时，考虑到机组过调、调节精度差等情况，储能需在一定时间范围内持续跟踪指令，从而提升机组调节精度指标性能。
本发明的一种基于火储联合调频的储能控制系统，包括处理器，所述处理器用于执行程序指令以实现如上任一项所述的基于火储联合调频的储能控制方法。
有益效果：本发明的控制系统，构成简单，包括处理器，能够执行程序指令较好的实现基于火储联合调频的储能控制方法，该方法的控制方式简单，无需复杂的控制过程，能够最大的降低火储响应时间，提高调节效率和精度，进而通过该调频方式提高了火电机组调频的收益。
附图说明
图1是本发明方法实施例中火电机组辅助调频过程示意图；
图2是本发明方法实施例中储能控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
基于火储联合调频的储能控制方法实施例：
如图2所示的一种基于火储联合调频的储能控制方法，在接收到辅助调频AGC调度指令时，控制储能系统进行充电或者放电，使储能系统与火电机组的合成出力超出动作死区，根据当前火电机组的出力计算功率偏差，判断功率偏差是否超出储能系统的充/放电能力，若功率偏差没有超出充/放电能力，则调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区，若超出，则等待火电机组响应AGC调度指令，直至火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统使合成功率进入目标死区，并控制储能系统使合成出力维持在目标死区内，具体实施方式如下：
根据电力调频辅助服务市场交易规则，制定储能参与火电机组调频的控制机制，根据火电机组的辅助调频特性得到调频阶段，如图1所示，火电机组辅助调频过程主要包括图中处于时间段T1-T2的起始响应阶段、处于时间段T2-T3的跟踪AGC指令阶段、处于时间段T3-T4的出力维持阶段以及本次调频结束下次调频未开始的AGC调频空闲阶段。
其中，火储调频辅助服务(火电机组-储能系统调频辅助服务)通过火电机组的自动发电控制装置(AGC)与储能电池管理系统(EMS)联合响应调度下发的火电机组的出力指令，以火电机组出力调节为主、储能配合提升响应指标为辅的协同控制模式，该模式下无需对原参与辅助调频控制的火电机组进行任何改造，仅在新增加的储能系统中增加配合火电出力、提升响应调度指令的控制策略。在电力调频辅助服务市场交易中，机组调频效果通常通过调频里程和调频性能综合指标来衡量。
其中调频里程为指单台机组响应AGC控制指令后结束时的实际出力值与响应指令时出力值之差的绝对值累加。调频里程本质上是由调度决定的机组参与调频的深度与频度的叠加，在储能参与调频后增加了机组调频中标的概率，间接增加了机组的总调频里程，在响应调度的调频控制时可不过多关注。调频性能综合指标是机组提供调频服务过程中调节速率、调节精度、响应时间三个性能的综合体现。综合储能响应速度快、调节精度高的优势以及容量小、持续充放电能力有限的劣势，并考虑储能寿命问题等，储能辅助火电机组进行辅助调频的控制机理如下：如图2所示，缩短储能与火电机组合成有功功率(出力)进入动作死区的时间t2；缩短合成出力进入目标死区的时间t3；缩小合成出力与目标间的差值，提高调节精度；当机组超调时储能系统反向功率弥补；储能充电时不允许高厂变过载；持续时间t4结束后，储能维持为不充不放状态；避免储能任何无意义的充放电行为以提高储能使用寿命。
基于储能系统辅助火电机组进行辅助调频的控制机理，本实施例储能系统参与完整的调频过程如下：
1)在接收到辅助调频AGC调度指令时，控制储能系统进行小功率充电或者放电，使储能系统与火电机组的合成出力超出动作死区，储能充放电功率增量为ΔP1：
ΔP1＝1.2*Psdeadh (1)
式(1)中，Psdeadh为火电机组辅助调频的动作死区。
储能系统与火电机组同时接收到调度辅助调频AGC控制指令后，火电机组的调频阶段处于起始响应阶段，此时，储能系统调节储能电池进行小功率的充、放电，使储能与火电机组的合成出力(有功功率)超出动作死区，火电机组延迟第一设定时间后启动控制，并进入跟踪AGC指令阶段。
2)根据当前火电机组的出力计算功率偏差，判断功率偏差是否超出储能系统的充/放电能力，若功率偏差没有超出充/放电能力，则调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区，若超出，则等待火电机组响应AGC调度指令，直至火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统使合成功率进入目标死区。
当火电机组的调频阶段处于跟踪AGC指令阶段时，该阶段采用火电机组出力调节为主、储能充放电配合为辅的协同控制模式，以提升调节速率指标为主要目标，制定储能优化控制策略。在本实施例中还考虑了储能寿命，防止高厂变(高厂变压器)过载。
在该阶段中，首先获取当前阶段火电机组的功率偏差以及储能系统的充电、放电能力，其次通过判断火电机组的功率偏差和储能系统的充电能力或放电能力，进而控制储能出力使储能出力进入目标死区。具体地：
首先根据当前阶段火电机组的出力和调度下发的出力目标值计算出火电机组的功率偏差。功率偏差ΔP计算公式为：
ΔP＝Paim-Pcur (2)
式(2)中，Paim为调度下发的火电机组出力目标值，Pcur为机组当前出力。若功率偏差ΔP小于偏差阈值(即后续计算得到的储能电池充、放电能力)，此时火电机组保持当前控制状态。
根据功率偏差的方向，需分别计算储能最大放电能力与储能充电能力，由于储能充电后总用电负荷不能超过高厂变最大允许负载，因此在计算储能最大充电能力时需要对高厂变过载约束。
A.计算储能充电能力时，需综合考虑储能系统本身的充电功率与高厂变所能承受的最大可增加负荷能力。
首先计算出储能系统本身的最大充电功率，根据储能电池当前SOC、允许充电SOC上限的运行逆变器的充电能力即可得到储能系统本身最大充电功率，储能系统本身最大充电功率Pmax-s为计算公式为：
Pmax-s＝∑(Pi-max-s+Pi) (3)
式(3)中，Pi-max-s为第i台运行逆变器的最大允许充电功率，Pi为第i台运行逆变器当前充、放电功率(本实施例中放电功率为正、充电功率为负)。由该式可知储能本身最大充电能力为储能电池当前SOC小于允许充电SOC上限的运行逆变器的充电能力的总和。
其中，式(3)中当前SOC需满足以下约束条件：
SOCi＜SOCi-max (4)
式(4)中，SOCi为第i台运行逆变器的当前充电SOC，SOCi-max为第i台运行逆变器的电池允许充电SOC上限。
其次，计算高厂变不过载时最大允许增加用电功率，根据当前负载和最大允许负载即可得到高厂变不过载时的最大允许增加用电功率Padd-load，最大允许增加用电功率Padd-load计算公式为：
Padd-load＝Pmax-load-Pcur-load (5)
式(5)中，Pmax-load为高厂变不过载时储能系统最大允许负载，Pcur-load为储能电池当前负载。
最后，在考虑高厂变不过载的情况下，储能电池的充电能力为储能本身最大充电能力与高厂变不过载时最大允许增加用电功率中的最小值，即：
Pmax-charge＝min(Pmax-s，Padd-load)
B.储能系统的放电能力为储能电池SOC大于最小允许SOC的各运行逆变器的放电能力的总和，此时储能系统的放电功率为：
Pmax-dis＝∑(Pi-max-dis-Pi) (6)
式(6)中，Pi-max-dis为第i台运行逆变器的最大允许放电功率，Pi为第i台运行逆变器当前充、放电功率。
式(6)中储能系统的放电能力需满足的约束条件为：
SOCi＞SOCi-min (7)
式(7)中，SOCi-min为运行逆变器的电池允许放电SOC下限。
当AGC指令的功率偏差未超过储能系统的充电能力或放电能力时，调节储能出力使合成功率进入目标死区，当功率进入目标死区后，此时的调节速率指标性能可得到大大提高。当AGC指令的功率偏差超过储能系统的充电能力和放电能力时，储能电池则继续维持原来的小功率出力，避免不必要的深充电深放电，进而延长储能电池的寿命，直至火电机组出力与AGC指令的功率偏差小于储能调节能力，调节储能出力使合成功率进入目标死区。
火电机组出力逐渐接近AGC指令目标值，控制储能系统逐渐减小输出的有功功率，使储能与火电机组的合成功率保持在目标死区范围内，
当火电机组初次进入目标死区后，此时火电机组需维持在出力维持阶段，此时可认为火电机组完成了主体调控功能，考虑到机组过调、调节精度差等情况，储能需在第二设定时间范围内持续跟踪AGC指令，在该阶段储能系统控制策略如下：
当火电机组功率达到目标死区后，且仍处于跟踪指令持续时间，若火电机组功率在目标死区不发生变化，则控制储能系统进行充放电，使火电机组的功率达到AGC调度指令的目标功率值，此时储能充放电功率增量ΔP2为：
式(8)中，Pddead为火电机组目标死区。
若火电机组功率超过目标死区发生超调，调节储能系统则进行反方向的功率补充，使火电机组功率保持在目标死区范围内。直至跟踪指令持续时间结束时，则调节储能系统功率为零。
当本次调频结束而下次调频未开始时，此时火电机组处于AGC调频空闲阶段，为了避免储能系统不必要的充电、放电，因此在每次调频结束后控制储能电池使充电、放电功率调整为零，以延长储能电池的使用年限。
基于火储联合调频的储能控制系统实施例：
本实施例中的一种基于火储联合调频的储能控制系统，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。存储器包括至少一个存储器能够存储储能系统出力、火电机组出力数据，处理器通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，执行各种功能应用以及数据处理，实现本发明的方法实施例中介绍的基于火储联合调频的储能控制方法。
也就是说，以上方法实施例中的方法应理解为可由计算机程序指令实现基于火储联合调频的储能控制方法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。
其中，处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。
存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等；当然，还可为其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在接收到辅助调频AGC调度指令时，控制储能系统进行充电或者放电，使储能系统与火电机组的合成出力超出动作死区；
2)根据当前火电机组的出力计算功率偏差，判断功率偏差是否超出储能系统的充/放电能力，若功率偏差没有超出充/放电能力，则调节储能系统使储能系统与火电机组的合成功率进入目标死区；若超出，则等待火电机组响应AGC调度指令，直至火电机组出力与AGC调度指令偏差小于储能系统的充/放电能力，调节储能系统使合成功率进入目标死区。
2.根据权利要求1所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，该方法还包括合成功率进入目标死区后，减小储能系统出力，使火电机组的功率达到目标死区的步骤。
3.根据权利要求1所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，所述功率偏差为AGC调度指令的目标功率值与当前火电机组功率之间差值。
4.根据权利要求2所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，当火电机组功率达到目标死区后，且仍处于跟踪指令持续时间，若火电机组功率在目标死区不发生变化，则控制储能系统进行小功率的充/放电，使火电机组的功率达到AGC调度指令的目标功率值；若火电机组功率超过目标死区发生超调，调节储能系统则进行反方向的功率补充，使火电机组功率保持在目标死区范围内。
5.根据权利要求4所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，当火电机组功率达到目标死区后，跟踪指令持续时间结束时，调节储能系统输出的功率为零。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，储能系统的充电能力为储能电池本身最大充电能力与高厂变不过载时最大允许增加的用电功率之间的最小值。
7.根据权利要求6所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，储能电池本身最大充电能力计算公式为：
Pmax-s＝∑(Pi-max-s+Pi)
式中，Pmax-s为储能系统最大充电能力，Pi-max-s为第i台运行逆变器的最大允许充电功率，Pi为第i台运行逆变器当前充、放电功率，所述储能电池本身最大充电能力满足约束：储能电池当前SOC小于电池允许充电SOC上限。
8.根据权利要求6所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，高厂变不过载时最大允许增加的用电功率为高厂变最大允许负载与当前负载之差。
9.根据权利要求6所述的基于火储联合调频的储能控制方法，其特征在于，储能系统的放电能力为储能电池SOC大于允许放电SOC下限时，各运行逆变器放电能力的总和。
10.一种基于火储联合调频的储能控制系统，包括处理器，其特征在于，所述处理器用于执行程序指令以实现如权利要求1-9任一项所述的基于火储联合调频的储能控制方法。
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| CN (1) | CN116979556A (zh) |
-
2023
- 2023-06-13 CN CN202310698190.8A patent/CN116979556A/zh active Pending
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