一种飞轮储能参与电网调频的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电网调频领域，特别是涉及一种飞轮储能参与电网调频的控制方法及系统。

背景技术

随着能源结构转型步伐的加快，可再生能源比例将进一步增加，电力系统逐步向新型电力系统转化，而新型电力系统的最主要的特征之一是风、光等可再生能源发电大量接入以后，导致原来完全可控或者绝大部分可控变成了不可控，从而使得电力系统的属性和特征都发生了巨大的变化。电源端发电侧的不可控给电网频率安全带来了巨大挑战，因此需要引入新的调频手段缓解火电机组调频压力。

飞轮储能作为储能系统的一种，具备爬坡速率快、响应时间短、可频繁充放电等优势。飞轮辅助火电机组进行电网调频不仅可以提高响应速度和调节精度，同时还能保障火电机组在短时间内输出功率不会发生太大变化，节省煤耗，延长机组使用寿命，因此在如今突出火电机组灵活性的背景下，研究飞轮储能系统辅助火电机组调频具有十分重要的现实和指导意义。

但由于储能出力指令主要通过虚拟下垂控制和虚拟惯性控制确定，在应用功率型飞轮时，无法充分利用其短时间大功率充放的特性且容易导致飞轮容量快速耗尽，此外，上述控制策略并未考虑机组磨损、可能出现的反调问题，从而导致调频效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞轮储能参与电网调频的控制方法及系统，可抑制反调问题，并减少火电机组的动作次数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种飞轮储能参与电网调频的控制方法，包括：

获取频率偏差、一次调频负荷扰动频率偏差、负荷扰动前火电机组的输出功率、火电机组的实时功率及各飞轮储能单元的当前荷电状态；

根据所述频率偏差、所述负荷扰动前火电机组的输出功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额；

根据所述第一功率缺额及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率；

根据所述一次调频负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定第二功率缺额；

根据所述第二功率缺额、所述频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

可选地，根据所述频率偏差、所述负荷扰动前火电机组的输出功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额，具体包括：

根据所述频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次调频一次负荷扰动所需功率；

根据所述一次调频一次负荷扰动所需功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额。

可选地，采用以下公式确定一次调频一次负荷扰动所需功率：

P

其中，P

可选地，采用以下公式确定第一功率缺额：

P

其中，P

可选地，所述一次调频负荷扰动频率偏差包括一次调频一次负荷扰动频率偏差及一次调频二次负荷扰动频率偏差；

根据所述一次调频负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定第二功率缺额，具体包括：

根据所述一次调频一次负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次负荷扰动下火电机组输出功率；

根据所述一次调频二次负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次调频二次负荷扰动下实时所需功率；

根据所述一次负荷扰动下火电机组输出功率及所述一次调频二次负荷扰动下实时所需功率，确定第二功率缺额。

可选地，采用以下公式确定一次负荷扰动下火电机组输出功率：

P

其中，P

可选地，采用以下公式确定一次调频二次负荷扰动下实时所需功率：

P

其中，P

可选地，采用以下公式确定第二功率缺额：

P

其中，P

可选地，根据所述第二功率缺额、所述频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率，具体包括：

判断所述第二功率缺额与所述频率偏差的乘积是否小于或等于0，若是，则根据所述第二功率缺额确定飞轮出力；否则，根据虚拟下垂控制的下垂系数及所述频率偏差确定飞轮出力；

根据所述飞轮出力及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种飞轮储能参与电网调频的控制系统，包括：

数据获取单元，用于获取频率偏差、一次调频负荷扰动频率偏差、负荷扰动前火电机组的输出功率、火电机组的实时功率及各飞轮储能单元的当前荷电状态；

第一缺额确定单元，与所述数据获取单元连接，用于根据所述频率偏差、所述负荷扰动前火电机组的输出功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额；

第一控制单元，与所述第一缺额确定单元连接，用于根据所述第一功率缺额及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率；

第二缺额确定单元，与所述数据获取单元连接，用于根据所述一次调频负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定第二功率缺额；

第二控制单元，与所述第二缺额确定单元连接，用于根据所述第二功率缺额、所述频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

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：

本发明根据频率偏差、负荷扰动前火电机组的输出功率及火电机组的实时功率确定第一功率缺额，根据第一功率缺额及各飞轮储能单元的当前荷电状态控制各飞轮储能单元的输出功率；根据一次调频负荷扰动频率偏差及负荷扰动前火电机组的输出功率确定第二功率缺额，根据第二功率缺额、频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态控制各飞轮储能单元的输出功率。采用功率缺额补偿和虚拟下垂控制相结合的方式控制飞轮储能单元的输出功率，在达到飞轮储能系统和机组出力协调配合的同时，有效抑制反调问题，并且减少了火电机组的动作次数，延长了火电机组的寿命。

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为本发明提供的飞轮储能参与电网调频的控制方法的流程图；

图2为火电-飞轮储能联合调频系统的示意图；

图3为本发明提供的飞轮储能参与电网调频的控制系统的示意图。

符号说明：

1-数据获取单元，2-第一缺额确定单元，3-第一控制单元，4-第二缺额确定单元，5-第二控制单元。

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。

本发明的目的是提供一种飞轮储能参与电网调频的控制方法及系统，通过结合功率缺额补偿和虚拟下垂控制，有效抑制反调问题，并且减少火电机组的动作次数，延长火电机组的寿命。

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，本实施例提供了一种飞轮储能参与电网调频的控制方法，包括：

步骤100：获取频率偏差、一次调频负荷扰动频率偏差、负荷扰动前火电机组的输出功率、火电机组的实时功率及各飞轮储能单元的当前荷电状态。其中，一次调频负荷扰动频率偏差包括一次调频一次负荷扰动频率偏差及一次调频二次负荷扰动频率偏差。

步骤200：根据所述频率偏差、所述负荷扰动前火电机组的输出功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额。

具体地，根据所述频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次调频一次负荷扰动所需功率：P

由于机组响应时滞长、爬坡速率慢，火电机组实时功率不能即时达到一次调频一次负荷扰动所需功率，存在功率缺额，因此，本发明根据所述一次调频一次负荷扰动所需功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额：P

步骤300：根据所述第一功率缺额及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

以一次调频功率缺额为飞轮储能系统指令可以很好地解决初始频率恶化问题以及飞轮储能系统与调频机组之间的协调配合问题，在负荷扰动刚发生时，机组一次调频出力很小，由功率缺额决定的飞轮储能系统出力很大，可以很好地抑制频率恶化，而在机组达到其一次调频所要求的输出功率时，系统频率稳定下来，飞轮储能系统退出调频，在与火电机组形成很好配合的同时，为下一周期调频保留足够容量。

当出现连续2次同向负荷扰动，且后1个扰动功率低于前1个扰动功率时，功率缺额补偿会出现反调问题，因此，本发明通过后续的步骤400至步骤500进一步辅助控制各飞轮储能单元的输出功率。

步骤400：根据所述一次调频负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定第二功率缺额。

具体地，根据所述一次调频一次负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次负荷扰动下火电机组输出功率：P

根据所述一次调频二次负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定一次调频二次负荷扰动下实时所需功率：P

根据所述一次负荷扰动下火电机组输出功率及所述一次调频二次负荷扰动下实时所需功率，确定第二功率缺额：P

由步400可知，P

步骤500：根据所述第二功率缺额、所述频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

具体地，判断所述第二功率缺额与所述频率偏差的乘积是否小于或等于0，若是，则根据所述第二功率缺额确定飞轮出力：P

由于虚拟下垂控制下飞轮出力与频率偏差的负值成正比，不会出现反调问题，可作为一次调频功率补偿策略的辅助控制以应对反调问题，因此，利用功率缺额补偿控制和虚拟下垂控制，通过判断P

在本实施例中，如图2所示，火电-飞轮储能联合调频系统包括：机组一次调频控制模块、协调控制器、飞轮储能系统主控制器、多个飞轮储能单元子控制器及飞轮储能系统。其中，飞轮储能系统包括多个飞轮储能单元。各飞轮储能单元包括依次连接的飞轮本体、永磁同步电机及变流器。各飞轮储能单元通过直流母线并联连接。一个飞轮储能单元对应一个飞轮储能单元子控制器。进一步地，飞轮储能系统还包括飞轮差额补偿控制系统和飞轮虚拟下垂控制系统。

本发明的工作原理为：协调控制器根据一次调频指令、机组出力及飞轮储能单元的荷电状态，得到飞轮出力指令和机组一次调频辅助控制信号，分发至飞轮储能系统主控制器和机组一次调频控制系统，飞轮储能系统主控制器从协调控制器接收飞轮出力指令，根据各飞轮储能单元的荷电状态对飞轮出力指令进行分配并下发至各飞轮储能单元子控制器，各飞轮储能单元子控制器控制对应的飞轮储能单元输出指定功率，并向飞轮储能系统主控制器反馈飞轮储能单元的运行状态参数。当一次调频中出现两次同向负荷扰动，且后扰动功率小于前扰动功率时，飞轮储能系统采用功率缺额补偿和虚拟下垂控制相结合，在达到飞轮储能系统和机组出力协调配合的同时，可以抑制可能出现的反调问题。

本发明采用功率缺额补偿和虚拟下垂控制相结合，在达到飞轮储能系统和机组出力协调配合的同时，可以抑制可能出现的反调问题。并且，将小负荷扰动下调频任务由飞轮储能系统单独承担，能够有效减少火电机组的动作次数，进而减少火电机组的磨损，延长了火电机组的寿命。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种飞轮储能参与电网调频的控制系统。

如图3所示，本实施例提供的飞轮储能参与电网调频的控制系统包括：数据获取单元1、第一缺额确定单元2、第一控制单元3、第二缺额确定单元4及第二控制单元5。

其中，数据获取单元1用于获取频率偏差、一次调频负荷扰动频率偏差、负荷扰动前火电机组的输出功率、火电机组的实时功率及各飞轮储能单元的当前荷电状态。

第一缺额确定单元2与所述数据获取单元1连接，第一缺额确定单元2用于根据所述频率偏差、所述负荷扰动前火电机组的输出功率及所述火电机组的实时功率，确定第一功率缺额。

第一控制单元3与所述第一缺额确定单元2连接，第一控制单元3用于根据所述第一功率缺额及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

第二缺额确定单元4与所述数据获取单元1连接，第二缺额确定单元4用于根据所述一次调频负荷扰动频率偏差及所述负荷扰动前火电机组的输出功率，确定第二功率缺额。

第二控制单元5与所述第二缺额确定单元4连接，第二控制单元5用于根据所述第二功率缺额、所述频率偏差及各飞轮储能单元的当前荷电状态，控制各飞轮储能单元的输出功率。

相对于现有技术，本实施例提供的飞轮储能参与电网调频的控制系统与实施例一提供的飞轮储能参与电网调频的控制方法的有益效果相同，在此不再赘述。

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。

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。