一种MW级电池储能一次调频控制方法及系统

技术领域

本发明属于电网调频技术领域，具体是一种MW级电池储能一次调频控制方法及系统。

背景技术

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程。在电池储能过程中，当电网频率与额定频率发生偏差时需要进行调频，调频分为一次调频、二次调频和三次调频。其中一次调频，是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程，在电池储能过程中至关重要。

为提高一次调频的稳定性，中国专利文献CN111211582A提供了一种基于风电场中双馈风机调频能力的电网综合调频方法，从DFIG双馈风力发电机的物理特性出发，提出了容风积的概念，并通过其衡量风电场中各DFIG设备的调频能力。在电网频偏小于0.2Hz的情况下仅采用最大容风积的DFIG风机单独调频，使频偏较快消除；在电网频偏大于0.2Hz的情况下，通过各DFIG设备容风积的大小进行功率任务划分；在单独调频以及多机协同调频的具体细节中，还考虑了风速因素，尤其在当前风速小于额定风速的时候，根据DFIG所处风速段推算出的调差系数，调整虚拟惯量法模型参数，使得调频更迅速、稳定。

上述专利的技术方案实现了复杂的风电场以及差异化的机组条件下风力发电频率的稳定；除上述专利的技术方案外，是否拥有适当的控制策略，根据频率的偏差值和变化率，采用不同的出力模式，仍然对电网频率的调节稳定有着影响，若控制策略不适当，则会使电网频率的调节不稳定，同时可能对电网的安全和电池的使用寿命造成影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种MW级电池储能一次调频控制方法及系统，针对电网调频需求，结合了惯性控制与下垂控制参与系统一次调频的协调控制策略，有效的减小了一次调频对火电机组的备用容量需求，提升了对电网频率的调节效果，使电网频率更加稳定，同时提高了电网的安全性和电池的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种MW级电池储能一次调频控制方法，包括如下步骤：

S1、监测电网频率，对电网频率进行实时监测；

S2、计算频率变化，计算电网频率与基准频率的频率偏差值以及电网频率与基准频率的频率变化率；

S3、设定边界值，设定频率变化边界值以及频率偏差边界值；

S4、惯性控制，当电网频率与基准频率的频率变化率大于频率变化边界值，且电网频率与基准频率的频率偏差值增大时，则惯性控制启动；

S5、下垂控制，当电网频率与基准频率的频率偏差值大于频率偏差边界值，且电网频率与基准频率的频率偏差值减小时，则下垂控制启动，惯性控制闭锁。

进一步，基于S2和S3，当电网频率与基准频率的频率变化率标幺化后的绝对值小于频率变化边界值的标幺值，且电网频率与基准频率的频率偏差值标幺化后的绝对值小于频率偏差边界值的标幺值时，惯性控制和下垂控制均闭锁，反之，则根据控制策略采用惯性控制与下垂控制协调参与一次调频。

进一步，频率变化边界值的标幺值为0.0003，频率偏差边界值的标幺值为0.00066。

进一步，控制策略如下：

当频率偏差值超过频率偏差边界值的标幺值时，但频率变化率未超过频率变化边界值的标幺值时，则仅采用下垂控制；

当频率偏差值未超过频率偏差边界值的标幺值时，但频率变化率超过频率变化边界值的标幺值时，则仅采用惯性控制；

当系统频率偏差超过频率偏差边界值的标幺值，同时频率变化率超过频率变化边界值的标幺值且频率偏差值在增大时，则同时采用惯性控制和下垂控制。

进一步，对电池的可释放容量以及电池可释放的最大容量实时监测，基于电池的可释放容量以及电池可释放的最大容量计算电池的荷电状态；同时对电池的最大容量实时监测，基于电池的最大容量和电池的额定容量计算电池的健康状态。

进一步，基于储能单元的荷电状态和健康状态计算储能单元的优先级，并对储能单元的优先级进行排序，储能单元根据优先级排序动态调节下垂控制的出力大小。

一种MW级电池储能一次调频控制系统，包括：

电网频率监测模块，用于对电网频率进行实时监测；

频率变化计算模块，用于计算电网频率与基准频率的频率偏差值以及电网频率与基准频率的频率变化率；

边界值设定模块，用于设定频率变化边界值以及频率偏差边界值；

惯性控制模块，用于根据控制策略进行惯性控制；

下垂控制模块，用于根据控制策略进行下垂控制。

进一步，还包括：

荷电状态采集模块，用于采集电池的荷电状态；

健康状态采集模块，用于采集电池的健康状态；

优先级模块，用于基于电池的荷电状态和健康状态对储能单元进行优先级排序。

进一步，下垂控制模块基于优先级模块对储能单元的优先级排序，动态调节下垂控制的出力大小。

采用上述方案后实现了以下有益效果：

1、本发明在电池储能参与一次调频的情况下，提升了电网频率的调节效果，保证了电网安全有效运行。

2、本发明针对电网调频需求，结合了惯性控制与下垂控制参与系统一次调频的协调控制策略，有效的减小了对火电机组的备用容量需求，提高了的储能电池的使用寿命。

3、本发明对电池的荷电状态和健康状态进行采集，进而对各个储能单元的优先级进行计算并排序，基于优先级排序动态的控制储能单元下垂控制的出力大小，在使电网频率稳定的同时使储能电池处于健康安全的状态。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的系统示意图；

图3为本发明实施例的储能参与电网一次调频动态响应模型图；

图4为本发明实施例的储能采用虚拟惯性控制参与电网一次调频动态响应模型图；

图5为本发明实施例的储能采用虚拟下垂控制参与电网一次调频动态响应模型图；

图6为本发明实施例的频率偏差曲线图；

图7为本发明实施例的火电机组出力曲线图；

图8为本发明实施例的电池储能SOC变化曲线图；

图9为本发明实施例的电池储能出力变化曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

基本如附图1～附图9所示：

实施例1

一种MW级电池储能一次调频控制方法，包括如下步骤：

S1、监测电网频率，对电网频率f进行实时监测。

S2、计算频率变化，计算电网频率f与基准频率f

电网频率f与基准频率f

S3、设定边界值，设定频率变化边界的标幺值f

S4、惯性控制，当电网频率f与基准频率f

S5、下垂控制，当电网频率f与基准频率f

基于S2和S3，当电网频率f与基准频率f

控制策略如下：

当频率偏差值Δf超过0.00066时，但频率变化率(df/dt)未超过0.0003时，则仅采用下垂控制。

当频率偏差值Δf未超过0.00066时，但频率变化率(df/dt)超过0.0003时，则仅采用惯性控制。

当频率偏差值Δf超过0.00066，同时频率变化率(df/dt)超过0.0003且|Δf|在增大时，则同时采用惯性控制和下垂控制。

而常规的策略是以频率偏差值Δf作为电池储能采用下垂控制和惯性控制的边界，即常规策略在频率偏差值Δf小于0.00066时，既不采用惯性控制也不采用下垂控制。

本实例基于MATLAB仿真平台搭建某区域网络模型展开仿真验证。为了验证本实施例在多个储能电站参与一次调频场景中的可行性，选取某区域电网作为研究对象，相应的调频仿真模型如图3，其中系统额定容量为1000MW，电池储能容量分别为5MW·1h，初始SOC设置为0.5。

在仿真模型运行30s节约负荷波动，得到频率偏差结果如下图6所示，火电机组出力曲线、电池储能SOC曲线、电池储能出力曲线分别如图7、图8和图9所示。从结果图中可以看出，相比常规策略，本方案不仅使系统频率偏差的波动幅值大大减小，且在提升电池储能的响应速度方面也又具有一定优势。

实施例2：

与实施例1的不同之处仅在于，还对电池的可释放容量Q

同时对电池的最大容量Q2

基于储能单元的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)计算储能单元的优先级,对储能单元的优先级进行排序:

K为优先系数；S

实施例3：

一种MW级电池储能一次调频控制方法，包括：

电网频率监测模块，用于对电网频率进行实时监测；

频率变化计算模块，用于计算电网频率与基准频率的频率偏差值以及电网频率与基准频率的频率变化率；

边界值设定模块，用于设定频率变化边界值以及频率偏差边界值；

惯性控制模块，用于根据控制策略进行惯性控制；

下垂控制模块，用于根据控制策略进行下垂控制。

具体实施过程如下：电网频率监测模块实时监测电网的实时频率，并将实时频率发送至频率变化计算模块，频率变化计算模块计算电网频率与基准频率的频率偏差值以及电网频率与基准频率的频率变化率，并将结果发送至惯性控制模块和下垂控制模块，惯性控制模块和下垂控制模块结合边界设定模块设定的频率变化边界值以及频率偏差边界值，并基于控制策略，对电网频率进行惯性控制或下垂控制。

实施例4：

与实施例3的不同之处仅在于，还包括：

荷电状态采集模块，用于采集电池的荷电状态；

健康状态采集模块，用于采集电池的健康状态；

优先级模块，用于基于电池的荷电状态和健康状态对储能单元进行优先级排序。

具体实施过程如下：荷电状态采集模块对电池的可释放容量以及电池可释放的最大容量实时监测，计算电池的荷电状态(SOC)，并将其发送至优先级模块；健康状态采集模块对电池的最大容量实时监测，基于电池的最大容量和电池的额定容量计算电池的健康状态(SOH)，并将其发送至优先级模块；优先级模块对各储能单元的优先级系数进行计算并排序，下垂控制模块基于优先级模块对储能单元的优先级排序，动态调节下垂控制的出力大小。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。