储能系统辅助火电机组调频控制方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种储能系统辅助火电机组调频控制方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.近年来，以风电、光伏为代表的间歇式新能源大规模接入电网，加剧了源网荷功率不平衡，因此对电力系统的频率调节能力提出了更高的要求。传统火电机组参与调频时深受响应时间长、调节速率慢、调节精度差等限制，使得当前电网快速调频资源十分缺乏。其中，电池储能系统(bess)凭借其快速充放电的特性，因而可以作为辅助元件来改善火电机组参与自动发电控制(agc)调频的性能。
3.然而，在实际应用中，为平抑快速波动的电网不平衡功率，电网下发的agc指令日趋复杂且频繁突变，致使调频火电机组调速器频繁连续反向动作，增加了火电机组的磨损，进而导致系统的运行性能变差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种储能系统辅助火电机组调频控制方法、装置、设备及介质，以解决现有技术中电池储能系统参与调频时，由于agc指令复杂，导致调频火电机组调速器频繁连续反向动作，进一步增加火电机组的磨损和使得系统运行性能变差的问题。
5.为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种储能系统辅助火电机组调频控制方法，包括：
6.从多个预设时段中提取历史agc指令的特征时刻和所述特征时刻下的特征功率，对所述特征功率进行预处理，得到每个预设时段中历史agc指令的第一特征趋势；
7.根据每个预设时段的动态更新时刻，对所述第一特征趋势进行动态更新，得到第二特征趋势；
8.根据每个预设时段的实时修正时刻，对所述第二特征趋势进行实时修正，得到第三特征趋势；
9.通过机组运行状态、爬坡功率限制及所述第三特征趋势，确定火电机组调频功率指令，并控制所述火电机组进行响应；
10.通过实际agc指令与所述火电机组响应的结果，确定储能系统调频功率指令，并控制所述储能系统进行响应。
11.进一步地，利用sdt算法从多个预设时段中提取历史agc指令的特征时刻和所述特征时刻下的特征功率。
12.进一步地，所述sdt算法中的压缩偏移量为火电机组的最大爬坡功率。
13.进一步地，利用线性差值法对所述特征功率进行预处理。
14.进一步地，所述根据每个预设时段的动态更新时刻，对所述第一特征趋势进行动态更新，包括：
15.计算实际agc指令中的功率与所述动态更新时刻中的特征功率的差值，并判断所述差值是否大于预设阈值；
16.若是，则将当前动态更新时刻中的特征功率更新为所述实际agc指令；
17.若否，则保持当前动态更新时刻中的特征功率。
18.进一步地，所述根据每个预设时段的实时修正时刻，对所述第二特征趋势进行实时修正，包括：
19.获取实时修正时刻中的实际agc指令，计算所述实际agc指令中任意两个相邻时刻的功率偏差；
20.判断所述功率偏差是否大于所述火电机组的最大爬坡功率；
21.若是，则当前实时修正时刻中的特征功率修正为实际agc指令中的功率；
22.若否，则保持当前实时修正时刻中的特征功率。
23.进一步地，在所述通过实际agc指令与所述火电机组响应的结果，确定储能系统调频功率指令，并控制所述储能系统进行响应之后，还包括控制所述火电机组参与二次调频。
24.本发明还提供了一种储能系统辅助火电机组调频控制装置，包括：
25.第一特征趋势获取单元，用于从多个预设时段中提取历史agc指令的特征时刻和所述特征时刻下的特征功率，对所述特征功率进行预处理，得到每个预设时段中历史agc指令的第一特征趋势；
26.动态更新单元，用于根据每个预设时段的动态更新时刻，对所述第一特征趋势进行动态更新，得到第二特征趋势；
27.实时修正单元，用于根据每个预设时段的实时修正时刻，对所述第二特征趋势进行实时修正，得到第三特征趋势；
28.火电机组调频功率指令确定单元，用于通过机组运行状态、爬坡功率限制及所述第三特征趋势，确定火电机组调频功率指令，并控制所述火电机组进行响应；
29.储能系统调频功率指令确定单元，用于通过实际agc指令与所述火电机组响应的结果，确定储能系统调频功率指令，并控制所述储能系统进行响应。
30.本发明还提供了一种终端设备，包括：
31.一个或多个处理器；
32.存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
33.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任一项所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法。
34.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法。
35.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
36.本发明通过使用sdt算法和线性插值方法对历史agc指令进行处理，可以得到agc指令的初步特征趋势，能够表征相应时段的实际agc指令的大致变化趋势，同时结合火电机组的爬坡功率特性考虑压缩偏移量e的取值，便于对火电机组的出力进行合理安排。通过对初步特征趋势进行动态更新，可以减小大多数时刻特征趋势与实际agc指令之间的偏差。通过对更新后的特征趋势进行实时修正，可以保证特征趋势曲线与实际agc指令几乎重合，改善了修正后特征趋势仍然存在部分时刻偏差较大的问题。通过引入agc指令特征趋势确定
火电机组的调频功率指令，可以减少火电机组的连续反向爬坡次数，进而减少设备磨损，提高储能辅助火电机组参与二次调频的运行性能。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明某一实施例提供的储能系统辅助火电机组调频控制方法的流程示意图；
39.图2为本发明又一实施例提供的储能系统辅助火电机组调频控制方法的流程示意图；
40.图3为本发明某一实施例提供的bess辅助单台火电机组调频控制架构；
41.图4为本发明某一实施例提供的sdt提取、动态更新及实时修正后的特征趋势；
42.图5为本发明某一实施例提供的将过去1天、2天、3天特征时刻作为更新时刻的特征趋势；
43.图6为本发明某一实施例提供的火电机组跟踪agc特征趋势与实际agc指令对比；
44.图7为本发明某一实施例提供的bess响应功率指令结果；
45.图8为本发明某一实施例提供的基于agc指令特征趋势的储能辅助火电机组调频结果；
46.图9为本发明某一实施例提供的储能系统辅助火电机组调频控制装置的结构示意图。
具体实施方式
47.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作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。
48.应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
49.应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
50.术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
51.术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
52.第一方面：
53.请参阅图1
‑
2，本发明某一实施例提供了一种储能系统辅助火电机组调频控制方法，包括：
54.s10、从多个预设时段中提取历史agc指令的特征时刻和所述特征时刻下的特征功率，对所述特征功率进行预处理，得到每个预设时段中历史agc指令的第一特征趋势；
55.需要说明的是，在执行步骤s10之前，需要先对bess辅助单台火电机组调频控制架构进行设计。如图3所示，首先电力调度中心将agc指令下发给火储调频系统控制中心；然后控制中心结合实际agc指令，并根据相应时段修正后的agc指令特征趋势、机组运行状态及爬坡限制，确定机组承担的调频功率，并下发给dcs执行；与此同时，火储调频系统控制中心根据agc指令和火电机组响应特征趋势的实际情况，确定bess承担的调频功率指令，并下发给bms，bms通过控制双向变流器控制储能电池的充放电功率，完成调控；
56.进一步地，在步骤s10中，利用sdt算法提取出日前每小时时段agc指令的特征时刻和对应的功率数据点，并对其进行线性插值处理，得到每个预设时段中历史agc指令的第一特征趋势；其中，sdt算法计算步骤如下：
57.1)初始化：
[0058][0059]
式中，t0和x0分别为初始时刻及对应的数据值；t1和x1分别为第1个时刻及对应的数据值；k
1d
和k
2d
分别为上、下支点门斜率的初始值；e为压缩偏移量；
[0060]
2)计算斜率：
[0061][0062]
式中：t
j
和x
j
分别为第j个时刻及对应的数据值；t
k
和x
k
分别为第k个时刻及对应的数据值；
[0063]
3)斜率更新：
[0064][0065]
4)数据提取：
[0066]
k
1d
≥k
2d
ꢀꢀꢀ
(4)
[0067]
若满足式(4)，则将前一时刻t
j
‑1的数据值x
j
‑1作为特征数据进行记录，并返回步骤2)，否则返回步骤3)；
[0068]
4.1)偏差量e值选取：
[0069]
压缩偏移量e直接决定了特征数据的提取结果，若e取值过大，提取到特征数据很
少，导致原始信息的大量丢失；当e取值过小，将提取到大量的冗余信息；本发明实施例将提取到的agc特征趋势用于安排火电机组的预出力，故需结合火电机组出力特性决定偏移量e的取值；
[0070]
4.2)线性插值处理：
[0071]
使用sdt算法提取出每个时段的特征时刻及对应的功率数据点后，对每个时段的功率数据点进行线性插值处理，即为每个时段agc指令的初步特征趋势；
[0072]
首先将e取为p
rmax
，如果要对今天6:00—7:00的agc指令趋势进行预测，则利用sdt算法提取出前一天6:00—7:00内900个agc指令的特征数据点，每个特征数据点对应的时刻和数值分别为特征时刻和特征功率值。对特征数据点进行线性插值，即可得到非特征时刻下的特征数据值。将非特征数据点插入到特征数据点中，得到的曲线即为今天该时段内agc指令的特征趋势，如图4所示；将e多次取为与火电机组最大爬坡功率相关的值，利用sdt算法进行特征趋势的提取，结果表明，偏移量e取为火电机组的最大爬坡功率p
rmax
时特征趋势提取效果最佳。
[0073]
s20、根据每个预设时段的动态更新时刻，对所述第一特征趋势进行动态更新，得到第二特征趋势；
[0074]
在本步骤中，主要是对每个预设时段的第一特征趋势进行动态更新，其主要做法是在预设时段中提取子时段特征时刻，然后将子时段特征时刻与之前提取的特征时刻取并集，得到该时段内特征趋势的动态更新时刻。
[0075]
在某一实施例中，动态更新时刻的选取方法可以为：在基于sdt算法对agc指令特征趋势进行初步提取的基础上，进一步取前2天和前3天各个时段内agc历史数据，再次通过sdt算法获取前2天和前3天agc指令的特征时刻，将获取的特征时刻与日前相应时段的特征时刻取并集以形成该时段内特征趋势的动态更新时刻。
[0076]
进一步地，动态更新方式为：在确定动态更新时刻后，计算对应时刻下特征功率值与电网实际下发agc指令的偏差，如果偏差超过设定的阈值，则将该时刻的特征功率值修正为实际agc指令，否则仍保持原特征功率值，即动态更新方法为：
[0077][0078]
式中，调频功率p
f,t
为t时刻agc指令的特征功率值，p
s,t
为t时刻电网下发的实际agc指令，m为阈值，其大小为3
×
106；
[0079]
进一步地，将过去1天、2天和3天6:00—7:00历史agc数据所提取的特征时刻作为更新时刻对特征趋势进行动态更新，结果如图4所示；
[0080]
为进一步解释动态更新方法，采用过去1天、2天、3天特征时刻作为更新时刻对初步特征趋势进行动态更新后的结果如图5所示；
[0081]
当动态更新后的特征功率值与该时刻实际agc指令的偏差位于储能系统的最大充/放电功率范围内，视为该时刻更新后的特征功率值准确，否则视为不准确。通过计算一个小时内准确的特征功率值个数与该小时内特征功率值个数的比值，即为动态更新后的特征趋势准确率。采用过去1天、2天和3天的agc指令特征时刻作为更新时刻对特征趋势进行动态更新后，特征趋势的准确率及更新时刻个数如下表1所示；
[0082]
表1动态更新后特征趋势准确率及对应的更新时刻个数
[0083][0084]
通过表1可知，将过去3天对应一个小时的agc指令特征时刻作为更新时刻，能够有效地提高更新后特征趋势的准确率，达到了90.44％；因此使用3天的特征时刻作为更新时刻。
[0085]
s30、根据每个预设时段的实时修正时刻，对所述第二特征趋势进行实时修正，得到第三特征趋势；
[0086]
在本步骤中，主要利用实际下发的agc指令在相邻两个时刻的偏差与最大爬坡功率的大小关系进行修正，具体地，修正方法为：
[0087]
若实际下发的agc指令在相邻两个时刻的偏差超过了火电机组最大爬坡功率，即认为实际agc指令发生突变，则将该时刻的功率值修正为突变后的agc指令，否则仍保持原功率值不变，即修正公式为：
[0088][0089]
实时修正后的特征趋势如图4所示。总结最终特征趋势形成过程，呈现如下特点：
[0090]
a)利用sdt算法提取的特征趋势表征了实际agc指令的大致变化趋势，经过动态更新后，大多数时刻下的特征趋势与实际agc指令的偏差值明显变小，比如在1080s时sdt算法提取出的特征趋势与实际agc指令偏差约为36mw，而动态更新后的特征趋势与实际agc指令几乎相等，不过动态更新后特征趋势在某些时刻仍然存在一定偏差；
[0091]
b)继续引入实时修正后，特征趋势曲线与实际agc指令较好吻合，基本改善了动态更新后特征趋势部分时刻偏差较大的问题，比如2056s时动态更新后特征趋势与实际agc指令偏差约为35mw，而实时修正后偏差接近于零；由此可见，对sdt算法提取的特征趋势进行动态更新及实时修正后，确实有效提高了对于特征趋势的预测准确率。
[0092]
s40、通过机组运行状态、爬坡功率限制及所述第三特征趋势，确定火电机组调频功率指令，并控制所述火电机组进行响应；
[0093]
本步骤中，当修正后特征趋势高于上一时刻火电机组出力并且偏差超过火电机组最大爬坡速率时，火电机组以最大爬坡功率向上爬坡；当修正后特征趋势低于上一时刻火
电机组出力并且偏差超过火电机组最大爬坡速率时，火电机组以最大爬坡功率向下爬坡；如果修正后特征趋势与上一时刻火电机组偏差在最大爬坡范围之内，则其调频功率为修正后特征趋势。故火电机组的调频功率指令为：
[0094][0095]
式中，p
the,t
‑1为火电机组上一时刻的出力，p
fmh,t
为t时刻火电机组的调频功率指令。
[0096]
s50、通过实际agc指令与所述火电机组响应的结果，确定储能系统调频功率指令，并控制所述储能系统进行响应。
[0097]
在本步骤中，电池储能系统的调频功率指令为：
[0098]
p
fmb,t
＝p
s,t
‑
p
fmh,t
ꢀꢀꢀ
(8)
[0099]
式中，p
fmb,t
为t时刻电池储能系统的调频功率指令。
[0100]
本发明实施例使用sdt算法和线性插值方法对历史agc指令进行处理，通过对初步特征趋势进行动态更新，可以减小大多数时刻特征趋势与实际agc指令之间的偏差；通过对更新后的特征趋势进行实时修正，可以改善修正后特征趋势仍然存在部分时刻偏差较大的问题；通过引入agc指令特征趋势确定火电机组的调频功率指令，可以减少火电机组的连续反向爬坡次数，进而减少设备磨损，提高储能辅助火电机组参与二次调频的运行性能。
[0101]
为了进一步理解本发明，并验证调频控制方式的有效性，在某一实施例中，利用某电厂的agc指令对协调控制方式进行仿真。以某燃煤电厂某台330mw调频机组作为研究对象，其爬坡速率为20％/min。bess选用锂离子电池，其规模为10mw/5mwh。选取火储系统去跟踪冬季某天6:00—7:00时段波动较大的agc指令。
[0102]
具体地，将火电机组跟踪实时修正后agc指令特征趋势与火电机组直接跟踪实际agc指令进行仿真对比，结果如图6所示。由图6的仿真结果可知，本发明下火电机组实现了对于agc指令特征趋势的高精度跟踪。当火电机组出力满足式(9)时记为一次连续反向爬坡：
[0103]
(p
the,t
‑
p
the,t
‑1)
·
(p
the,t
‑1‑
p
the,t
‑2)<0
ꢀꢀꢀ
(9)
[0104]
由图5可知，火电机组直接跟踪agc指令的连续反向爬坡次数为216次，而本发明下爬坡次数仅为28次，由此大大减少了火电机组的连续反向爬坡次数，有效改善了火电机组连续反向爬坡的问题，减少了设备磨损，提高了调频系统的运行性能。
[0105]
进一步地，bess跟踪其调频功率指令的整体结果如图7所示。由图7的仿真结果可知，bess基本实现了对于功率指令的准确跟踪，但部分时刻由于bess的调频功率指令过大，超出了bess在该时刻下的最大充放电功率，导致bess无法实现完全跟踪。
[0106]
进一步地，bess辅助火电机组响应agc指令的结果如图8所示。由图8的仿真结果可知，基于agc指令特征趋势的储能辅助火电机组调频控制方式能够准确、快速地跟踪电网下发的agc指令，与此同时，还改善了传统火储调频控制方式中火电机组连续反向爬坡次数较多的问题。
[0107]
第二方面：
[0108]
请参阅图9，本发明某一实施例还提供了一种储能系统辅助火电机组调频控制装置，包括：
[0109]
第一特征趋势获取单元01，用于从多个预设时段中提取历史agc指令的特征时刻和所述特征时刻下的特征功率，对所述特征功率进行预处理，得到每个预设时段中历史agc指令的第一特征趋势；
[0110]
动态更新单元02，用于根据每个预设时段的动态更新时刻，对所述第一特征趋势进行动态更新，得到第二特征趋势；
[0111]
实时修正单元03，用于根据每个预设时段的实时修正时刻，对所述第二特征趋势进行实时修正，得到第三特征趋势；
[0112]
火电机组调频功率指令确定单元04，用于通过机组运行状态、爬坡功率限制及所述第三特征趋势，确定火电机组调频功率指令，并控制所述火电机组进行响应；
[0113]
储能系统调频功率指令确定单元05，用于通过实际agc指令与所述火电机组响应的结果，确定储能系统调频功率指令，并控制所述储能系统进行响应。
[0114]
可以理解的是，该储能系统辅助火电机组调频控制装置的功能模块01
‑
05分别用于执行步骤s10
‑
s50，且在执行步骤时通过对初步特征趋势进行动态更新，可以减小大多数时刻特征趋势与实际agc指令之间的偏差；通过对更新后的特征趋势进行实时修正，可以改善修正后特征趋势仍然存在部分时刻偏差较大的问题；通过引入agc指令特征趋势确定火电机组的调频功率指令，可以减少火电机组的连续反向爬坡次数，进而减少设备磨损，提高储能辅助火电机组参与二次调频的运行性能。
[0115]
第三方面：
[0116]
本发明某一实施例还提供了一种终端设备，包括：
[0117]
一个或多个处理器；
[0118]
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
[0119]
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所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法。
[0120]
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的储能系统辅助火电机组调频控制方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read
‑
only memory，简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read
‑
only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read
‑
only memory，简称prom)，只读存储器(read
‑
only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
[0121]
终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(application specific 1ntegrated circuit，简称as1c)、数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device,简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上
述任一项实施例所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
[0122]
本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的储能系统辅助火电机组调频控制方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
[0123]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。