一种基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法与流程

技术领域:

本发明涉及电池储能电源系统，具体涉及一种基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法。

背景技术：
：

电网频率是电能质量三大指标之一，确保电网频率稳定及电网频率的合格是电网调度运行的重要任务之一。风电、光伏等波动性、不确定新能源迅速发展，其大规模发电并网对电网调频能力发出挑战。

传统常规电网调频由水电、火电机组完成，随着可再生能源的大规模发电并网，传统调频电源的缺点开始显露：火电机组响应时滞长，其一次调频受蓄热等问题限制，二次调频量受机组爬坡速度和各类延时的影响；水电机组受季节和地域影响较大。针对这些问题，虽然可以通过增加机组容量进行弥补，但无法从根本上解决问题且其成本较高，且波动性新能源的高比例渗透，加大了电网频率的波动频率，造成幅值小而波动频繁的调频场景需求更为常见，依靠传统调频电源来承担所有的调频任务会加剧机组的磨损，也会降低经济性。

目前，储能行业在液流电池、锂离子电池、钠镍电池等电化学电池及压缩空气、相变储热等物理储能技术方面取得了大量突破，全固态电池、锂硫电池、锂空气电池、液态金属电池、p2g等多种新技术也获得巨大进展；储能电源参与调频具有响应迅速、功率指令跟踪准确等特点，将储能引入电网，辅助传统调频电源完成调频是电网调频的有效途径。但其与传统二次调频电源协同作用，并进行优化配置完成电网二次调频的控制方法是亟待解决的问题。

技术实现要素：
：

本发明提出了一种基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法，其目的是提供一种电池储能电源系统辅助传统二次调频电源对电网频率进行调整的方法，以两层规划确定调节周期内电池储能电源系统的最优容量配置，从而协同传统调频电源对电网进行频率调整，以保持调频暂态性能和稳态性能、电池储能电源系统具有较好的充/放电能力，优化配置储能容量，提高电网频率稳定性。具体技术方案如下：

一种基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法，电池储能电源系统由pcs控制模块进行出力控制，经断路器和变压器并入电网；包括以下几个步骤：

步骤1：实时采集电网的区域控制偏差ace信号、电网二次调频的功率需求△pagc数据，以及从电池储能电源系统管理系统获得的电池荷电状态soc数据；

步骤2：判断区域控制偏差ace是否越过调频死区，是则转步骤3，否则转步骤6；死区范围为aced≤ace≤aceu，所述aceu为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述aced为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

步骤3：

当ace<aced时，且soc≤socmin时，转步骤4；

当ace<aced时，且soc>socmin时，转步骤5；

当ace>aceu时，且soc≥socmax时，转步骤4；

当ace>aceu时，且soc<socmax时，转步骤5；

步骤4：电池储能电源系统不动作，由传统二次调频电源动作，

电池储能系统出力：pbattery＝0，

传统二次调频电源出力：pgeneration＝△pagc，然后返回步骤1；

步骤5：电池储能电源系统与传统二次调频电源协同作用，完成电网二次调频的协调控制；具体动作方案由如下双层规划的方法确定：

首先，第一层规划：以调频指标最优为目标，进行规划寻优，得到电池储能电源系统的一系列pi及可达到的最优调频效果指标值；

在此基础上，第二层规划：以容量配置最经济为目标，以第一层规划所确定的一系列pi及最优调频效果指标值为技术约束，进行寻优，确定其最佳容量配置；

电池储能电源系统出力：pbattery

传统二次调频电源出力：pgeneration＝△pagc-pbattery；

然后返回步骤1；

步骤6：电池储能电源系统不出力；然后返回步骤1。

作为优选方案，所述步骤5中的第一层次规划具体过程如下：

目标函数：minfd

调频效果评价指标：

△fi＝fi-fn；

电池储能电源系统参与电网调频方式设置为定下垂控制方式：

pi＝-k·δfi

其中，fd为定义的调频效果评价指标，n为采样调频过程中的采样次数，对应△fi为调频过程中对应第i次采样的系统频率偏差值，fi为调频过程中对应第i次采样的系统频率值，偏离标准频率fn即50hz的偏差值；k为电池储能电源系统参与调频的单位调节系数；pi为电池储能电源系统参与调频的出力值；

约束条件如下：

调频电源的出力限制约束：

[db(i)]d≤d_b(i)≤[db(i)]u，

[dg(i)]d≤d_g(i)≤[dg(i)]u，

[db(i)]d为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量下限，d_b(i)为电池储能电源系统参与电网二次调频的容量，[db(i)]u为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量上限；[dg(i)]d为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量下限，d_g(i)为传统二次调频电源参与电网调频的容量，[dg(i)]u为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量上限；

荷电状态soc限制：

socmin≤soc(i)≤socmax，

充放电次数n：

0≤n≤nmax，

其中：

pb为电池储能电源系统的实时出力，eb.rate为电池储能电源系统的额定容量；k为取值时刻，△t为调频过程中的频率采样周期，该值由电网调度采样数据确定，soc(k-1)为调频过程中(k-1)时刻的荷电状态值，soc(k)为调频过程中(k)时刻的荷电状态值，nmax为电池储能电源系统的最大充放电循环次数；

电池储能电源系统的额定容量：

pi为对应电池储能电源系统参与电网二次调频过程中的出力功率值；n为采样调频过程中的采样次数；erate为电池储能电源系统参与电网二次调频所需的额定容量；prate为电池储能电源系统参与电网二次调频所需的额定功率。

作为进一步优选方案，所述步骤5中的第二层次规划具体过程如下：

目标函数：min{erate}

prate＝max{i＝0，…，n丨p(i)}；

约束条件如下：

min{fd}±10％，

二次调频电池储能电源系统的出力限制约束：

[db(i)]d≤d_b(i)≤[db(i)]u，

[dg(i)]d≤d_g(i)≤[dg(i)]u，

[db(i)]d为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量下限，d_b(i)为电池储能电源系统参与电网二次调频的容量，[db(i)]u为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量上限；[dg(i)]d为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量下限，d_g(i)为传统二次调频电源参与电网调频的容量，[dg(i)]u为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量上限；

充放电次数：0≤n≤nmax；

充放深度限制：socmin≤soc(i)≤socmax，

其中：

与现有技术比，本发明的有益效果为：

(一)本发明通过利用两层规划的方法，对电池储能电源系统辅助传统二次调频电源的动作方案进行优化规划，对区域电网二次调频ace信号进行调整。第一层规划以调频效果最优为目标，以电池储能电源系统及传统二次调频电源的出力限制为约束；第二层规划则以第一层规划确定的技术指标为技术约束，结合电池储能电源系统及传统二次调频电源的出力限制约束，以电池储能电源系统的容量配置最优为目标进行寻优，确定其参与协助二次调频的动作指令，得到的最佳容量(功率/容量)配置结果；根据电网调度控制中心下发agc指令，实现ace信号在电池储能电源系统与传统二次调频电源之间分配，分配给传统二次调频电源或者电池能量管理系统(ems)，分别控制传统二次调频电源与电池储能电源系统，二者协同动作，使得电网区域控制偏差恢复到调频死区范围，在提高电网二次调频的暂态和稳态性能的同时，减小了电池储能电源系统所需配置的容量，并一定程度上缓解传统调频电源的频繁启动。

(二)能有效完成这些幅值小而波动频繁的调频任务，与传统调频电源有效配合，实现最优配置，参与辅助电网调频能有效改善电网频率问题，推迟设备容量升级，提高设备利用率，节省设备更新的费用。

附图说明：

图1为本发明提供的基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法的总流程图。

图2为本发明提供的基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频第一层规划方法的流程图。

图3为本发明提供的基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频第二层规划方法的流程图。

具体实施方式：

实施例：

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本发明的主要思路是：首先从电网调控中心获取区域控制偏差ace(areacontrolerror)信号，结合区域控制偏差ace信号及电池储能电源系统的荷电状态soc对运行工况进行划分，判定电池储能电源系统参与电网二次调频时，利用基于两层规划的方法控制电池储能电源系统的出力，采用以调频效果最优为目标，以电池储能电源系统及传统调频电源的出力限制为约束的第一层规划确定电池储能电源系统参与调频的技术指标值，第二层规划则以第一层规划确定的技术指标为技术约束，结合电池储能电源系统及传统调频电源的出力限制约束，以电池储能电源系统的容量配置最优为目标进行规划寻优，确定其参与协助调频的动作指令，利用从第一层规划到第二层规划的研究，得到最佳容量(功率/容量)的配置结果；再根据电网调度控制中心下发agc指令经由协调控制模块，分配给传统调频电源或者电池能量管理系统(ems)，分别控制传统调频电源与电池储能电源系统的协同动作，完成二次调频过程。

一种基于两层规划的电池储能电源系统参与电网二次调频的控制方法，电池储能电源系统由pcs控制模块进行出力控制，经断路器和变压器并入电网；包括以下几个步骤：

步骤1：实时采集电网的区域控制偏差ace信号、电网二次调频的功率需求△pagc数据，以及从电池储能电源系统管理系统获得的电池荷电状态soc数据；

步骤2：判断区域控制偏差ace是否越过调频死区，是则转步骤3，否则转步骤6；死区范围为aced≤ace≤aceu，所述aceu为区域控制偏差信号的调节死区上限值，所述aced为区域控制偏差信号的调节死区下限值；

步骤3：

当ace<aced时，且soc≤socmin时，转步骤4；

当ace<aced时，且soc>socmin时，转步骤5；

当ace>aceu时，且soc≥socmax时，转步骤4；

当ace>aceu时，且soc<socmax时，转步骤5；

步骤4：电池储能电源系统不动作，由传统二次调频电源动作，

电池储能系统出力：pbattery＝0，

传统二次调频电源出力：pgeneration＝△pagc，然后返回步骤1；

步骤5：电池储能电源系统与传统二次调频电源协同作用，完成电网二次调频的协调控制；具体动作方案由如下双层规划的方法确定：

首先，第一层规划：以调频指标最优为目标，进行规划寻优，得到电池储能电源系统的一系列pi及可达到的最优调频效果指标值；

在此基础上，第二层规划：以容量配置最经济为目标，以第一层规划所确定的一系列pi及最优调频效果指标值为为技术约束，进行寻优，确定其最佳容量配置；

电池储能电源系统出力：pbattery

传统二次调频电源出力：pgeneration＝△pagc-pbattery；

然后返回步骤1；

步骤6：电池储能电源系统不出力；然后返回步骤1。

上述步骤5中的第一层次规划具体过程如下：

目标函数：minfd

调频效果评价指标：

△fi＝fi-fn；

电池储能电源系统参与电网调频方式设置为定下垂控制方式：

pi＝-k·δfi

其中，fd为定义的调频效果评价指标，n为采样调频过程中的采样次数，对应△fi为调频过程中对应第i次采样的系统频率偏差值，fi为调频过程中对应第i次采样的系统频率值，偏离标准频率fn即50hz的偏差值；k为池储能电源参与调频的单位调节系数；pi为池储能电源参与调频的出力值；

约束条件如下：

调频电源的出力限制约束：

[db(i)]d≤d_b(i)≤[db(i)]u，

[dg(i)]d≤d_g(i)≤[dg(i)]u，

[db(i)]d为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量下限，d_b(i)为电池储能电源系统参与电网二次调频的容量，[db(i)]u为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量上限；[dg(i)]d为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量下限，d_g(i)为传统二次调频电源参与电网调频的容量，[dg(i)]u为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量上限；

荷电状态soc限制：

socmin≤soc(i)≤socmax，

充放电次数n：

0≤n≤nmax，

其中：

pb为电池储能电源系统的实时出力，eb.rate为电池储能电源系统的额定容量；k为取值时刻，△t为调频过程中的频率采样周期，该值由电网调度采样数据确定，soc(k-1)为调频过程中(k-1)时刻的荷电状态值，soc(k)为调频过程中(k)时刻的荷电状态值，nmax为电池储能电源系统的最大充放电循环次数；

电池储能电源系统的额定容量：

pi为对应电池储能电源系统参与电网二次调频过程中的出力功率值；n为采样调频过程中的采样次数；erate为电池储能电源系统参与电网二次调频所需的额定容量；prate为电池储能电源系统参与电网二次调频所需的额定功率。

上述步骤5中的第二层次规划具体过程如下：

目标函数：min{erate}

prate＝max{i＝0，…，n丨p(i)}；

约束条件如下：

min{fd}±10％，

二次调频电池储能电源系统的出力限制约束：

[db(i)]d≤d_b(i)≤[db(i)]u，

[dg(i)]d≤d_g(i)≤[dg(i)]u，

[db(i)]d为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量下限，d_b(i)为电池储能电源系统参与电网二次调频的容量，[db(i)]u为电池储能电源系统参与电网二次调频的调频容量上限；[dg(i)]d为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量下限，d_g(i)为传统二次调频电源参与电网调频的容量，[dg(i)]u为传统二次调频电源参与电网调频的调频容量上限；

充放电次数：0≤n≤nmax；

充放深度限制：socmin≤soc(i)≤socmax，

其中：