一种储能参与电网一次调频的死区设置方法

1.本发明涉及一种死区设置方法，具体是一种储能参与电网一次调频的死区设置方法。


背景技术：

2.随着目标的提出，风电、光伏等新能源发电将进一步加快发展，电网中可再生清洁能源发电的渗透比例也将进一步提高，而该系列可再生能源发电具有波动性、间歇性的特点，其发电并网对电网的安全稳定运行发出挑战。同时，我国电力系统正逐步从以同步机组为主导的惯性系统过渡至以高比例非同步资源为主导的新型电力系统，同步机占比减少，其所能提供的惯性和一次调频容量持续降低，系统抗扰动能力不断下降，灵活调动资源需求不断增大。传统电力系统是“刚性”系统，其电能的产生和消费是实时同步实现和完成的，为实现该电能的供需实时匹配，传统电力系统是通过火电机组等热备用的形式进行调节。随着波动性可再生能源的发电比例提高，电网中传统的“热备用”资源已不足以满足调节需求，这时，储能等具有功率双向调节能力的“柔性”调节资源被广泛关注。
3.一次调频作为电网调频的第一阶段，对电网调频的效果起重要作用，同时，也对调频手段的快速性和有效性提出较高要求。储能作为电力电子设备，具有响应速度快、功率控制精准的优点，利用其参与电网调频具有显著的性能优势。利用储能的能量时空平移作用，对电网中电能进行存储和释放，可在一定程度上改变传统电力系统的刚性特点。其中，一次调频的死区设置是关系到电网调频作用时机和深度的重要环节，针对储能参与电网一次调频过程中的死区设置问题，这里提出一种储能参与电网一次调频的死区设置方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种储能参与电网一次调频的死区设置方法，解决了上述技术问题，通过结合分段函数因子和考虑储能荷电状态的自适应因子，将电网频率偏差信号进行“筛选”和“处理”，并有效反馈至储能系统，提高对电网频率偏差的反应度并维护储能系统的荷电状态，通过“信号源”的“筛选”和“处理”，使储能的动作过程和作用方式得到优化，避免后期因复杂控制算法而导致的储能效率降低，从而改善储能参与电网调频效果和提高储能运行使用寿命的效果，提高储能应用价值。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种储能参与电网一次调频的死区设置方法，所述死区设置方法通过分段线性环节模块和自适应环节模块，结合分段函数因子和考虑储能荷电状态的自适应因子，将电网频率偏差信号进行“筛选”和“处理”，同时考虑储能自身的荷电状态，并有效反馈对应信号至储能系统，提高储能对电网频率偏差的反应度并维护储能系统的荷电状态，进而将储能参与到电网调频的过程。
7.进一步地，所述分段线性环节模块是通过对电网频率偏差信号的采集、筛选和处理，提高储能对电网频率偏差的反应灵敏度。
8.进一步地，所述分段线性环节模块的筛选和处理主要是由该模块对信号区间分段以及在对应区间进行不同作用产生，具体如下：
9.1)线性分段区间：死区的分段函数设置将频率偏差的反馈分为三个阶段，即不需要的动作的1段[-d1，d1]，需要低幅度动作的2段(-d2，-d1)和(d1， d2)，以及需要高幅度动作的3段(∞，-d2]和[d2，∞)；
[0010]
2)三个阶段区间的作用函数如下：
[0011]
综合考虑储能系统功率响应的快速性和准确性特点，提出死区设置方法，分段线性环节模块的输入和输出关系为：
[0012][0013]
并以f
out-iv
＝f
in
×
β代表上式(1)，则β为线性分段作用函数因子的代指。
[0014]
进一步地，所述自适应环节模块是通过对储能自身荷电状态的检测，反馈到电网频率的采集输入中，提高储能参与电网调频应用的荷电状态维护效果。
[0015]
进一步地，所述自适应环节模块是考虑储能荷电状态的自适应因子α，主要包括充电因子和放电因子，具体如下：
[0016]
自适应因子α根据调频需求分为充电和放电两种需求，对应αc为充电时的单位调节功率，αd为放电时的单位调节功率，具体取值如下：
[0017][0018]
αc和αd的取值如下式：
[0019]
[0020][0021]
式中，soci为第i时刻的实时soc；soc
high
、soc0、soc
max
、soc
low
、soc
l
、soc
min
、为电池状态设定区域线；soc
max
和soc
min
为储能soc的最大值和最小值。
[0022]
进一步地，所述死区设置方法采用分段线性环节模块和自适应环节模块环节的结合方式，综合分段函数因子和考虑储能荷电状态因子的死区设置形式为： f
out
＝f
out
‑ⅳ
×
α。
[0023]
进一步地，为具化两个环节模块结合后的作用效果，采用正弦函数0.2sin(t) 作为输入信号，对比输出信号来展示死区。
[0024]
进一步地，所述死区设置方法应用于储能系统，结合储能系统自身的信号采集和输出功率控制执行，实现对储能系统参与电网调频的控制过程。
[0025]
本发明的有益效果：
[0026]
本发明提供一种提高储能参与电网调频应用效果，同时改善储能运行荷电状态的方法；该方法通过结合分段函数因子和考虑储能荷电状态的自适应因子，将电网频率偏差信号进行“筛选”和“处理”，并有效反馈至储能系统，提高对电网频率偏差的反应度并维护储能系统的荷电状态，通过“信号源”的“筛选”和“处理”，使储能的动作过程和作用方式得到优化，避免后期因复杂控制算法而导致的储能效率降低，从而改善储能参与电网调频效果和提高储能运行使用寿命的效果，提高储能应用价值。
附图说明
[0027]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0028]
图1是本发明提供的死区输入输出模型示意图；
[0029]
图2是本发明提供的死区环节作用原理过程图；
[0030]
图3是本发明死区环节作用分段函数的分段过程示意图；
[0031]
图4是本发明死区作用效果图；
[0032]
图5是本发明充电阶段αc的输出形式图；
[0033]
图6是本发明放电阶段αd的输出形式图。
具体实施方式
[0034]
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
本实施例提出一种储能参与电网一次调频的死区设置方法，该方法对应的死区输入输出模型如图1所示，对应的死区环节作用原理如图2所示，对应的死区环节作用分段函数的分段过程如图3所示。
[0036]
死区设置方法通过分段线性环节模块和自适应环节模块，结合分段函数因子和考虑储能荷电状态的自适应因子，将电网频率偏差信号进行“筛选”和“处理”，同时考虑储能自身的荷电状态，并有效反馈对应信号至储能系统，提高储能对电网频率偏差的反应度并在一定程度上维护储能系统的荷电状态，从而达到改善储能参与电网调频效果和提高储能运行使用寿命的效果，可提高储能应用价值。
[0037]
分段线性环节模块是通过对电网频率偏差信号的采集、筛选和处理，提高储能对电网频率偏差的反应灵敏度。其筛选和处理主要是由该模块对信号区间分段以及在对应区间进行不同作用产生，具体如下：
[0038]
1)线性分段区间：死区的分段函数设置将频率偏差的反馈分为三个阶段，即不需要的动作的1段[-d1，d1]，需要低幅度动作的2段(-d2，-d1)和(d1， d2)，以及需要高幅度动作的3段(∞，-d2]和[d2，∞)。(设置d1为0.01， d2为0.02)
[0039]
2)三段区间的作用函数如下：
[0040]
综合考虑储能系统功率响应的快速性和准确性特点，提出死区设置方法，分段线性环节模块的输入和输出关系为：
[0041][0042]
并以f
out-iv
＝f
in
×
β代表上式(1)，则β为线性分段作用函数因子的代指；
[0043]
其中，f
out-iv
分段线性环节模块的输出信号；f
in
为死区环节的采集输入信号， f
ref
为参考频率值，一般取50hz；d1、d2分别为死区设置的门槛值，d2＝m*d1，m为整数，取值为2；k为人为设定的“变换”参数，可根据负荷扰动工况进行调整k＝n*d1，n取值为1.5。
[0044]
自适应环节模块是通过对储能自身荷电状态的检测，反馈到电网频率的采集输入中，提高储能参与电网调频应用的荷电状态维护效果。其自适应环节模块，是考虑储能荷电状态的自适应因子，主要包括充电因子和放电因子，具体如下：
[0045]
由于死区的设置可通过死区模块进行设置，其作用是将对应的频率信号“筛选”和“处理”后反馈给储能系统，死区设置与储能自身荷电状态相关，可在一定程度上避免复杂的储能系统控制算法。其中自适应因子α根据调频需求可分为充电和放电两种需求，对应αc为充电时的单位调节功率，αd为放电时的单位调节功率，具体取值如下：
[0046][0047]
取αc和αd值如下式：
[0048][0049][0050]
式中，soci为第i时刻的实时soc；soc
high
、soc0、soc
max
、soc
low
、soc
l
、soc
min
、为电池状态设定区域线，分别取值为0.75,0.8,0.85，0.25,0.2,0.15，具体可根据所需效果进行参数值的调整；soc
max
和soc
min
为储能soc的最大值和最小值，取值为0.85和0.15，具体可根据所需效果进行参数值的调整，λ为固定值，本技术文根据试验比较λ取值为8。
[0051]
死区设置方法中还包括分段线性环节模块和自适应环节模块环节的结合方式。
[0052]
综合分段函数因子和考虑储能荷电状态因子的死区设置形式为：
[0053][0054]
其中：f
out
为死区环节的输出信号。
[0055]
为具化其作用效果，仍采用正弦函数0.2sin(t)作为输入信号，对比输出来展示死区的形式(soc状态不同，输出不同)：
[0056]
1)在[soc
high
，soc
low
]之间，αc和αd均为1，即不受soc影响，其作用形式如图4所示：
[0057]
2)在[soc
high
，soc
max
]，[soc
min
，soc
low
]之间，αc和αd会分别受到一定程度衰减，即死区环节输出的信号在原来分段函数基础上分别存在一定变形，具体表现形式如下：
[0058]
a)充电阶段αc的输出形式，如图5所示；
[0059]
b)放电阶段αd的输出形式，如图6所示：
[0060]
由图4至图6知，在该死区作用下，结合储能系统自身荷电状态，对信号进行一定变形。当储能系统soc处于[soc
high
，soc
max
]状态，对应死区环节将充电信号进行了一定衰减，而放电信号不变；同理，当储能系统soc处于[soc
min
，soc
low
] 状态，对应死区环节将放电信号进行了一定衰减，而充电信号不变，由此来实现储能系统的状态适应调整，提高简单下垂控制策略下储能系统的充放电特性。
[0061]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0062]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。