一种一次调频的控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电网调频技术领域，具体而言，涉及一种一次调频的控制方法及系统。


背景技术：

2.分布式能源的加入会对大电网造成一定的风险，面对这个风险，通常利用电力系统固有的负荷频率特性和发电机组调速器的作用，对电力系统的频率进行调节，也称电网一次调频。目前新能源场站通常利用储能进行一次调频，当储能无电或满电时无法支撑一次调频。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是如何使得储能始终具备一次调频能力。
4.为解决上述问题，本发明提供一种一次调频的控制方法，包括：获取一次调频时间的历史概率分布，根据预设概率和所述历史概率分布确定对应的一次调频时间；获取一次调频次数期望和储能额度容量，根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界；获取当前soc，将所述soc与所述上边界及所述下边界比较，根据比较结果控制储能充放电。
5.本发明所述的一次调频的控制方法，根据一次调频时间的历史概率分布确定一次调频时间，从而确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界，进而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，控制储能进行充电或放电从而为储能预留更大的调整空间，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力，达到随时具备支持一次调频能力的目的。
6.可选地，所述根据预设概率和所述历史概率分布确定对应的一次调频时间包括：根据所述历史概率分布分别确定第i预设概率pi对应的第i一次调频时间ti，其中，i＝1,2，...，n，n≥3，p1＜p2＜...＜pi,t1＜t2＜...＜ti。
7.本发明所述的一次调频的控制方法，根据历史概率分布分别确定第i预设概率pi对应的第i一次调频时间ti，从而可以根据t1、t2和tn来确定对应的一级、二级、n级上边界及一级、二级、n级下边界，以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
8.可选地，所述根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界包括：
9.根据第一公式确定所述下边界对应的soc，所述第一公式包括：
[0010][0011]
其中，soci分别表示i级所述下边界对应的soc，soc1＜soc2＜soc3，soc
l
表示储能下边界保护值，e表示所述一次调频次数期望，ti表示所述一次调频时间，pn表示光伏电站额定容量，10％*pn表示调频最大出力，c表示所述储能额度容量。
[0012]
本发明所述的一次调频的控制方法，根据第一公式确定一级、二级和三级下边界对应的soc1、soc2和soc3，从而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0013]
可选地，所述根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界还包括：
[0014]
根据第二公式确定所述上边界对应的soc，所述第二公式包括：
[0015][0016]
其中，soci’分别表示i级所述上边界对应的soc，soch表示储能上边界保护值。
[0017]
本发明所述的一次调频的控制方法，根据第二公式确定一级、二级和三级上边界对应的soc1’、soc2’和soc3’，从而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0018]
可选地，所述将所述soc与所述上边界及所述下边界比较，根据比较结果控制储能充放电包括：当所述soc小于soc3时，控制储能充电；当所述soc大于soc3且小于soc3’时，控制储能不动作；当所述soc大于soc3’时，控制储能放电。
[0019]
本发明所述的一次调频的控制方法，根据实时获取的soc与上边界及下边界的比较来确定当前的调频支撑能力等级，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0020]
可选地，所述当所述soc小于soc3时，控制储能充电包括：
[0021]
当所述soc满足0＜soc＜soc1时，控制储能充电至所述soc达到soc1、soc2或soc3；
[0022]
当所述soc满足soc1＜soc＜soc2时，控制储能充电至所述soc达到soc2或soc3；
[0023]
当所述soc满足soc2＜soc＜soc3时，控制储能充电至所述soc达到soc3或不动作；
[0024]
所述当所述soc大于soc3’时，控制储能放电包括：
[0025]
当所述soc满足soc3’＜soc＜soc2’时，控制储能放电至所述soc达到soc3’或不动作；
[0026]
当所述soc满足soc2’＜soc＜soc1’时，控制储能放电至所述soc达到soc2’或soc3’；
[0027]
当所述soc满足soc1’＜soc时，控制储能放电至所述soc达到soc1’、soc2’或soc3’。
[0028]
本发明所述的一次调频的控制方法，根据实时获取的soc与上边界及下边界的比较来确定对应的soc等级，根据soc等级确定当前的调频支撑能力等级，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0029]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：根据一次调频的设定失败率控制储能充电至所述soc达到不同下边界对应的soc，或控制储能放电至所述soc达到不同上边界对应的soc。
[0030]
本发明所述的一次调频的控制方法，通过设置设定失败率来确定储能充电或放电至不同边界对应的soc，为储能预留更大的调整空间，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0031]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：
[0032]
当一次调频到来时，根据第三公式确定一次调频量，所述第三公式包括：
[0033][0034]
其中，δp表示一次调频量，fh、f
l
分别表示一次调频的上调节死区和下调节死区，fn表示光伏电站额定频率，f表示实时监测频率，δ
上
、δ
下
分别表示快速调频响应上调差率和下调差率。
[0035]
本发明所述的一次调频的控制方法，通过第三公式确定一次调频量，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0036]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：采用自学习优化所述历史概率分布。
[0037]
本发明所述的一次调频的控制方法，通过自学习优化历史概率分布，有利于提高上边界和下边界的准确度，从而有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0038]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：根据季节对所述历史概率分布进行调整。
[0039]
本发明所述的一次调频的控制方法，根据季节对历史概率分布进行调整，有利于提高上边界和下边界的准确度，从而有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0040]
本发明还提供一种一次调频的控制系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的一次调频的控制方法。所述一次调频的控制系统与上述一次调频的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0041]
图1为本发明实施例的一次调频的控制方法的流程示意图；
[0042]
图2为本发明实施例的系统架构示意图；
[0043]
图3为本发明实施例的一次调频响应下垂曲线；
[0044]
图4为本发明实施例的一次调频的控制系统的示意图。
具体实施方式
[0045]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0046]
如图1所示，本发明实施例提供一种一次调频的控制方法，包括：获取一次调频时间的历史概率分布，根据预设概率和所述历史概率分布确定对应的一次调频时间；获取一次调频次数期望和储能额度容量，根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界；获取当前soc，将所述soc与所述上边界及所述下边界比较，根据比较结果控制储能充放电。
[0047]
具体地，在本实施例中，一次调频的控制方法包括：获取一次调频时间的历史概率分布，历史概率分布即过往一次调频时间的分布统计，分布统计的形式可以是正态分布，也可以是非正态分布的卡方分布，t分布或f分布等。以正态分布为例，在一次调频时间的正态分布中，面积表示概率，因此可以根据预设概率和历史概率分布确定对应的一次调频时间。在确定一次调频时间后，可以结合一次调频次数期望和储能额度容量确定一次调频的上边界和下边界，进而可以根据实时获取的soc(state of charge，荷电状态)确定当前的调频支撑能力等级，不同等级时控制对应着不同的储能的充放电策略，使得储能可以在一次调频到来时予以支撑，从而达到随时具备支持一次调频能力的目的。
[0048]
上边界和下边界是一次调频支撑能力等级的划分标准，且分别作为储能放电和充电的界限，能够实现储能的精细化控制。
[0049]
结合图2所示，以光伏系统为例，通常会设置储能并网点、储能系统及相应的控制器。另外，本实施例不限于是多分布式+储能还是独立储能。
[0050]
在本实施例中，根据一次调频时间的历史概率分布确定一次调频时间，从而确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界，进而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，控制储能进行充电或放电从而为储能预留更大的调整空间，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力，达到随时具备支持一次调频能力的目的。
[0051]
可选地，所述根据预设概率和所述历史概率分布确定对应的一次调频时间包括：根据所述历史概率分布分别确定第i预设概率pi对应的第i一次调频时间ti，其中，i＝1,2，...，n，n≥3，p1＜p2＜...＜pi,t1＜t2＜...＜ti。
[0052]
具体地，在本实施例中，根据预设概率和历史概率分布确定对应的一次调频时间包括：以正态分布为例，对以往的一次调频调节时间进行正态分布统计，以n＝3为例，i可取1、2和3，统计概率p1、p2和p3对应的调节时间t1、t2和t3(其中p1＜p2＜p3,t1＜t2＜t3)，从而可以根据t1、t2和t3来确定对应的一级、二级、三级上边界及一级、二级、三级下边界，以根据实时获取的soc值确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0053]
其中，对历史一次调频时间进行正态分布概率分析时，需要剔除异常值数据。
[0054]
在本实施例中，根据历史概率分布分别确定第i预设概率pi对应的第i一次调频时间ti，从而可以根据t1、t2和tn等来确定对应的一级、二级、n级上边界及一级、二级、n级下边界，以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0055]
可选地，所述根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界包括：
[0056]
根据第一公式确定所述下边界对应的soc，所述第一公式包括：
[0057][0058]
其中，soci分别表示i级所述下边界对应的soc，soc1＜soc2＜soc3，soc
l
表示储能下边界保护值，e表示所述一次调频次数期望，ti表示所述一次调频时间，pn表示光伏电站额定容量，10％*pn表示调频最大出力，c表示所述储能额度容量。
[0059]
具体地，在本实施例中，下边界根据第一公式确定：
[0060]
[0061]
其中，soci分别表示i级下边界对应的soc值，soc
l
表示储能下边界保护值(设置目的：防止放电过多)，e表示一次调频次数期望，ti表示一次调频时间，pn表示光伏电站额定容量，10％*pn表示调频最大出力，c表示储能额度容量。
[0062]
在第一公式中，右侧分式的分母表示总容量，分子表示e次调频时间内的充放电量，两者相除即是荷电大小soc，再与储能下边界保护值相加即可确定一级、二级和三级下边界对应的soc1、soc2和soc3(soc1＜soc2＜soc3，若出现soc3大于50％的情况则需要令soc3等于50％)。
[0063]
一次调频在高频干扰时，需要降功率，对于光储电站来源，降功率相当于通过减少储能放电或储能充电来降低并网点功率，采用储能充电来降低场站有功时，需要保证储能有充电能力，所以需要预留一定的空间，不能把电池的电存满了，从而使电池没有充电能力，导致一次调频失败。
[0064]
其中，结合图3所示(p0表示有功功率初值，f
+d
和f-d
表示一次调频死区，f
min
和f
max
分别表示相应的阈值)，调频最大出力表示一次调频的调节上下限幅值，可以分别是10％*pn和-10％*pn，但10％不是固定的，可以根据不同地区的实际情况设置。可以根据调频最大出力设置一次调频的上限幅值pp
up
(正值)和下限幅值pp
down
(负值)，当一次调频量δp满足
△
p＞pp
up
时，将pp
up
赋值给
△
p作为目标功率调节，当
△
p＜pp
down
时，将pp
down
赋值给
△
p作为目标功率调节。
[0065]
在本实施例中，根据第一公式确定一级、二级和三级下边界对应的soc1、soc2和soc3，从而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0066]
可选地，所述根据所述一次调频次数期望、所述储能额度容量和所述一次调频时间确定一次调频支撑能力等级的上边界和下边界还包括：
[0067]
根据第二公式确定所述上边界对应的soc，所述第二公式包括：
[0068][0069]
其中，soci’分别表示i级所述上边界对应的soc，soc3’＜soc2’＜soc1’，soch表示储能上边界保护值(设置目的：防止充电过多)。
[0070]
具体地，在本实施例中，上边界根据第二公式确定：
[0071][0072]
其中，soci’分别表示i级上边界对应的soc，soch表示储能上边界保护值。
[0073]
在第二公式中，右侧分式的分母表示总容量，分子表示e次调频时间内的充放电量，两者相除即是荷电大小soc，再与储能上边界保护值相减即可确定一级、二级和三级上边界对应的soc1’、soc2’和soc3’(soc3’＜soc2’＜soc1’)。
[0074]
在本实施例中，根据第二公式确定一级、二级和三级上边界对应的soc1’、soc2’和soc3’，从而可以根据实时获取的soc确定当前的调频支撑能力等级，实现储能的精细化控制。
[0075]
可选地，所述将所述soc与所述上边界及所述下边界比较，根据比较结果控制储能充放电包括：当所述soc小于soc3时，控制储能充电；当所述soc大于soc3且小于soc3’时，控
制储能不动作；当所述soc大于soc3’时，控制储能放电。
[0076]
具体地，在本实施例中，当soc小于soc3时，当前储能上调节一次调频支持能力不足，此时控制储能充电；当soc大于soc3且小于soc3’时，储能的一次调频支持能力处于合理水平，此时控制储能不动作；当soc大于soc3’时，当前储能下调节一次调频支持能力不足，控制储能放电。
[0077]
在本实施例中，根据实时获取的soc与上边界及下边界的比较来确定当前的调频支撑能力等级，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0078]
可选地，所述当所述soc小于soc3时，控制储能充电包括：
[0079]
当所述soc满足0＜soc＜soc1时，控制储能充电至所述soc达到soc1、soc2或soc3；
[0080]
当所述soc满足soc1＜soc＜soc2时，控制储能充电至所述soc达到soc2或soc3；
[0081]
当所述soc满足soc2＜soc＜soc3时，控制储能充电至所述soc达到soc3或不动作；
[0082]
所述当所述soc大于soc3’时，控制储能放电包括：
[0083]
当所述soc满足soc3’＜soc＜soc2’时，控制储能放电至所述soc达到soc3’或不动作；
[0084]
当所述soc满足soc2’＜soc＜soc1’时，控制储能放电至所述soc达到soc2’或soc3’；
[0085]
当所述soc满足soc1’＜soc时，控制储能放电至所述soc达到soc1’、soc2’或soc3’。
[0086]
具体地，在本实施例中，实时监测获取储能系统soc，判断soc与soc1、soc2、soc3、soc1’、soc2’和soc3’之间的关系。处于不同范围时，提示控制储能不同动作，具体地：
[0087]
(1)当soc满足0＜soc＜soc1时，严重提示储能需要充电，当前储能只有一级上调节一次调频支持能力，此时控制储能充电soc达到至soc1、soc2或soc3；
[0088]
(2)当soc满足soc1＜soc＜soc2时，重要提示储能需要充电，当前储能只有二级上调节一次调频支持能力，此时控制储能充电至soc达到soc2或soc3；
[0089]
(3)当soc满足soc2＜soc＜soc3时，一般提示储能需要充电，当前储能具备三级上调节一次调频支持能力，此时控制储能充电至soc达到soc3或不动作；
[0090]
(4)当soc满足soc3＜soc＜soc3’时，不提示储能，此时控制储能不动作；
[0091]
(5)当soc满足soc3’＜soc＜soc2’时，一般提示储能需要放电，当前储能具备三级下调节一次调频支持能力，此时控制储能放电至soc达到soc3’或不动作；
[0092]
(6)当soc满足soc2’＜soc＜soc1’时，重要提示储能需要放电，当前储能只有二级下调节一次调频支持能力，此时控制储能放电至soc达到soc2’或soc3’；
[0093]
(7)当soc满足soc1’＜soc时，严重提示储能需要放电，当前储能只有一级下调节一次调频支持能力，此时控制储能放电至soc达到soc1’、soc2’或soc3’。
[0094]
其中，当报严重提示告警时，以上调节为例，可控制储能充电至soc1，可控制储能充电至soc2，也可以充电至soc3，这取决于设定的p1，p2和p3，是否能容忍1-p1，1-p2和1-p3在全天中一次调频调节e次的失败率。
[0095]
其中，当报重要提示告警时，以上调节为例，可控制储能充电至soc2，也可以充电至soc3，这取决于设定的p2和p3，是否能容忍1-p2概率，和1-p3概率在全天中一次调频调节
e次的失败率。
[0096]
其中，当报一般提示告警时，以上调节为例，可控制储能充电至soc3，也可以不动作，这取决于设定的p3，是否能容忍1-p3概率在全天中一次调频调节e次的失败率。
[0097]
在本实施例中，根据实时获取的soc与上边界及下边界的比较来确定对应的soc等级，根据soc等级确定当前的调频支撑能力等级，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0098]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：根据一次调频的设定失败率控制储能充电至所述soc达到不同下边界对应的soc，或控制储能放电至所述soc达到不同上边界对应的soc。
[0099]
具体地，在本实施例中，储能一次调频允许失败，并非要求100％支持一次调频，当报严重提示告警时，以上调节为例，可控制储能充电至soc1，可控制储能充电至soc2，也可以充电至soc3，这取决于设定的p1，p2和p3，是否能容忍1-p1，1-p2和1-p3在全天中一次调频调节e次的失败率，若对于失败率容忍度较高，可以允许一定程度的失败，则上调节时充电至soc1即可，若不允许出现较大的失败率，则上调节时充电至soc3，从而为储能预留更大的调整空间，使得一次调频时失败率较低。
[0100]
在本实施例中，通过设置设定失败率来确定储能充电或放电至不同边界对应的soc，为储能预留更大的调整空间，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0101]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：
[0102]
当一次调频到来时，根据第三公式确定一次调频量，所述第三公式包括：
[0103][0104]
其中，δp表示一次调频量，fh、f
l
分别表示一次调频的上调节死区和下调节死区，fn表示光伏电站额定频率，f表示实时监测频率，δ
上
、δ
下
分别表示快速调频响应上调差率和下调差率。
[0105]
具体地，在本实施例中，实时监测频率f，有功功率，储能的当前soc，储能系统的故障状态，总并网点的频率，功率，电压等数据，当无储能故障和电压暂变时，当f不在频率死区内时计算
△
p，控制储能出力。
[0106][0107]
其中，δp表示一次调频量，fh、f
l
分别表示一次调频的上调节死区和下调节死区，fn表示光伏电站额定频率，f表示实时监测频率，δ
上
、δ
下
分别表示快速调频响应上调差率和下调差率。
[0108]
其中，调频死区的指的是在标准边界
±
socd内中，储能不动作，以防止储能动作在
边界来回切换。
[0109]
其中，储能实时功率，总并网点的频率，功率，电压等数据可从电表，测频装置或者其他测量装置获取。
[0110]
在本实施例中，通过第三公式确定一次调频量，调整储能进行相应的充放电动作，从而为储能预留更大的调整空间，实现储能的精细化控制，有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0111]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：采用自学习优化所述历史概率分布。
[0112]
具体地，在本实施例中，采用自学习优化历史概率分布，不要求未标注数据和已标注数据有同样的分布；结合图4所示的系统，自学习过程一般包括：(1)设置神经网络的结构；(2)产生无标签样本集和有标签样本集(训练数据集和测试数据集)；(3)利用稀疏自编码器对有标签的训练样本集和测试样本集提取特征；(4)利用训练样本集训练softmax回归模型；(5)对测试数据集进行分类。
[0113]
在本实施例中，通过自学习优化历史概率分布，有利于提高上边界和下边界的准确度，从而有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0114]
可选地，所述一次调频的控制方法还包括：根据季节对所述历史概率分布进行调整。
[0115]
具体地，在本实施例中，在对一次调频时间的历史概率分布进行统计时，统计不同季节的一次调频次数分布，对次数分布进行概率分析，根据p1、p2和p3自动计算，输出适配当前季节soc等级。考虑到季节性不同，国家用电情况不一样，在数据统计的时候，可能统计出来的e和t对应的概率不同，影响soci和soci’结果，最终会影响到soc等级的判定，从而导致储能的充放电调整与实际情况不一致。
[0116]
其中，除季节因素外，也可对天气等因素分别进行统计学分析。
[0117]
在本实施例中，根据季节对历史概率分布进行调整，有利于提高上边界和下边界的准确度，从而有利于提高储能对于一次调频响应的支持能力。
[0118]
本发明另一实施例提供一种一次调频的控制系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的一次调频的控制方法。
[0119]
结合图4所示，一次调频的控制系统包括数据采集系统、数据清洗系统、分类管理器、统计分析系统、参数预设系统、计算处理系统和输出系统。
[0120]
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。