基于改进下垂控制的储能电站参与电网调频控制方法及平台与流程

本发明属于电网系统频率控制领域，具体涉及一种基于改进下垂控制的储能电站调频控制方法及平台。

背景技术：

1、在全球化石能源枯竭与温室气体排放问题显著严重的背景下，中国提出了以新能源为主体逐渐替代传统能源结构的新型电力系统架构，而可再生能源渗透率的不断增加给电力系统稳定运行带来新的挑战。可再生能源的装机规模不断增长，由于其受到风速以及太阳能辐射等环境因素的影响，因此其可再生能源出力具有间歇性、波动性、随机性等特点，同时由于不确定性的影响其不具有主动参与维持电压和频率稳定的能力，综上分析，其将会在一定程度上显著突出电力系统的电能质量问题。储能电站作为一种能源存储装置，能够在一定程度上协调可再生能源出力在电力系统稳定运行与控制的影响。

2、火电机组是我国电力系统的主要调频机组，通过调整机组功率输出来调节电力系统的频率偏差实现调频功能以保证良好的电能质量。然而这类调频机组存在一定响应时间长、爬坡速率低、调节能力有限等调频缺陷，因此在较短控制周期场景下时无法满足可再生能源出力和负荷共同造成的频率波动所需的调频需求和精度要求。储能技术的快速进步及市场的规模化应用，储能电站由于其具有的更精准的跟踪性能、更短的响应时间、更高的控制精度而逐渐成为一种重要的调频资源。而储能电站参与电网一次调频的过程中，需要进一步设计合理高效的控制策略，不仅可以有效提升电力系统的调频性能，同时还能满足储能电站对于电能供需要求，最终能够保证含可再生能源的新型电力系统的稳定安全运行及电能质量的良好供应。因此，提出一种基于改进下垂控制的储能电站参与电网调频控制平台，能够使得储能电站参与电力系统一次调频时的调频能力提升。

技术实现思路

1、本发明的目的，在于提供一种基于改进下垂控制的储能电站调频控制方法及平台，能够提高新型电力系统的调频能力，并保证储能电站的供需平衡关系。

2、为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

3、一种基于改进下垂控制的储能电站调频控制方法，包括如下步骤：

4、步骤1，构建火电机组的调速器、汽轮机以及发电机-负荷模型，从而建立电网一次调频的动态响应模型；

5、步骤2，设计适用于储能电站参与电网一次调频的下垂控制策略，构建含储能电站的电网一次调频的频率响应动态模型；

6、步骤3，采集火电机组与储能电站的运行数据，并基于步骤2构建的含储能电站的电网一次调频的频率响应动态模型，根据火电机组的调频动态响应特性对火电机组进行控制操作进而控制火电机组参与一次调频，根据下垂控制策略对储能电站的储能变流器进行控制操作进而控制储能电站参与一次调频。

7、上述步骤1的具体内容是，

8、构建火电机组的调速器模型如下：

9、

10、式中，δf为输入频率偏差值，δy为汽轮机的蒸汽阀的动作值；tg为火电机组调速器的时间常数，s为拉氏算子；

11、构建汽轮机模型如下：

12、

13、式中，δy为输入锅炉蒸汽，δpm为气缸最终输出机械功率；tch为汽轮机的时间常数；

14、构建发电机-负荷模型如下：

15、

16、式中，δpm为机械功率变化量，δpe为电磁功率变化量，h为电网惯性时间常数，δω为角速度偏差值，d为负荷阻尼系数；

17、综合以上构建为电网一次调频的动态响应模型。

18、上述步骤2中，设计适用于储能电站参与电网一次调频的下垂控制策略，包括：

19、当电网出现负频率偏差δft时，设计为：

20、

21、其中，δpbes,t,j表示t时刻处于j状态的储能电站参与一次调频时储能的放电功率；δfs表示储能电站参与调频时的调频死区；j表示0-1变量，当j＝1时，储能电站处于充电状态，当j＝0时，储能电站处于放电状态；σ1表示频率负偏差小于负频率死区，且储能电站处于放电状态时的下垂系数；σ2表示频率负偏差小于负频率死区，且储能电站处于充电状态时的下垂系数；

22、当电网出现正频率偏差δft时，设计为：

23、

24、其中，δpbes,t,j表示t时刻处于j状态的储能电站参与一次调频时储能的放电功率；δfs表示储能电站参与调频时的调频死区；j表示0-1变量，当j＝1时，储能电站处于充电状态，当j＝0时，储能电站处于放电状态；σ1表示频率正偏差大于正频率死区，且储能电站处于充电状态的下垂系数；σ2表示频率正偏差大于正频率死区，且储能电站处于放电状态时的下垂系数。

25、一种基于改进下垂控制的储能电站调频控制平台，包括，

26、状态监测层，用于采集火电机组与储能电站的运行数据，并送入控制装置层；

27、控制装置层，用于根据状态监测层采集的运行数据，通过自动发电控制agc控制火电、水电调频机组的出力，通过储能变流器pcs控制储能电站的充电和放电过程；以及，

28、决策管理层，用于基于含储能电站的电网一次调频的频率响应动态模型，根据火电机组的调频动态响应特性对火电机组进行控制操作进而控制火电机组参与一次调频，根据下垂控制策略对储能变流器进行控制操作进而控制储能电站参与一次调频。

29、上述含储能电站的电网一次调频的频率响应动态模型，其构建方法包括：首先，构建火电机组的调速器、汽轮机以及发电机-负荷模型，从而建立电网一次调频的动态响应模型；然后，设计适用于储能电站参与电网一次调频的下垂控制策略，结合电网一次调频的动态响应模型，构建含储能电站的电网一次调频的频率响应动态模型。

30、上述构建火电机组的调速器、汽轮机以及发电机-负荷模型，从而建立电网一次调频的动态响应模型，包括，

31、构建火电机组的调速器模型如下：

32、

33、式中，δf为输入频率偏差值，δy为汽轮机的蒸汽阀的动作值；tg为火电机组调速器的时间常数，s为拉氏算子；

34、构建汽轮机模型如下：

35、

36、式中，δy为输入锅炉蒸汽，δpm为气缸最终输出机械功率；tch为汽轮机的时间常数；

37、构建发电机-负荷模型如下：

38、

39、式中，δpm为机械功率变化量，δpe为电磁功率变化量，h为电网惯性时间常数，δω为角速度偏差值，d为负荷阻尼系数；

40、综合以上构建为电网一次调频的动态响应模型。

41、上述设计适用于储能电站参与电网一次调频的下垂控制策略，包括，

42、当电网出现负频率偏差δft时，设计为：

43、

44、其中，δpbes,t,j表示t时刻处于j状态的储能电站参与一次调频时储能的放电功率；δfs表示储能电站参与调频时的调频死区；j表示0-1变量，当j＝1时，储能电站处于充电状态，当j＝0时，储能电站处于放电状态；σ1表示频率负偏差小于负频率死区，且储能电站处于放电状态时的下垂系数；σ2表示频率负偏差小于负频率死区，且储能电站处于充电状态时的下垂系数；

45、当电网出现正频率偏差δft时，设计为：

46、

47、其中，δpbes,t,j表示t时刻处于j状态的储能电站参与一次调频时储能的放电功率；δfs表示储能电站参与调频时的调频死区；j表示0-1变量，当j＝1时，储能电站处于充电状态，当j＝0时，储能电站处于放电状态；σ1表示频率正偏差大于正频率死区，且储能电站处于充电状态的下垂系数；σ2表示频率正偏差大于正频率死区，且储能电站处于放电状态时的下垂系数。

48、采用上述方案后，本发明设计了储能电站参与一次调频的控制策略，能够提升含储能电站电力系统的调频能力，并保证电网的稳定安全运行。