一种电池储能系统参与电网一次调频方法

本发明属于储能辅助电网调频控制领域，具体涉及一种电池储能系统参与电网一次调频方法。

背景技术：

1、新能源发电的波动性和随机性会影响电力系统的稳定性，使“源荷”两侧功率不平衡，威胁到电网频率安全。调节电网频率主要依靠传统调频机组，但由于传统调频机组受自身容量、调节精度、响应速度等因素的限制，考虑其自身安全性和经济性应避免机组频繁动作。bess具有响应速度快、双向调节精确跟踪、短时功率吞吐能力强等优点，在电网功率波动频繁的场景下应用更加广泛，具有一定的研究前景。

2、目前，bess参与一次调频主要依靠虚拟惯性控制和虚拟下垂控制，虚拟惯性控制可有效抑制频率偏差变化率，虚拟下垂控制可有效减小稳态频率偏差、提高频率的稳定性。结合虚拟惯性和虚拟下垂两种模式各自的优势，bess可在两种控制模式相互协调配合下参与电网调频，以提升电网调频效果。但控制模式切换的时机选取也决定着电网调频结果，临界值的选取不当会造成出力在控制模式切换时发生跃变，目前针对控制方式切换的时机大部分研究依赖于将临界值作为控制模式切换的时机，临界值难以量化估计使控制模式较为复杂且频率调节存在误差。此外，bess的soc和其出力也密切相关，若只顾及调频效果而忽略储能自身容量，会导致bess的自身寿命变短，同时也会导致电网频率的二次冲击，所以频率偏差临界值的正确选取和soc的恢复是调频的关键要素，以上研究以优化调频效果为目的但未考虑bess在参与调频过程中soc的恢复。目前有很多针对soc维持采方法的研究，比如建立储能充放电功率和soc之间的数学模型、给定了soc的最优使用区间、提出一种soc恢复策略等，但上述研究中均难以共同兼顾调频效果和soc的数值维持。

3、因此亟需一种考虑储能电池寿命和调频效果的储能调频方法，可在改善调频效果的同时将soc快速恢复或稳定在理想范围内。

技术实现思路

1、本发明提供一种电池储能系统参与电网一次调频方法，用以解决现有技术不能实现在改善调频效果的同时将soc快速恢复或稳定在理想范围的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种电池储能系统参与电网一次调频方法，包括

4、步骤1：采集电网频率偏差δf和电池储能系统soc信息；

5、步骤2：判断电池储能系统是否满足接入条件，若满足则对电网频率偏差δf和电池储能系统soc进行分区；若不满足则直至步骤7；

6、步骤3：基于电网频率偏差δf和电池储能系统soc的分区计算主调频权重因子和控制系数；

7、步骤4：基于主调频权重因子和控制系数判断分区是否在从调频动作区域，若在从调频动作区域则计算从调频权重因子和控制系数；

8、步骤5：基于从调频权重因子和控制系数或若不在从调频动作区域，则计算bess综合控制出力；

9、步骤6：基于计算出的bess综合控制出力判断频率偏差是否恢复至稳态，若未恢复至稳态则回到步骤1；

10、步骤7：若恢复至稳态则结束调频。

11、进一步的，所述步骤2将电网频率偏差δf和储能soc进行分成六个区域a、区域b、区域c、区域d、区域e和区域f，将soc划分成最小值smin、偏小值slow、偏大值shigh和最大值smax；

12、δfdb为bess参与一次调频的死区；δfm为频率偏差最大值；

13、其中，区域a是系统频率升高且频率偏差超过死区范围、储能soc处于较低状态，此时储能系统在主调频控制基础上引入从调频控制；

14、区域f和区域a同理，电网频率降低超过储能调频死区且soc值偏高，引入从调频控制策略，为防止因从调频加入后soc继续恶化；

15、区域c和区域d不用从调频控制，区域b和区域e的soc都处于理想状态，也不需要从调频控制。

16、进一步的，所述主调频控制策略具体包括频率恶化阶段和频率恢复阶段，

17、所述频率恶化阶段，

18、

19、所述频率恢复阶段，

20、

21、基于上述两个阶段，下垂主调频控制的放电系数kd1为，

22、

23、下垂主调频控制的充电系数kc1为，

24、

25、式中，ω1、ω2分别为主调频中惯性、下垂控制的权重因子；n是权重因子调节参数；δflow为电网频率下降时bess参与电网一次调频的死区，δfmax为调频过程中频率偏差最大值；kd1为下垂控制的放电系数；kc1为下垂控制的充电系数；ke,max为下垂控制最大充放电系数，虚拟惯性控制系数me＝ke。

26、进一步的，所述从调频控制策略的下垂从调频控制的放电系数kd2为，

27、

28、所述从调频控制策略的下垂从调频控制的充电系数kc2为，

29、

30、式中，α为调整系数；s1、s0分别为储能soc的较大值和较小值；惯性从调频控制系数mf＝kf；kd2为下垂从调频控制的放电系数；kc2为下垂从调频控制的充电系数。

31、进一步的，所述步骤5具体为，

32、δpe＝δpz+δpf

33、δpz＝δpme+δpke＝-ω1meδδ-ω2keδf

34、δpf＝δpmf+δpkf＝-μ1mfδδ-μ2kfδf

35、

36、式中，δpme为虚拟惯性控制出力；δpke为虚拟下垂控制出力；δpmf为惯性从调频出力；δpkf为下垂从调频出力；ω1、ω2分别为主调频中惯性、下垂控制的权重因子；μ1、μ2分别为惯性从调频、下垂从调频的权重因子。

37、进一步的，当系统频率发生变化储能从调频策略动作时，下垂从调频和惯性从调频得权重因子相加为1，二者由模糊控制器实现自适应调节。通过模糊控制器的两个输入值δf、dδf/dt和输出值μ1的模糊子集，以改善bess的响应能力为目的，模糊控制规则为：在频率偏差较小的情况下为抑制频率偏差变化率恶化，此时期望惯性从调频控制出力大，当频率偏差恢复平稳时，增大下垂从调频出力，并期望其提供持续出力；按照上述期望，设计模糊控制器，求解采用mamdani推理算法。

38、本发明的有益效果是：

39、本发明结合变系数虚拟惯性和虚拟下垂控制对频率偏差调节的特性，将变系数下垂控制和变系数惯性控制的协调控制作为bess的主调频控制手段，将系统频率偏差和soc进行分区提出从调频控制策略，实现系统调频的过程中完成soc的恢复。同时，提出将模糊控制设计在分配下垂从调频和惯性从调频的权重因子分配的自适应控制器中，使得下垂从调频和惯性从调频实现互补调节，不用选取临界值，使得储能快速反应的前提下出力平滑，提升了bess自适应调频能力。所提的方法具有考虑储能soc和改善调频效果的优点。

技术特征：

1.一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，所述步骤2将电网频率偏差δf和储能soc进行分成六个区域a、区域b、区域c、区域d、区域e和区域f，将soc划分成最小值smin、偏小值slow、偏大值shigh和最大值smax；

3.根据权利要求1所述一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，所述主调频控制策略具体包括频率恶化阶段和频率恢复阶段，

4.根据权利要求3所述一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，所述从调频控制策略的下垂从调频控制的放电系数kd2为，

5.根据权利要求4所述一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，所述步骤5具体为，

6.根据权利要求5所述一种电池储能系统参与电网一次调频方法，其特征在于，当系统频率发生变化储能从调频策略动作时，下垂从调频和惯性从调频得权重因子相加为1，二者由模糊控制器实现自适应调节。通过模糊控制器的两个输入值δf、dδf/dt和输出值μ1的模糊子集，以改善bess的响应能力为目的，模糊控制规则为：在频率偏差较小的情况下为抑制频率偏差变化率恶化，此时期望惯性从调频控制出力大，当频率偏差恢复平稳时，增大下垂从调频出力，并期望其提供持续出力；按照上述期望，设计模糊控制器，求解采用mamdani推理算法。

技术总结
本发明公开了一种电池储能系统参与电网一次调频方法。步骤1：采集电网频率偏差Δf和电池储能系统SOC信息；步骤2：判断电池储能系统是否满足接入条件，若满足则对Δf和SOC进行分区；若不满足则直至步骤7；步骤3：基于Δf和SOC的分区计算主调频权重因子和控制系数；步骤4：基于主调频权重因子和控制系数判断分区是否在从调频动作区域，若是则计算从调频权重因子和控制系数；步骤5：基于从调频权重因子和控制系数或若否，则计算BESS综合控制出力；步骤6：基于计算出的BESS综合控制出力判断频率偏差是否恢复至稳态，若未恢复至稳态则回到步骤1；步骤7：若恢复至稳态则结束调频。用以解决现有技术不能实现在改善调频效果的同时将SOC快速恢复或稳定在理想范围的问题。

技术研发人员：刘一琦,陈美儒,班明飞,李振杰,胡存刚
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15