一种充电桩聚合负荷参与的频率响应方法与流程

本发明涉及充电桩负荷控制，特别涉及了一种充电桩聚合负荷参与的频率响应方法。

背景技术：

1、在能源转型变革新形势下，随着新能源在电网中的渗透率不断提高，其输出的不确定性及波动性给电网调度带来新的挑战。电动汽车作为一种清洁环保的出行工具已经成为交通领域发展的方向，与传统的工商业负荷相比，电动汽车负荷用电弹性高、响应成本低，具有更灵活性和主动调控能力，并且其对秒级响应可实现无感调节，对充电体验影响小。电动汽车有序、受控接入电网后，不但能够缓解或消除电动汽车对电网造成的冲击，还可以起到辅助调频调峰的作用，有效抑制间歇性能源并网对系统带来的不良影响。

2、但电动汽车大规模、无序的充放电行为将引起电网中的潮流波动，甚至产生谐波污染，也给电网的安全稳定运行带来了风险。且由于电动汽车单体的功率太小且较为分散，因此电动汽车需要通过充电桩聚集到电动汽车充电负荷聚集商(简称eva)的负荷聚集平台，接受平台的统一调度和控制，从而参与电能量和辅助服务市场。但是，充电桩的大规模接入的波动性和新能源大规模接入功率随机性的匹配直接对主电网稳定性造成风险，目前国内外调度机构并无完善的解决方案。充电桩作为可控负荷参与电能量市场和辅助服务市场(包括调频、黑启动等)，目前国内并没有对应的市场机制，更无相应的电网调度策略。充电桩负荷聚合商参与高弹性电网时，也缺少面向负荷侧的负荷转移(调峰)和调频服务。因此，目前亟需一系列充电桩参与电能量市场和辅助服务市场的政策，并制定相应的电网调度机制。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的在充电桩负荷聚合商参与高弹性电网时，调频与调峰服务鲁棒性低，且缺少面向负荷侧的调频与调频服务的问题，提供了一种充电桩聚合负荷参与的频率响应方法，实现了调峰、调频市场中，充电桩聚合负荷的控制策略优化，且有较好的鲁棒性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种充电桩聚合负荷参与的频率响应方法，包括下列步骤：

3、基于变参数控制充电桩聚合负荷快速调频：实时采集本地电网的本地频率偏差，进行分散控制，在t秒内响应，快速处理负荷侧频率下降故障；

4、基于变目标控制充电桩聚合负荷快速调频：控制快速频率响应调谐命令和二次调频命令的优先级，所述快速频率响应调谐在前t秒内降低电力系统频率降低的幅度和速率，实现基于局部频率偏差的快速功率平衡；所述二次调频在回复阶段，将电力系统频率恢复到额定值。

5、本发明基于变参数控制和变目标控制的充电桩聚合负荷快速调频策略，采集本地电网的本地频率偏差，分散控制；通过二次调频控制最终将系统频率恢复到额定值。通过基于变参数控制的充电桩聚合负荷快速调频策略，基于变目标控制的充电桩聚合负荷快速调频策略，可实现调峰、调频市场中，充电桩聚合负荷的控制策略优化，且该方案具有较好的鲁棒性。

6、作为优选，所述基于变参数控制充电桩聚合负荷快速调频进一步包括：

7、a1：实时采集本地电网发送给各充电桩的频率，并将采集的频率发送到快速频率响应调整模块；

8、a2：快速频率响应调整模块根据接收的频率计算频率偏差，并对频率偏差进行处理，输出充电功率整定值给充电桩负荷聚合商；

9、a3：充电桩负荷聚合商对每个充电桩的充电功率进行功率回降，进行实时有功负荷控制，并实时采集各充电桩的有功负荷需求。

10、充电桩负荷聚合商可以把具备负荷调控能力的、分散的、不同类型的充电桩资源聚合起来构成一个整体，共同参与电力现货市场。

11、作为优选，所述基于变目标控制充电桩聚合负荷快速调频包括：

12、b1：控制快速频率响应调谐命令和二次调频命令的优先级；

13、b2：若为二次调频命令，电网控制中心发送二次调频指令，发送第二充电功率整定值到充电桩负荷聚合商，充电桩负荷聚合商对每个充电桩的充电功率进行功率回降，进行实时有功负荷控制，并实时采集各充电桩的有功负荷需求；

14、b3：若为快速频率响应调谐命令，实时采集本地电网发送给各充电桩的频率，频率响应调整模块输出第一充电功率整定值给充电桩负荷聚合商，进行基于变参数控制充电桩聚合负荷快速调频。

15、该控制方法只需增加协同控制模块，控制快速频率响应调谐模块和二次调频命令的优先级，控制器的设计简单，可实现调峰、调频市场中，充电桩聚合负荷的控制策略优化，具有较好的鲁棒性。

16、作为优选，所述步骤a2进一步包括：

17、a2.1：快速频率响应调整模块根据接收的频率计算频率偏差，将频率偏差输入至死区，并将死区的输出信号直接输入变参数控制器；

18、a2.2：将变参数控制器输出信号直接输入限幅环节，对负数侧进行限幅；

19、a2.3：将限幅环节的输出信号与计划充电功率叠加，叠加后的信号作为充电功率整定值输出给充电桩负荷聚合商。

20、作为优选，变参数控制器的判据根据电力系统频率偏差的变化速度和变化程度设定：

21、式中，k是变参数控制器的放大倍数，当频率偏大于给定值f1，且频偏的变化率大于给定值f'时，k的值为k1；在其它情况下，k的值为k2。

22、变参数控制器的放大倍数设置采用频率偏差的变化速度和变化程度(即频率响应的振幅和速率)作为启动标准，不仅为小的频率波动提供频率调整资源，而且在大的频率干扰情况下提供更多的频率调整资源。

23、作为优选，所述步骤a2.1中：在快速频率响应调整模块中，频率偏差输入到死区，死区设置为只通过负频率偏差，死区将负频率偏差输入至变参数控制器；限幅环节仅考虑充电功率的降低。

24、快速频率响应模块的死区设置只考虑了频率偏差为负的情况，限制环节的设置仅考虑充电功率的降低，控制策略简单，可以快速处理负载侧发生的频率下降故障。

25、作为优选，所述步骤b1中：二次调频命令的优先级高于快速频率响应模块发送的命令，且二次调频指令作用于频率恢复阶段。

26、二次调频指令作用于频率恢复阶段，最终实现电力系统有功功率平衡，并将系统频率保持在额定频率。

27、作为优选，所述方法还包括模拟加负荷干扰，对所述频率响应方法进行测试，验证所述频率响应方法的有效性，所述测试采用通过总线连接的充电桩负荷聚合商、电厂以及具有恒定阻抗的负载。

28、充电桩负荷聚合商的功率范围为-60-0kw。

29、作为优选，所述电厂包括两个同步电机与一个交流励磁双馈感应发电系统，测试时，同步电机的惯性常数为h，调差系数为r，不考虑所有负载的频率响应特性，不考虑交流励磁双馈感应发电系统的调频能力。

30、测试基于变参数控制充电桩聚合负荷快速调频时，共有三条频率响应曲线，分别代表充电桩聚合负荷在没有快速频率控制策略情况下的电力系统频率响应、充电桩聚合负荷在使用固定参数频率控制策略情况下的电力系统频率响应以及充电桩聚合负荷采用变参数频率控制策略下的电力系统频率响应。测试基于变目标控制充电桩聚合负荷快速调频共有两条频率响应曲线，分别代表充电桩聚合负荷在没有快速频率控制策略情况下的电力系统频率响应以及充电桩聚合负荷采用变目标频率控制策略下的电力系统频率响应。

31、因此，本发明具有如下有益效果：

32、1、提出了基于变参数控制的充电桩聚合负荷快速调频策略，快速频率响应模块的死区设置只考虑了频率偏差为负的情况，限制环节的设置仅考虑充电功率的降低，控制策略简单，可以快速处理负载侧发生的频率下降故障，变参数控制器的放大倍数设置采用频率响应的振幅和速率作为启动标准，不仅为小的频率波动提供频率调整资源，而且在大的频率干扰情况下提供更多的频率调整资源，与传统控制方法相比，该控制方法具有更强的鲁棒性；

33、2、提出了基于变目标控制的充电桩聚合负荷快速调频策略，以在前两秒内降低系统频率降低的幅度和速率，此外，在恢复阶段，变目标控制方法可以通过二次调频控制最终将系统频率恢复到额定值，并且，该控制方法只需增加协同控制模块，控制快速频率响应调谐模块和二次调频命令的优先级，控制器的设计简单。