基于SOC及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法

本发明涉及一种基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法。

背景技术：

1、随着新能源装机容量不断提高，可再生能源渗透率不断提高，导致含高渗透率可再生能源的区域电网(以下简称为高渗透率区域电网)中存在系统转动惯量低、弃风弃光现象严重、调频能力下降和可再生能源输电波动等问题，使系统的稳定性、并网电能质量降低和频率严重波动。因此，目前亟需新的调频控制策略提高系统频率的调节能力和改善系统的稳定性。

2、由于储能具有动作迅速、控制精准、灵活等特点，以电网安全运行为前提，将储能单元应用在调频控制是当今研究的热点问题，目前许多学者对于储能调频控制策略已经开展了很多研究。现有技术提出恒定下垂控制系数的一次调频控制方法，该方法未考虑soc对调频的影响，仅在soc跌出极限范围时停止出力，其余范围内皆以最大出力参与调频，非常容易造成调频前期储能容量耗尽而后期无法参与调频的问题。现有技术提出虚拟惯性和虚拟下垂控制结合的一次调频控制策略，通过自适应调整分配系数实现两者的协同控制，在一定程度上达到了理想的调频效果，但是该控制方法未考虑soc对调频的影响，而且平滑性较差。为此有学者提出考虑储能soc的调频控制策略，提出基于模糊控制的储能调频控制策略，对于电网频率的调节达到了比较好的效果，但控制算法复杂，对于运行状况复杂的区域难以快速响应，现有技术提出基于模型预测控制的风储协调控制策略，在一定程度上改善了效果，但是该控制算法复杂。

3、综上所述目前所提出的调频控制策略，在高渗透率地区，对于复杂的运行状况，仅依靠储能单元调频并不能达到理想的调频效果，而且现在的储能控制技术普遍存在安全性低、储能寿命短的问题，同时目前所提的调频控制策略，普遍未考虑电池寿命，而且存在牺牲频率调节的快速性而保证稳态频率偏差，或者只能保证稳态频率偏差的情况。

技术实现思路

1、为了解决现有问题，本发明提供一种基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，能够满足在高渗透率地区达到理想的调频效果同时兼顾储能寿命，改善高渗透率地区系统调节频率的能力和系统的稳定性，减小储能损耗。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，包括：

4、根据电网频率参考值和电网频率获取频率差值；

5、根据频率差值，采用考虑soc和调频死区的储能自适应调频控制策略得到储能输出功率；

6、根据频率差值，采用考虑渗透率的风电自适应调频控制策略得到风电输出功率；

7、基于同步发电机组功率和负荷功率，结合所述储能输出功率和风电输出功率，输出所述电网频率。

8、进一步地，所述根据频率差值，采用考虑soc和调频死区的储能自适应调频控制策略得到储能输出功率，包括：

9、根据所述频率差值与预设的储能一次调频死区范围的关系，确定储能一次调频模式以及一次调频控制函数；其中，若所述频率差值处于所述储能一次调频死区范围内，则储能一次调频不启动；若所述频率差值大于所述储能一次调频死区范围的上限值，则储能运行于放电一次调频模式；若所述频率差值小于所述储能一次调频死区范围的下限值，则储能运行于充电一次调频模式；

10、根据确定得到的一次调频控制函数得到储能输出功率。

11、进一步地，当储能运行于放电一次调频模式时，对应的一次调频控制函数为放电下垂系数；当储能运行于充电一次调频模式时，对应的一次调频控制函数为充电下垂系数。

12、进一步地，放电下垂系数具体如下：

13、

14、其中，kdis_charge表示放电下垂系数，kmax为预设的最大出力系数，socmin表示预设的soc最小值，soclow表示预设的soc偏小值，socmin＜soclow，e表示自然常数，n表示预设的曲线平滑系数。

15、进一步地，充电下垂系数具体如下：

16、

17、其中，kcharge表示充电下垂系数，sochigh表示预设的soc偏大值，socmax表示预设的soc最大值，sochigh＜socmax。

18、进一步地，所述根据频率差值，采用考虑渗透率的风电自适应调频控制策略得到风电输出功率，包括：

19、根据渗透率得到下垂控制出力系数；

20、根据下垂控制出力系数和所述频率差值，得到风电功率调整值，并根据预设的与最大风能跟踪控制相关的参考功率，获取得到风电输出功率。

21、进一步地，所述根据渗透率得到下垂控制出力系数，包括：

22、按照渗透率预设的下限值和上限值，将由渗透率的下限值和上限值构成的总体区间划分为至少两个子区间，每一个子区间均对应有下垂控制出力系数，且子区间的数值越高，对应的下垂控制出力系数越大。

23、进一步地，所述基于同步发电机组功率和负荷功率，结合所述储能输出功率和风电输出功率，输出所述电网频率，包括：

24、计算同步发电机组功率、储能输出功率和风电输出功率的和值，得到总功率，并计算所述总功率与所述负荷功率的差值，得到调频用功率；

25、采用如下计算公式计算得到电网频率：

26、

27、其中，ωgrid表示电网频率，m表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子，d为同步发电机组等效阻尼系数，△p为所述调频用功率。

28、本发明的有益效果包括：本发明提供的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，针对储能调频出力控制和新能源出力控制进行改进，综合考虑储能soc和风电渗透率的影响，二者协同控制系统出力，能在高渗透率地区达到理想的调频效果同时兼顾储能寿命，改善高渗透率地区系统调节频率的能力和系统的稳定性，减小储能损耗，提高系统的可靠性和电网调频效果。

技术特征：

1.一种基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，所述根据频率差值，采用考虑soc和调频死区的储能自适应调频控制策略得到储能输出功率，包括：

3.根据权利要求2所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，当储能运行于放电一次调频模式时，对应的一次调频控制函数为放电下垂系数；当储能运行于充电一次调频模式时，对应的一次调频控制函数为充电下垂系数。

4.根据权利要求3所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，放电下垂系数具体如下：

5.根据权利要求3所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，充电下垂系数具体如下：

6.根据权利要求1所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，所述根据频率差值，采用考虑渗透率的风电自适应调频控制策略得到风电输出功率，包括：

7.根据权利要求6所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，所述根据渗透率得到下垂控制出力系数，包括：

8.根据权利要求1所述的基于soc及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，其特征在于，所述基于同步发电机组功率和负荷功率，结合所述储能输出功率和风电输出功率，输出所述电网频率，包括：

技术总结
本发明涉及一种基于SOC及渗透率的新能源和储能协同调频控制方法，根据电网频率参考值和电网频率获取频率差值，根据频率差值，采用考虑SOC和调频死区的储能自适应调频控制策略得到储能输出功率，并采用考虑渗透率的风电自适应调频控制策略得到风电输出功率，最后基于同步发电机组功率、负荷功率、储能输出功率和风电输出功率，输出电网频率，针对储能调频出力控制和新能源出力控制进行改进，综合考虑储能SOC和风电渗透率的影响，二者协同控制系统出力，能在高渗透率地区达到理想的调频效果同时兼顾储能寿命，改善高渗透率地区系统调节频率的能力和系统的稳定性，减小储能损耗，提高系统的可靠性和电网调频效果。

技术研发人员：柴秀慧,车任达,王晓寰,张纯江,张雅翠
受保护的技术使用者：天津中德应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1