一种改进下垂综合控制的用户侧构网型储能快速调频控制方法与流程

本发明涉及储能调频控制，尤其涉及一种改进下垂综合控制的用户侧构网型储能快速调频控制方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，迫切需要构建以新能源为主体的新型电力系统，以推进能源领域绿色低碳型。然而，随着以新能源为主体的新型电力系统的建设，风电、光伏等分布式新能源发展迅猛，微网中新能源渗透率将不断提高，可再生能源虽然推动了清洁高效智能电网的建设，但其波动性较强、单机容量小及分布范围广等特点给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战,此外高比例新能源消纳难题急需解决。受限于多微网内部新能源和负荷规模，仅依多微网功率交互对分布式新能源就地消纳的能力提升有限，储能作为一种灵活调节资源，改变了电能“即发即用”的特性，可以有效促进新能源消纳，维持多微网的稳定经济运行。

2、虽然传统储能方式能够帮助解决新能源消纳问题，但随着“双碳”目标的大力推进，电力系统生产结构、运行机理、功能形态等正在发生深刻变化，低惯量、低阻尼、弱电压支撑等问题凸显，电力系统安全稳定运行面临严峻挑战。同时在能源转型背景下，同步发电机被逐渐替代，其无法继续为电网提供惯性，导致电网系统强度低，容易发生波动，抗干扰能力弱，存在全面崩溃及大面积停电的风险。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种改进下垂综合控制的用户侧构网型储能快速调频控制方法。

2、一种改进下垂综合控制的用户侧构网型储能快速调频控制方法，包括以下步骤：

3、s1：建立家庭能源微格，通过人工智能算法对用户的能源消耗模式进行学习和分析，预测用户未来的能源需求，并制定能源调度策略；

4、s2：引入构网型储能系统，并通过物联网技术，将分布式构网型储能设备进行连接，共同对电网进行调频；

5、s3：通过改进下垂控制，计算构网型储能吸收或释放的功率，改善电网频率的动态性能；

6、s4：通过检测构网型储能系统的状态，利用s型函数更改下垂控制的系数，使构网型储具有双向调频能力。

7、进一步的，所述s1中以构网型储能设备为中心，建立家庭能源微格，所述s1的人工智能算法具体包括：

8、数据收集与处理：收集家庭内各智能设备的历史能源使用数据，采集当地的天气数据，包括温度、日照时长、风速，以预测风能和太阳能的产量，收集用户行为数据；

9、数据预处理：对原始数据进行清洗，去除异常值和噪声，将数据整合为统一的时间序列格式；

10、特征工程：根据历史数据，构建与能源消耗相关的特征，包括设备启动次数、设备工作时长、家中人数变化，利用时序分析方法，提取能源消耗的季节性和趋势性特征，结合天气数据，构建与风能和太阳能产量预测相关的特征；

11、模型选择与训练：

12、选择基于深度学习模型的长短时记忆网络，使用历史数据进行模型训练，以预测未来的能源消耗和产量；

13、能源调度策略：根据预测的能源需求和产量，制定能源调度策略，当预测到能源需求大于产量时，通过调度策略，优先为关键设备供电，或启动家庭储能设备补充电力，当电网需要快速调节电力供应时，控制家庭储能设备的能源注入和释放。

14、进一步的，所述s2中的构网型储能系统具备模拟和维持电力系统电压和频率功能，用于模拟电网的电压和频率，并在需求响应时自主调整输出电能；

15、构网型储能系统采用物理设备进行能量的储存和释放，且构网型储能系统直接接入电力系统，实时进行电能储存和释放，快速响应电力系统的需求，提供稳定的电能供应。

16、进一步的，所述s3中的改进下垂控制包括基于pid结构的功率分配控制器，在调节静态下垂特性的同时改善系统的暂态特性，改进下垂控制公式为：

17、δp＝kp*(f_ref-f)+ki*∫(f_ref-f)dt+kd*d(f_ref-f)/dt；

18、其中，f_ref表示参考频率，f表示实际频率，kp作用于稳态负荷分配中，ki用以改善系统的动态性能，kd用以消除系统的稳态误差，ki、kd为修正因子，当微电网内部负荷出现显著变化时，ki、kd根据功率变化率的大小对下垂控制进行修正，确保系统的稳定性和暂态响应特性。

19、进一步的，所述构网型储能系统以调频死区上下限为界限，将构网型储能系统的一次调频划分为储能调频阶段和储能soc恢复阶段；

20、在储能调频阶段，控制策略的设计是为了根据储能soc的情况来调整储能充放电功率，以使储能soc得到恢复。当储能soc偏低时，增加储能充电功率，通过充电来提高储能soc；当储能soc偏高时，增加储能放电功率，通过放电来降低储能soc。这样可以为构网型储能系统后续调频提供充电或放电的空间。

21、在储能soc恢复阶段，控制策略的设计要在避免系统频率偏差跌出储能调频死区的基础上，对储能soc进行恢复。换句话说，控制策略需要确保系统频率在允许范围内，并同时调整储能充放电功率，以使储能soc得到恢复。这样可以保证储能系统在恢复储能soc的同时，仍能满足系统调频需求。

22、进一步的，所述构网型储能系统通过改变kp下垂控制参与频率调节，改变kp下垂控制出力与系统频率偏差的关系为：

23、

24、其中，kp作用于在稳态负荷分配中，ki用以改善系统的动态性能，kd用以消除系统的稳态误差，当电网内部负荷出现显著变化时，ki以及kd根据功率变化率的大小对下垂控制进行修正，因此：

25、

26、其中，kp为虚拟下垂系数，kd1为虚拟下垂放电系数，kc1为虚拟下垂充电系数；

27、所述储能soc偏低时，kc1设置为最大值，增加储能调频效果，储能soc偏高时，设置kd1为最大值，增加储能调频效果，进而采用s型函数对虚拟下垂充放电系数进行构建。

28、进一步的，所述s型函数以储能soc值s为自变量，建立kd1和kc1为因变量的关系式：

29、

30、其中，kmax为虚拟下垂系数的最大值，smin，slow，shigh，smax分别为储能soc的最小值、偏低值、偏高值、最大值，进一步的，还包括储能soc恢复阶段出力控制，具体为：

31、基于储能soc恢复的需求，采用s型函数建立储能充放电恢复需求系数，表达式为：

32、

33、其中，kd2,kc2分别为储能放电恢复需求系数与储能充电恢复需求系数；

34、本发明的有益效果：

35、本发明，系统通过人工智能算法对用户的能源消耗模式进行学习和分析，预测用户未来的能源需求，并制定相应的能源调度策略，使家庭能源微格中的储能系统可以在电网高负荷时段储存电能，并在高峰时段释放电能，减轻电网压力，降低电厂的负载需求。

36、本发明，构网型储能具有电压支撑和主动惯量支持特性，可代替同步机实现电网支撑，且具备在无需外电网的情况下带负荷运行的能力，进而维持电力系统稳定性，因此在新型电力系统领域发挥着越来越大的作用。

37、本发明，pid下垂控制引入了比例、积分和微分项，可以更精确地控制发电机的输出功率，以使电网频率保持在更接近参考频率的范围内。这有助于减小频率偏差和波动，其次pid下垂控制器能够快速响应频率变化，并自动调整发电机输出功率，以维持电网频率的稳定性。这可以减小电网频率波动，提高电网的稳定性。

38、本发明，控制构网型储能系统的状态，解决了下垂控制在储能soc偏低或偏高时储能调频能力不足的问题，构网型储能的调频能力和soc密切相关当储能soc偏低或偏高时，双向调频能力会受到限制，通过使构网型储能保持较强的双向调频能力，从而能够满足电网的快速调频需求。