一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法和系统与流程

本发明涉及电网调频，尤其是涉及一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法和系统。

背景技术：

1、目前，风光等可再生能源装机容量在不断增加，但新能源的渗透率提高，使得电力系统将面临惯性下降，调频容量不足等因素带来的调频压力问题。储能因其响应速度快、控制精度高的特点，在响应调频指令、改善电网频率质量等方面具有突出表现。目前传统火电厂通过配置储能系统来联合响应电网调频指令，提高电厂调频性能，火储联调系统多采用单一储能系统来配合火电机组响应电网调频指令，如公开号为cn116316844a的发明公开的发电侧储能电站的建设与运行分层优化设计方法，而单一储能系统存在局限性，且多数储能系统的调频出力控制策略缺乏对电池soc的保护，容易导致储能系统过充或过放，从而影响电池的全生命周期。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在采用单一储能系统来配合火电机组响应电网调频指令存在局限性的缺陷而提供一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法和系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，包括以下步骤：

4、根据电网的频率偏差和频率偏差变化率，获取电网的一次调频需求，并按照火电机组与储能系统的不同调频性能，对所述一次调频需求进行拆分，得到火电机组和储能系统的一次调频参考值；

5、所述储能系统为包括锂电池储能系统和碳基电容储能系统的混合储能系统，构建该混合储能系统参与调频的目标函数与约束条件；

6、采用遗传算法根据混合储能系统的目标函数与约束条件，以及储能系统的一次调频参考值，进行调频出力分配；

7、根据储能系统实际自身soc状态，分别对锂电池储能系统和碳基电容储能系统的出力分配进行修正，得到最终的出力值，从而进行调频控制。

8、进一步地，所述电网的一次调频需求的获取过程包括：

9、构建模糊控制器，该模糊控制器以电网的频率偏差和频率偏差变化率为双输入，以电网一次调频需求为单输出，根据双输入的变化程度，判断出电网一次调频需求的大小。

10、进一步地，对所述一次调频需求进行拆分的计算表达式为：

11、

12、式中，δpg为火电机组一次调频参考值，δph为储能系统一次调频参考值，α为调频性能参数，α＜1，pr为电网的一次调频需求。

13、进一步地，所述混合储能系统的参与调频的目标函数与约束条件的表达式为：

14、

15、

16、式中，目标函数f为一个周期内频率偏差的平均值，t为一个调频周期，β为锂电池储能系统调频参与度，0≤β≤1，kl和kf分别为锂电池储能系统和碳基电容储能系统的单位调节功率系数，δpl(t)和δpc(t)分别代表锂电池储能系统和碳基电容储能系统的一次调频出力，δph为储能系统一次调频参考值。

17、进一步地，所述遗传算法进行寻优过程中，以混合储能系统参与调频的目标函数为适应度函数，以储能系统调频出力的分配为待求问题，进行数据选择、交叉与变异，并迭代寻优，获取全局最优解。

18、进一步地，所述锂电池储能系统的出力修正表达式为：

19、

20、式中，δpl(t)为锂电池储能系统的一次调频出力，socl-max为锂电池储能系统的soc上限，socl-min为锂电池储能系统的soc下限，socl(t)为锂电池储能系统的soc采样值，a1和a2为自适应因子，b2为常量，δpl-c(t)为锂电池储能系统的修正后充电功率，δpl-d(t)为锂电池储能系统的修正后放电功率。

21、进一步地，所述碳基电容储能系统的出力修正表达式为：

22、

23、式中，δpc(t)为碳基电容储能系统的一次调频出力，socc-max为碳基电容储能系统的soc上限，socc-min为碳基电容储能系统的soc下限，socc(t)为碳基电容储能系统的soc采样值，a3和a4为自适应因子，b3为常量，δpcb-c(t)为碳基电容储能系统的修正后充电功率，δpcb-d(t)为碳基电容储能系统的修正后放电功率。

24、进一步地，所述储能系统用于辅助火电机组参加电网调频。

25、进一步地，所述锂电池储能系统用于进行能量型储能，应对中低频调频信号；所述碳基电容储能系统用于进行功率型储能，应对高频调频信号。

26、本发明还提供一种采用如上所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法的火储联调系统，包括电网、火电机组、储能系统和控制系统，所述储能系统为包括锂电池储能系统和碳基电容储能系统的混合储能系统，所述控制系统执行如上所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，对所述火电机组、锂电池储能系统和碳基电容储能系统进行调频控制。

27、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

28、(1)本发明首先将火电机组与储能系统联合进行调频控制，对电网的一次调频需求进进行分配，对储能系统提出碳基电容-锂电池混合储能系统，利用遗传算法实现对锂电池储能系统和碳基电容储能系统的高效出力分配，提升调频效果；最后还考虑储能系统实际自身soc状态对出力进行修正，实现对储能的保护，解决了火储联合调频，单一储能系统调频性能不足的问题；加入soc限制条件，能防止储能系统过程和过放，保护了储能电池全生命周期。

29、(2)本发明利用模糊控制器对调频信号进行合理分配，提高了火储调频系统的调频经济性。

技术特征：

1.一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述电网的一次调频需求的获取过程包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，对所述一次调频需求进行拆分的计算表达式为：

4.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述混合储能系统的参与调频的目标函数与约束条件的表达式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述遗传算法进行寻优过程中，以混合储能系统参与调频的目标函数为适应度函数，以储能系统调频出力的分配为待求问题，进行数据选择、交叉与变异，并迭代寻优，获取全局最优解。

6.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述锂电池储能系统的出力修正表达式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述碳基电容储能系统的出力修正表达式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述储能系统用于辅助火电机组参加电网调频。

9.根据权利要求1所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，其特征在于，所述锂电池储能系统用于进行能量型储能，应对中低频调频信号；所述碳基电容储能系统用于进行功率型储能，应对高频调频信号。

10.一种采用如权利要求1-9任一所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法的火储联调系统，其特征在于，包括电网、火电机组、储能系统和控制系统，所述储能系统为包括锂电池储能系统和碳基电容储能系统的混合储能系统，所述控制系统执行如权利要求1-9任一所述的一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法，对所述火电机组、锂电池储能系统和碳基电容储能系统进行调频控制。

技术总结
本发明涉及一种基于碳基电容和锂电池联合运行调频控制方法和系统，方法包括：根据电网的频率偏差和频率偏差变化率，获取电网的一次调频需求，并按照火电机组与混合储能系统的不同调频性能，对一次调频需求进行拆分，得到火电机组和混合储能系统的一次调频参考值；构建混合储能系统参与调频的目标函数与约束条件；采用遗传算法进行调频出力分配；根据储能系统实际自身SOC状态，分别对锂电池储能系统和碳基电容储能系统的出力分配进行修正，得到最终的出力值，从而进行调频控制。与现有技术相比，本发明解决了火储联合调频，单一储能系统调频性能不足的问题；提高了火储调频系统的调频经济性，保护了储能电池全生命周期。

技术研发人员：卫振华,张高秋,杨杰,李庆有,周小平
受保护的技术使用者：上海申能新动力储能研发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29