電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的三大指標(biāo)之一，其偏差反映了系統(tǒng)提供有功功率和負(fù) 荷需求之間的平衡關(guān)系。由于電網(wǎng)一次調(diào)頻是依靠自身固有的頻率特性阻止系統(tǒng)頻率偏 移，并不能做到無差調(diào)節(jié)，二次調(diào)頻是在一次調(diào)頻的基礎(chǔ)上改變發(fā)電機(jī)組的調(diào)差特性曲線 位置實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，一般適用于調(diào)整分鐘級或者更差時(shí)間周期的負(fù)荷波動。
[0003] 傳統(tǒng)能源的日益匱乏和環(huán)境的惡化促進(jìn)了新能源的快速發(fā)展。以風(fēng)、光為代表的 新能源發(fā)電取決于自然條件，決定了新能源發(fā)電具有一定的隨機(jī)性和間歇性，由于新能源 發(fā)電具有一定的隨機(jī)性和間歇性。隨著新能源的大規(guī)模發(fā)展對系統(tǒng)發(fā)電與用電之間的平衡 帶來巨大的挑戰(zhàn)。
[0004] 傳統(tǒng)的調(diào)頻機(jī)組都是由水電機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組以及燃煤機(jī)組等傳統(tǒng)電源承擔(dān)。然而 因?yàn)閭鹘y(tǒng)調(diào)頻機(jī)組的固有特性，尤其在含大規(guī)模新能源發(fā)電的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的調(diào)頻方 式存在各種缺陷和不足。水電機(jī)組是最適用于參與電網(wǎng)調(diào)頻的能源，但是水電機(jī)組容易受 地域和季節(jié)性的影響。傳統(tǒng)的調(diào)頻機(jī)組都是具有傳統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組都是具有旋轉(zhuǎn)慣性的機(jī)械 器件組成的，將一次能源轉(zhuǎn)化成電能，再根據(jù)調(diào)頻指令達(dá)到一定的輸出功率要經(jīng)過相對較 長的一段時(shí)間，響應(yīng)慢而且爬坡速率低，再加上機(jī)組的慣性作用，參與調(diào)頻時(shí)方向不容易改 變，很容易導(dǎo)致頻率調(diào)節(jié)的延遲和偏差等現(xiàn)象，并且傳統(tǒng)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻頻繁的改變調(diào) 節(jié)方向不僅加劇了設(shè)備的磨損，而且增加了燃料的使用量和運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出了一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的控制方法，通過獲取負(fù)荷與 發(fā)電功率之間的不平衡量AP改變電池儲能系統(tǒng)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的系數(shù)，其目的在于通過優(yōu)化電 池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的調(diào)節(jié)系數(shù)調(diào)節(jié)電池儲能參與二次調(diào)頻的功率。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0007] -種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :建立電網(wǎng)調(diào)頻的數(shù)學(xué)模型，包括發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型GL、調(diào)速器模型與原動 機(jī)模型、電池儲能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；
[0009] 步驟2 :依據(jù)二次調(diào)頻的要求，由電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AP確定電池 儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的調(diào)節(jié)系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)頻率的無差調(diào)節(jié)；
[0010] 步驟3 :確定系統(tǒng)中最大容量的機(jī)組容量gr和電池儲能系統(tǒng)的最大充放電功率 根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的最大充放電功率確定電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻功率的 限幅環(huán)節(jié)；
[0011]步驟4:根據(jù)最大容量的機(jī)組容量i?r、電池儲能系統(tǒng)的最大充放電功率以 及優(yōu)化前機(jī)組控制環(huán)節(jié)中的調(diào)節(jié)系數(shù)Ki，確定電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的調(diào)節(jié)系數(shù) 1(2與電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AP之間的關(guān)系；其中，優(yōu)化前機(jī)組控制環(huán)節(jié)中的 調(diào)節(jié)系數(shù)I，是現(xiàn)有的傳統(tǒng)機(jī)組控制環(huán)節(jié)中的調(diào)節(jié)系數(shù)I。
[0012] 步驟5 :根據(jù)步驟1~4搭建電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的自適應(yīng)控制如下： 電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AP經(jīng)過發(fā)電機(jī)-負(fù)荷頻率特性環(huán)節(jié)之后得到系統(tǒng)的頻 率差值A(chǔ)f，再經(jīng)過參與電網(wǎng)二次調(diào)頻各個(gè)電源的PI環(huán)節(jié)得到各部分電源需要改變的功率 大小。
[0013] 進(jìn)一步地，建立電網(wǎng)調(diào)頻的數(shù)學(xué)模型，具體為：
[0014]模型一，發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型GL:APn(s)-APL(s) =(2Hs+D)Af，
[0015] 其中，Pm為原動機(jī)功率，P負(fù)荷功率，H為發(fā)電機(jī)組的慣性常數(shù)，f為系統(tǒng)頻率， D為負(fù)荷-阻尼常數(shù)；
[0016] 模型二，調(diào)速器模型與原動機(jī)模型分別為；
[0017]
[0018] i卞'、: ./ r
[0019] 其中，Y為閥門的開度，1/R為發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率系數(shù)，s為拉普拉斯算子， 1；為調(diào)速器的時(shí)間常數(shù)，為轉(zhuǎn)子速度，f為系統(tǒng)頻率，GR(s)是調(diào)速器傳遞函數(shù)，Tt為原 動機(jī)時(shí)間常數(shù)，GT(s)為原動機(jī)傳遞函數(shù)；
[0020] 槌型二.由池儲能系締的教舉槌型，
[0021]
[0022] 其中，PBESS為電池儲能系統(tǒng)充放電功率，KBESS為電池儲能頻率響應(yīng)系數(shù)，f為系統(tǒng) 頻率，TBESS為電池時(shí)間常數(shù)，GBESS(s)為電池儲能傳遞函數(shù)。
[0023] 進(jìn)一步地，在步驟4中，所述調(diào)節(jié)系數(shù)1(2與電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AP 之間的關(guān)系確定為：
[0024] 電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的系數(shù)K2與電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的 不平衡量AP之間的關(guān)系分為三段函數(shù)，
[0025] 關(guān)系函數(shù)一，當(dāng)電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AP彡API寸，電池儲能系統(tǒng) 以最大的調(diào)節(jié)系數(shù)xr'
[0026]關(guān)系函數(shù)二，當(dāng)電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量A/4W(M+l)〇時(shí)，其 中，M根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的常數(shù)，電池儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系數(shù)與負(fù)荷變化量之間呈線性關(guān)系， 其表達(dá)式為：
[0027]
[0028] 關(guān)系函數(shù)三，當(dāng)電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量AF 時(shí)，電池儲能 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系數(shù)保持為: M
[0029] 其中，
If?是根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的電池儲能參與電網(wǎng) 二次調(diào)頻調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的最大系數(shù)。
[0030] 該種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制方法中，大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)通過電力 電子裝置接入電網(wǎng)，響應(yīng)速度快，可以在毫秒級時(shí)間范圍內(nèi)輸出額定功率以內(nèi)的數(shù)值；而且 輸出功率控制精確，能夠保持在穩(wěn)定的功率輸出；特別是電池儲能系統(tǒng)具有雙向調(diào)節(jié)能力， 充電時(shí)可作為負(fù)荷，放電時(shí)可作為電源。大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻性能上有著明 顯優(yōu)勢，可作為參與二次調(diào)頻的有效手段，與傳統(tǒng)調(diào)頻電源相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。
[0031] 本發(fā)明的有益效果是：該種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制方法，通過技術(shù) 性指標(biāo)等建立電池儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系數(shù)優(yōu)化方法，通過對調(diào)節(jié)系數(shù)的優(yōu)化來改變電池儲能 系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的最終出力，實(shí)現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的自適應(yīng)控制， 從而可以減少傳統(tǒng)機(jī)組的燃煤損耗，提高生產(chǎn)效益。
【附圖說明】
[0032] 圖1是實(shí)施例中電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻控制框圖；
[0033] 圖2是實(shí)施例中電池儲能系統(tǒng)調(diào)節(jié)系數(shù)優(yōu)化曲線示意圖；
[0034] 圖3是實(shí)施例中電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻前后系統(tǒng)頻率的變化曲線示意 圖；
[0035] 圖4是實(shí)施例中電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻前后系統(tǒng)電源功率的變化曲線 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0037] 實(shí)施例
[0038] 實(shí)施例通過將電池儲能系統(tǒng)安裝在需要配合傳統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組的系統(tǒng)中，從調(diào)控中心 實(shí)時(shí)采集區(qū)域的負(fù)荷與發(fā)電之間的不平衡功率，根據(jù)不平衡功率的大小確定電池儲能系統(tǒng) 參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的調(diào)節(jié)系數(shù)，從而改變電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的最終出力。
[0039] 電網(wǎng)中負(fù)荷與發(fā)電功率的不平衡量與電池儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系數(shù)的關(guān)系可根據(jù)不 同的指標(biāo)或者是準(zhǔn)則進(jìn)行建立，從而實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)配合傳統(tǒng)機(jī) 組參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的自適應(yīng)控制。
[0040] 本實(shí)例提出一種電池儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)二次調(diào)頻的自適應(yīng)控制方法，該控制方法 對應(yīng)的含電池儲能系統(tǒng)的電網(wǎng)區(qū)域二次調(diào)頻的控制框圖如圖1所示。具體的步驟如下：
[0041] 步驟1 :建立電網(wǎng)調(diào)頻的數(shù)學(xué)模型；主要包括：
[0042] ①電機(jī)-負(fù)荷模型GL，其中Pm為原動機(jī)功率（A表示微變化量，下同），PA負(fù)荷 功率，H為發(fā)電機(jī)組的慣性常數(shù)，f為系統(tǒng)頻率，D為負(fù)荷-阻尼常數(shù)；
[0043] 發(fā)電機(jī)-負(fù)荷模型GL:
[0044] APn(s)-APL(s) = (2Hs+D)Af
[0045] ②原動機(jī)GT、調(diào)速器GR模型，其中Y為閥門的開度，1/R為發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功 率系數(shù)，s為拉普拉斯算子，1；為調(diào)速器的時(shí)間常數(shù)，co1^為轉(zhuǎn)子速度，GR(s)是調(diào)速器傳遞 函數(shù)，Tt為原動機(jī)時(shí)間常數(shù)，GT(s)為原動機(jī)傳遞函數(shù)；
[0046] 原動機(jī)調(diào)速器模型：以無再熱器汽輪機(jī)為例，調(diào)速器模型與原動機(jī)模型分別為；
[0047]