一种储能系统参与电网频率控制的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电网频率控制技术领域，特别涉及一种储能系统参与电网频率控制的 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着电力需求的增长，电网负荷峰谷差不断变大，对电力系统调频提出了更高的 要求，需要更多响应快速的调节电源。传统调频技术中的频率控制是通过输出功率的快速 增减来维持发电功率与负荷需求的平衡。而发电机具有响应慢、爬坡速率低的缺点，从而导 致:1)因爬坡慢而不能较快地实现调度目标，从而快速实现再调度，因而不能提供所有的区 域控制误差校正;2)因爬坡慢而无法快速改变方向，有时甚至会提供反向调节，因而发电机 有时会增加区域控制误差。由于储能系统具有快速的功率响应能力，且能够实现功率的正 反双向调节，通过对储能系统的合理控制，可以改善含风电电力系统的调频特性，具有更好 的经济性。但是储能系统参与电网频率控制后，需要解决与其他机组在一次调频、二次调频 方面协调配合的问题，目前尚欠缺对这方面的研究。
【发明内容】
[0003] 本发明实施例提供了一种储能系统参与电网频率控制的方法，可以很好的解决储 能系统与其他机组在一次调频、二次调频方面协调配合的问题。该方法包括：
[0004] 实时监控电网频率及储能系统的荷电状态，若电网频率偏差未超过最大频率偏 差，则循环监控电网频率及储能系统的荷电状态;若电网频率偏差超过最大频率偏差，则根 据电网频率偏差的偏差方向和储能系统的荷电状态，确定储能系统参与电网一次频率控 制：
[0005] 若满足一次调频启动条件，则启动虚拟惯性响应和一次可变下垂控制，确定储能 系统的虚拟惯性响应和一次可变下垂控制功率调整值;根据虚拟惯性响应和一次可变下垂 控制功率调整值，确定一次调频有功控制指令;根据一次调频有功控制指令，对储能系统的 有功出力进行第一次调整；
[0006] 经过预设延迟时间后，启动二次调频，确定二次调频指令；
[0007] 根据虚拟惯性响应、一次可变下垂控制功率调整值和二次调频指令，确定二次调 频有功控制指令；
[0008] 根据二次调频有功控制指令，对储能系统的有功出力进行第二次调整；
[0009] 其中，所述电网频率偏差为电网频率与电力系统的标称频率的差值的绝对值。
[0010] 本发明实施例还提供了一种储能系统参与电网频率控制的装置，可以很好的解决 储能系统与其他机组在一次调频、二次调频方面协调配合的问题。该装置包括：
[0011] 监控模块，用于实时监控电网频率及储能系统的荷电状态，若电网频率偏差未超 过最大频率偏差，则循环监控电网频率及储能系统的荷电状态值；
[0012] -次频率控制模块，用于若电网频率偏差超过最大频率偏差，则根据电网频率偏 差的偏差方向和储能系统的荷电状态，确定储能系统参与电网一次频率控制：
[0013] 若满足一次调频启动条件，则启动虚拟惯性响应和一次可变下垂控制，确定储能 系统的虚拟惯性响应和一次可变下垂控制功率调整值;根据虚拟惯性响应和一次可变下垂 控制功率调整值，确定一次调频有功控制指令;根据一次调频有功控制指令，对储能系统的 有功出力进行第一次调整；
[0014] 二次调频模块，用于经过预设延迟时间后，启动二次调频，确定二次调频指令；
[0015] 总的有功控制指令确定模块，用于根据虚拟惯性响应、一次可变下垂控制功率调 整值和二次调频指令，确定总的有功控制指令；
[0016] 二次调整模块，用于根据总的有功控制指令，对储能系统的有功出力进行第二次 调整；
[0017] 其中，所述电网频率偏差为电网频率与电力系统的标称频率的差值的绝对值。
[0018] 在发明实施例中，当电网频率出现偏差时，储能系统先参与电网的一次频率控制， 根据虚拟惯性响应和一次可变下垂控制功率调整值确定一次调频有功控制指令，根据一次 调频有功控制指令，对储能系统的有功出力进行第一次调整;经过预设延迟时间后，调度端 启动二次调频，确定二次调频指令;根据虚拟惯性响应、一次可变下垂控制功率调整值和二 次调频指令，确定二次调频有功控制指令;根据二次调频有功控制指令，对储能系统的有功 出力进行第二次调整，从而控制电网频率，这样通过协调储能系统与传统的发电机组的调 频指令，利用储能系统的快速响应能力，可以显著提高电网频率扰动时频率变化幅度和稳 定速度，提高电网抵抗负荷扰动的能力。
【附图说明】
[0019] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0020] 图1是本发明实施例提供的一种储能系统参与电网频率控制的方法流程图；
[0021] 图2是本发明实施例提供的一种储能系统的虚拟惯性响应控制框图；
[0022]图3是本发明实施例提供的一种基于S0C值的动态一次下垂曲线图；
[0023] 图4是本发明实施例提供的一种储能系统的一次可变下垂控制的控制框图；
[0024] 图5是本发明实施例提供的一种区域控制偏差ACE计算流程图；
[0025]图6是本发明实施例提供的一种电力系统结构简图；
[0026] 图7是本发明实施例提供的一种系统频率变化情况示意图；
[0027] 图8是本发明实施例提供的一种储能系统参与电网频率控制的装置结构图。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对 本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。
[0029] 在本发明实施例中，提供了一种储能系统参与电网频率控制的方法，储能参与电 网的频率控制的完整过程包括3个阶段:第一阶段为虚拟惯性响应，，第二阶段为一次下垂 控制，第三阶段为二次调频即通常所说的AGC控制。具体的方法流程如图1所示，该方法包 括：
[0030]步骤1:储能系统实时监视电网频率以及储能系统的荷电状态（S0C，Stateof Charge)，当电网频率偏差超过电网允许的最大频率偏差时，则进入下一步判断，否则循环 监视电网频率与储能系统的荷电状态S0C。
[0031 ]其中，电网频率偏差为电网频率与电力系统的标称频率的差值的绝对值。电力系 统的标称频率为50Hz或60Hz，中国大陆(包括港、澳地区）及欧洲地区采用50Hz，北美及台湾 地区多采用60Hz，日本则有50Hz和60Hz两种。则电网频率偏差为电网频率与50Hz的差值的 绝对值，即|ft-50 | >Δfmax，ft为t时刻的电网频率，Δfmax为最大频率偏差，其可以根据经验 或相关标准设定，比如设定为〇. 〇5Hz。
[0032]步骤2:当电网频率偏差超过Δfmax时，需要根据电网频率偏差的偏差方向与储能 系统的荷电状态S0C判断其是否参与一次频率调节。
[0033] 1)当ft>50+Δfmax时，需要储能系统吸收功率，若此时S0CBESS,t〈S0Cmax，说明储能系 统具备继续吸收功率的条件，则进入下一步一次频率控制，否则储能系统不参与一次频率 控制。
[0034] 2)当ft〈50_Afmax时，需要储能系统发出功率，若此时S0CBESS,t>S0Cmin，说明储能系 统具备继续发出功率的条件，则进入下一步一次频率控制，否则储能系统不参与一次频率 控制。
[0035]其中，SOCbess,t为储能系统在t时刻的荷电状态;S0Cmax为储能系统允许的荷电状态 最大值，为避免储能过充通常将其限制为一个小于1的数值;socminS储能系统允许的荷电 状态最小值，为避免储能过放通常将其限制为一个大于0的数值。
[0036] 步骤3:当满足启动一次调频条件时，储能系统启动一次频率响应:虚拟惯性响应 和一次下垂控制，同时确定储能系统的虚拟惯性响应和一次可变下垂控制功率调整值。其 中虚拟惯性响应主要响应频率变化率，一次下垂控制响应频率偏差。
[0037] 所述一次调频启动条件包括虚拟惯性响应启动条件和一次可变下垂控制启动条 件；
[0038] 所述虚拟惯性响应启动条件为：
[0039] 当Idft/dtI2Riim(即频率发生波动时刻），虚拟惯性响应启动，；
[0040] 其中，dft/dt为t时刻的电网频率变化率，Riim为电网频率变化率死区；
[0041 ]所述一次可变下垂控制启动条件为：
[0042] 当|ft-50 | >Δfmax且t>Tdeiayi时，一次可变下垂控制启动；
[0043]其中，ft为t时刻的电网频率；Δfmax为最大频率偏差;Tdeiayl为预设的第一延迟时 间。
[0044] 具体实施时，该方法还包括：
[0045] 当满足一次调频结束条件时，结束虚拟惯性响应和一次可变下垂控制；
[0046] 所述一次调频结束条件包括虚拟惯性响应结束条件和一次可变下垂控制结束条 件；
[0047] 所述虚拟惯性响应结束条件为：
[0048]当电网频率达到峰值且延迟预设时间(频率首次波动到极值后0.1s)后，虚拟惯性 响应结束，此时APinert,t= 0;
[0049]所述一次可变下垂控制结束条件为：
[0050] 当t>Tdelay2时，一次可变下垂控制结束，此时，ΔPDrc)c)p, t= 〇;
[0051]其中，Tdeiay2预设的第二延迟时间。
[0052]下面详细介绍虚拟惯性响应和一次下垂控制。
[0053] (1)虚拟惯性响应
[0054]储能系统的虚拟惯性响应是当电力系统发生剧烈频率波动时，根据频率变化率的 大小来近似模拟传统发电机的惯性动能释放或吸收的过程，从而减缓系统故障初期（5s-l〇s内）的频率变化率，从而减小频率波动的幅值，同时增加系统阻尼，增强系统的小信号稳 定性。虚拟惯性响应的计算公式为：
[0056]上式中，ΔPInert,t为储能系统在t时刻的虚拟惯性响应，KInert为虚拟惯性系数，KInert〈0，dft/dt为t时刻的电网频率变化率，RlimS电网频率变化率死区，当频率变化率大于 死区范围时才启动虚拟惯性响应。
[0057]图2表示储能系统的虚拟惯性响应的基本控制框图，其中低通滤波器用来抑制系 统频率测量中出现的高频噪声，死区控制器可以根据频率变化率对惯性响应启动的条件进 行限定，避免频繁启停惯性响应。惯性功率输出的大小和变化率需根据电池的