计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法

本发明属于电力系统运行分析领域，具体涉及一种计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法。

背景技术：

1、随着构建以新能源为主体的新型电力系统目标的提出，我国正加速向新能源转型。但随着具有高度不确定的可再生能源并网，系统惯性大幅下降，为确保系统运行安全，经常采用弃风弃光等措施，导致可再生能源每年至少损失30％的能量。在新能源渗透率不断提高的时代背景下，电池储能系统凭借响应速度快、精确追踪和双向调节等特点成为研究热点。

2、目前的电池储能控制策略中往往都专注于对电池储能单一的控制研究，忽视了区域电网中火电机组自身的一次调频能力，没有考虑到调频时段火电机组运行状态对电池储能一次调频的影响。当火电机组调频备用容量充足时，需要电池储能与火电机组共同参与一次调频；而当火电机组调频备用容量不足时，需要电池储能发挥其作用弥补功率缺失部分，阻止频率的恶化，因此需要依据调频时段火电机组运行状态设计不同的电池储能一次调频输出功率控制策略并能够在不同运行状态下进行合理转化，目前关于这方面的研究较为缺失。

3、此外，电池储能soc的恢复策略往往与电网调频需求矛盾，电池储能的充放电策略可能会导致电网频率的进一步恶化。因此，soc恢复策略必须同时考虑调频时段火电机组不同运行状态下的调频备用容量是否充足及电池储能充放电需求大小，否则易导致火电机组过载及频率的二次恶化。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法。

2、本发明提供了一种计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法，通过火电机组与电池储能结合进行调频控制，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，根据火电机组功频特性曲线对调频时段火电机组的运行状态进行分类；步骤s2，通过火电机组和电池储能协同进行一次调频，一次调频过程中根据调频时段火电机组的运行状态，控制电池储能输出功率，其中，步骤s1中，根据火电机组功频特性曲线将火电机组的运行状态分类为调频备用充足的运行状态一、调频备用不足的运行状态二以及无调频备用的运行状态三，步骤s2中，电池储能输出功率由一次调频功率和soc恢复功率组成，在一次调频过程中，根据火电机组的运行状态通过预设的控制策略对应控制电池储能输出功率。

3、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤s1中，火电机组功频特性曲线的公式如下：

4、

5、公式(1)中，kg和分别表示火电机组参与一次调频的下垂系数与最大出力变化功率，根据火电机组功频特性曲线，将0.1hz作为调频备用不足的临界值，分别将|δf|≤0.1hz分类为运行状态一，将0.1hz＜|δf|≤0.133hz分类为运行状态二，|δf|＞0.133hz分类为运行状态三。

6、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤s2中，根据火电机组的运行状态通过预设的控制策略对应控制电池储能输出功率，

7、控制策略中，将电池储能的运行场景分为一次调频阶段与soc恢复阶段两部分，根据调频时段火电机组的运行状态，当|δf|≤0.033hz时，火电机组处于运行状态一并位于调频死区内，电池储能不参与一次调频，仅进行soc恢复；

8、当0.033hz≤|δf|≤0.1hz时，火电机组处于运行状态一且频率偏差位于调频死区外，火电机组调频备用充足，电池储能参与一次调频，同时进行soc恢复，维持电池储能的soc；

9、当0.1hz＜|δf|≤0.133hz时，火电机组处于运行状态二，火电机组备用容量不足，电池储能参与一次调频，同时进行soc恢复；

10、当|δf|＞0.133hz时，火电机组处于运行状态三，火电机组无调频备用，电池储能停止充放电，输出功率额外补偿火电机组不足部分，

11、在控制策略下，电池储能输出功率的计算公式如下：

12、

13、公式(2)中，δppfr和δpsoc分别为一次调频功率和soc恢复功率。

14、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，一次调频功率δppfr由两部分组成，一部分为随电网频率和soc反馈的变下垂控制功率，另一部分为弥补火电机组调频容量缺失的功率补偿量当火电机组处于运行状态一和运行状态二时，电池储能不进行调频功率补偿；当火电机组处于运行状态三时，由电池储能补偿火电机组调频缺失功率部分，

15、电池储能参与的一次调频功率时的公式如下：

16、

17、其中，由电池储能补足火电机组功率缺失的功率补偿量的公式如下：

18、

19、公式(5)中，kc为电池储能自适应充电系数，计算公式如下：

20、

21、公式(5)中，kd为电池储能放电系数，计算公式如下：

22、

23、公式(7)和公式(8)中，socmin和socmax分别表示soc的最小值和最大值，k0和ke,max分别表示logistic函数的初始值和终值，n为曲线的可调节因子，用于改变电池储能参与一次调频自适应充放电下垂系数从k0到ke,max的变化速度。

24、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，soc恢复功率δpsoc根据调频时段火电机组运行状态及电池储能soc进行确定，

25、当调频时段火电机组处于运行状态一时，此时调频备用容量充足，并且soc不在预设的参考区间内时，由soc计算电池储能soc的恢复调节系数，包括充电恢复调节系数kc1、放电恢复调节系数kd1，并根据电池储能soc的恢复调节系数对应得到soc恢复功率δpsoc，

26、当调频时段火电机组处于运行状态二和运行状态三时，调频备用不足，计算恢复能力系数对恢复调节系数进行约束，恢复能力系数包括充电恢复能力系数kc2、放电恢复能力系数kd2，取恢复能力系数与恢复调节系数之间的最小值作为电池储能soc恢复系数，并根据电池储能soc恢复系数对应得到soc恢复功率δpsoc。

27、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，当调频时段火电机组处于运行状态一时，将soc的边界分区为socmin、soc0、soclow、sochigh、soc1、socmax，分别代表soc最小值、较小值、偏小值、偏大值、较大值、最大值，

28、以soc为自变量，根据电池储能自身soc恢复需求，构建充电恢复调节系数kc1、放电恢复调节系数kd1与soc的关系，由soc计算得到电池储能soc的恢复调节系数，

29、当soclow≤soc≤sochigh时，soc位于预设的参考区间socref内，不参与充放电，

30、当soc＜soclow时，电池储能电量不足，充电恢复调节系数kc1随soc的减小而增大，放电恢复调节系数kd1为0，

31、当soc＞sochigh时，电池储能电量充足，放电恢复调节系数kc1随soc的增大而增大，充电恢复调节系数kd1为0。

32、在本发明提供的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法中，还可以具有这样的特征：其中，当调频时段火电机组处于运行状态二和运行状态三时，对范围内频率偏差划分为δfout、δfmin、δf0、δflow、δfhigh、δf1、δfmax、δfin，分别对应运行状态二和运行状态三之中的最大频率偏差下限、最小值、较小值、偏低值、偏高值、较高值、最高值、最大频率偏差上限，

33、以频率偏差δf为自变量，根据调频时段火电机组不同运行状态情况，构建充电恢复能力系数kc2、放电恢复能力系数kd2与频率偏差δf的关系，由频率偏差δf计算恢复能力系数，

34、当δfout≤δf≤δfmin时，火电机组处于运行状态三，电池储能停止充电，

35、当δfmin≤δf≤δf0时，火电机组处于运行状态二并逼近运行状态三，充电恢复能力系数kc2较小且随着δf的降低而降低，

36、当δf0≤δf≤δflow时，充电恢复能力系数kc2较大，且随着δf的增加而增加，

37、当δflow≤δf≤δfhigh时，火电机组处于运行状态一，调频备用充足，充电恢复能力系数kc2、放电恢复能力系数kd2均较大，

38、当δfhigh≤δf≤δf1时，放电恢复能力系数kd2较大，且随着δf的增加而减小，

39、当δf1≤δf≤δfmax时，放电恢复能力系数kd2较小且随着δf的增加而降低，

40、计算得到恢复能力系数后，将充电恢复能力系数kc2、放电恢复能力系数kd2和充电恢复调节系数kc1、放电恢复调节系数kd1之间的最小值作为电池储能soc恢复系数，电池储能soc恢复系数的公式如下：

41、

42、公式(9)中，ksoc为电池储能soc恢复系数。

43、发明的作用与效果

44、根据本发明所涉及的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法，在一次调频控制时，通过将调频时段火电机组运行状态与电池储能充放电系数相结合，以弥补火电机组调频备用不足部分，得到补偿后的电池储能一次调频出力；同时在soc恢复上，本发明分别定义充放电恢复能力系数与充放电恢复调节系数以兼顾调频时段火电机组运行状态与电池储能soc恢复需求，并由此计算得到电池储能soc恢复功率。本发明的计及火电机组状态与电池储能恢复的电网一次调频方法在阶跃负荷扰动、短时连续负荷扰动和长时连续负荷扰动下，均能兼顾调频时段火电机组运行状态及soc恢复需求，改善电网一次调频效果并有效恢复电池储能soc。