一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法与流程

本发明涉及电力系统调频领域，尤其涉及一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法。

背景技术：

1、在现有的电力系统调度技术中，火电机组常常承担着调频调峰的任务。由于燃煤火电机组具有较大的功率和较稳定的输出，因此在调频过程中起到了重要的作用。然而，由于火电机组自身的响应速度和调频范围等方面的限制，其在面对大规模、快速的负荷变化时，往往不能够提供足够快速和准确的调频响应。因此，如何提高火电机组的调频品质，提高电力系统的稳定性和可靠性，一直是电力系统研究和实际运行中面临的重要问题。

2、为了解决上述问题，近年来，储能技术被广泛应用于电力系统中。储能技术可以在短时间内提供大量的电力，对于改善电力系统的调频性能具有明显的效果。其中，功率型飞轮储能和能量型蓄电池储能是两种常用的储能技术。飞轮储能系统具有响应速度快、功率密度高的优点，能够有效应对短时间内的大幅度负荷变化；能量型蓄电池储能则具有能量密度大、放电时间长的优点，能够在较长时间内提供稳定的电力输出。

3、然而如何根据不同电池与飞轮的实际充放电速率与荷电量自动调整其出力程度，使其最大程度发挥混合储能参与调频的优势，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法，以解决上述相关技术中出现的技术问题。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法，所述方法包括：

4、通过基于荷电状态的模糊控制系统对混合储能系统中的功率分配系数进行优化；

5、建立飞轮与蓄电池的数学模型，其中，包括一个具备电池特征参数可调功能的通用蓄电池模型；

6、利用荷电状态的模糊控制系统对混合储能系统中的功率分配系数进行优化，避免飞轮储能的荷电状态出现过充/过放的情况；

7、基于对功率分配系数的优化，对储能系统按照功率平衡、降低功率波动、提高储能系统对频率的改善为设计目标，配置混合储能系统对并网侧产生的功率与频率偏差自动做出矫正；

8、结合以上实际工作模式，将功率与频率平衡作为调整目标，设计飞轮—蓄电池混合储能系统具体控制逻辑，根据实际情况向各模块合理分配出力。

9、本发明进一步的改进在于，所述飞轮与蓄电池的数学模型，包括飞轮储能数学模型、蓄电池通用数学模型和飞轮—蓄电池混合储能模型。

10、本发明进一步的改进在于，利用荷电状态的模糊控制系统对混合储能系统中的功率分配系数进行优化，包括：

11、建立混合储能系统的分配原则：

12、混合储能系统补偿要在飞轮储能和电化学储能之间进行分配，为充分利用飞轮毫秒级响应速度，做出如下分配规则：放电时，由飞轮放电，仅当飞轮荷电状态过低时，由电化学优先放电；充电时，由飞轮充电，仅当飞轮荷电状态过高时，由电化学优先充电；

13、对模糊控制器进行设计：

14、为利用模糊控制对混合储能系统内功率分配系数进行优化，以飞轮储能的荷电状态socf(t)作为模糊控制器的x1(t)，以飞轮储能的输出功率pfess(t)作为模糊控制器的x2(t)；功率分配系数a(t)作为模糊控制输出量；

15、制定模糊控制规则及解模糊化：

16、模糊控制状态描述了输入变量与输出变量之间的控制关系；当输入x1(t)为pb且x2(t)＜0时，系统的socf(t)仍有增大的趋势，为使偏差尽快缩小，使输出量调至nb；而当输入x1(t)为nb且x2(t)＞0时，系统的socf(t)仍有减小的趋势，为使偏差尽快缩小，使输出量调至pb。

17、本发明进一步的改进在于，所述对功率分配系数进行优化，得到飞轮－蓄电池混合储能系统调频控制方案，包括：

18、对储能系统按照功率平衡、降低功率波动、提高储能系统对发电频率的改善作为设计目标，初步设计了混合储能系统的调频控制方案。

19、本发明进一步的改进在于，所述将功率与频率平衡作为调整目标，进一步设计了飞轮—蓄电池混合储能系统具体控制逻辑，根据实际情况向各模块合理分配出力，包括：

20、针对混合储能系统提出改进下垂的控制协调策略；采用电压下垂控制方式，即在飞轮与蓄电池两者中分别加入电流反馈环节，并在其电力电子变换器与母线间通过特性模拟加入虚拟电阻，使两者具有相同的输出特性，从而可使两者对不同频率的扰动量进行合理分配后按需出力；

21、在飞轮－蓄电池混合储能系统进行调频或调功时，尽可能避免蓄电池出现电流或电压突增或在短时间内频繁切换充放状态的问题；当系统频率或功率发生波动时，先让飞轮储能系统参与调节，当飞轮储能系统发出的有功功率能够满足系统调整需求时，则蓄电池维持待机状态，在飞轮储能无法完全满足调节需求时，蓄电池自动介入调整过程。

22、本发明进一步的改进在于，以飞轮－蓄电池混合储能系统的soc值作为系统整体的广义剩余电量，将其作为调整参量系数，有效对不同情况的扰动调整需求，控制不同储能模块分别出力，包括：

23、通过对蓄电池等效电路模型，确定其soc与电池相关参数之间的关系；

24、用电力电子变换器的下垂系数与外界交换能量的功率值相乘，从而得到以电压为衡量标准的下垂法公式。

25、一种电子设备，包括：

26、一个或多个处理器；

27、存储装置，用于存储一个或多个程序，

28、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法。

29、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法。

30、本发明至少具有如下有益的技术效果：

31、1、本发明对功率在飞轮储能和蓄电池储能的功率分配系数的确定上更加合理，因为本发明建立了荷电状态的模糊控制规则，通过模糊控制使储能系统的功率输出随着荷电状态的变化而变化，从而确定相应的功率系数。

32、2、本发明对系统受扰后的功率变化在飞轮储能和蓄电池储能之间的分配更加合理。因为本发明针对混合储能系统提出改进下垂的控制协调策略；采用电压下垂控制方式，即在飞轮与蓄电池两者中分别加入电流反馈环节，并在其电力电子变换器与母线间通过特性模拟加入虚拟电阻，使两者具有相同的输出特性，从而可使两者对不同频率的扰动量进行合理分配后按需出力。

技术特征：

1.一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞轮与蓄电池的数学模型，包括飞轮储能数学模型、蓄电池通用数学模型和飞轮—蓄电池混合储能模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用荷电状态的模糊控制系统对混合储能系统中的功率分配系数进行优化，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对功率分配系数进行优化，得到飞轮－蓄电池混合储能系统调频控制方案，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将功率与频率平衡作为调整目标，进一步设计了飞轮—蓄电池混合储能系统具体控制逻辑，根据实际情况向各模块合理分配出力，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以飞轮－蓄电池混合储能系统的soc值作为系统整体的广义剩余电量，将其作为调整参量系数，有效对不同情况的扰动调整需求，控制不同储能模块分别出力，包括：

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法。

技术总结
本发明公开了一种燃煤火电机组耦合混合储能系统的调频方法，包括对飞轮与蓄电池的基本原理和典型拓扑结构的分析；构建蓄电池与飞轮储能系统的通用模型，并将其应用于电网系统的功率平衡与频率控制中；利用基于荷电状态的模糊控制系统对混合储能系统中功率分配系数进行优化；根据飞轮—蓄电池混合储能系统中各电池充放电特性不同的实际情况，制定了混合储能系统参与功率控制与调频的控制方案；本发明的模糊控制系统能够有效对储能功率进行分配，在避免飞轮储能系统过充过放问题的同时，也降低了调频过程中机组波动的峰值，使电化学储能合理的参与到调频中，保证了机组运行的高效稳定。

技术研发人员：李菁华,兀鹏越,杨沛豪,寇水潮,郭昊,殷悦,王劼文,郑昀,薛晓锋,潘喜良,戴海鹏,王冰礁,黄学辉,石敦义,李腾旭,詹修平
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25