基于飞轮储能系统的一次调频控制方法及装置与流程

本发明涉及一种一次调频控制策略，具体而言，涉及一种基于飞轮储能系统的一次调频控制方法及装置。

背景技术：

1、随着太阳能、风能等新能源大规模接入电网以及传统火电机组的退役，新能源逐渐成为电力系统新增装机的重要组成部分。新能源电力电子装置具有低惯量、低抗扰性等特性，并且具有高惯量的传统机组占比不断下降，导致系统频率稳定水平降低，频率越限风险增加。在系统发生扰动时，频率变化率较大，频率最低点较低，给电网安全稳定运行带来挑战。传统调频手段响应速度较慢，不能满足具有强波动性的新型电力系统对频率稳定性的新需求，目前亟需一种有效的调频方法来提升电力系统的稳定性。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述背景技术中的至少一个技术问题，提出了一种基于飞轮储能系统的一次调频控制方法及装置。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于飞轮储能系统的一次调频控制方法，该方法应用于飞轮储能系统，该方法包括：

3、获取电力系统的频率偏差；

4、若所述频率偏差大于或等于频率偏差阈值，则基于所述频率偏差以及所述频率偏差的变化率，确定自适应控制系数，进而根据所述自适应控制系数以及所述频率偏差的变化率确定第一有功参考信号；

5、基于所述第一有功参考信号对所述电力系统进行一次调频控制。

6、可选的，所述基于飞轮储能系统的一次调频控制方法，还包括：

7、若所述频率偏差小于所述频率偏差阈值，则根据当前的飞轮荷电状态计算出第二有功参考信号，然后根据所述第二有功参考信号对自身的飞轮荷电状态进行自恢复控制。

8、可选的，所述基于所述第一有功参考信号对所述电力系统进行一次调频控制，包括：

9、基于所述第一有功参考信号并应用模型预测控制，对所述电力系统进行一次调频控制。

10、可选的，所述基于所述第一有功参考信号并应用模型预测控制，对所述电力系统进行一次调频控制，包括：

11、将所述第一有功参考信号作为所述模型预测控制的优化目标；

12、通过求解目标函数最小化优化目标，同时满足飞轮储能系统的物理约束，得到最优的功率控制指令；

13、将所述功率控制指令转化为变流器的控制信号，进而基于所述控制信号对所述变流器进行控制。

14、可选的，所述模型预测控制中采用的飞轮储能系统的数学模型为：

15、dψd/dt＝(rsid-ωeψq)/ls

16、dψq/dt＝(rsiq+ωeψd)/ls

17、dωe/dt＝(te-tl)/j

18、

19、式中，下标d、q为两相旋转坐标系在d、q两个方向的分量；ψ为电机定子磁链；rs为电机定子绕组电阻；ωe为电机转子的角速度；i为电动机的电流；ls为同步电感；pn为电机的极对数；te为电磁的转矩；pe为电机输出的机械功率；tl为飞轮负载转矩；j为电机转子及飞轮系统的转动惯量。

20、可选的，所述模型预测控制中采用的目标函数为：

21、

22、式中，f是目标函数，代表整体的优化目标；t是预测的时间范围；ωt是权重因子，用于调节频率偏差的相对重要性；δf为频率偏差；rt是权重因子，用于调节飞轮输出功率的平滑性；pt是飞轮在时间t的输出功率。

23、可选的，所述物理约束包括：能量约束以及飞轮转速约束；

24、所述能量约束为：

25、

26、

27、式中，echarge为一次调频期间飞轮储能系统的充电能量，edischarge为一次调频期间飞轮储能系统的放电能量；分别为飞轮储能系统能够吸收与发出的最大能量；jf为飞轮与永磁同步电机的转动惯量之和；ωmax、ωmin分别为飞轮储能系统的最大与最小机械角速度；ω为飞轮的当前机械角速度；

28、所述飞轮转速约束为：

29、

30、式中，ω′为一次调频后的飞轮机械角速度，δe为飞轮储能系统实际发出或吸收的能量。

31、可选的，所述基于所述频率偏差以及所述频率偏差的变化率，确定自适应控制系数，包括：

32、根据以下公式确定自适应控制系数：

33、

34、其中，a为自适应控制系数，δf为频率偏差，为频率偏差的变化率，k1为第一比例系数，k2为第二比例系数。

35、可选的，所述根据所述自适应控制系数以及所述频率偏差的变化率确定第一有功参考信号，包括：

36、根据以下公式确定第一有功参考信号：

37、

38、其中，pref为有功参考信号，pref0为上一时刻的有功参考信号，a为自适应控制系数，δf为频率偏差，为频率偏差的变化率。

39、可选的，所述根据当前的飞轮荷电状态计算出第二有功参考信号，包括：

40、根据以下公式计算第二有功参考信号：

41、

42、其中，pref为有功参考信号，pref0为上一时刻的有功参考信号，soc为当前的飞轮荷电状态，socmax是飞轮荷电状态最大值，socmin是飞轮荷电状态最小值，kp为比例系数，ki为积分系数，ω是永磁同步电机的电角速度，ωmax是永磁同步电机的最大电角速度，ωmin是永磁同步电机的最小电角速度。

43、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于飞轮储能系统的一次调频控制装置，该装置应用于飞轮储能系统，该装置包括：

44、频率偏差获取单元，用于获取电力系统的频率偏差；

45、第一有功参考信号确定单元，用于若所述频率偏差大于或等于频率偏差阈值，则基于所述频率偏差以及所述频率偏差的变化率，确定自适应控制系数，进而根据所述自适应控制系数以及所述频率偏差的变化率确定第一有功参考信号；

46、一次调频控制单元，用于基于所述第一有功参考信号对所述电力系统进行一次调频控制。

47、可选的，所述基于飞轮储能系统的一次调频控制装置，还包括：

48、自恢复控制单元，用于若所述频率偏差小于所述频率偏差阈值，则根据当前的飞轮荷电状态计算出第二有功参考信号，然后根据所述第二有功参考信号对自身的飞轮荷电状态进行自恢复控制。

49、可选的，所述一次调频控制单元，具体用于基于所述第一有功参考信号并应用模型预测控制，对所述电力系统进行一次调频控制。

50、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于飞轮储能系统的一次调频控制方法的步骤。

51、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述基于飞轮储能系统的一次调频控制方法的步骤。

52、为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述基于飞轮储能系统的一次调频控制方法的步骤。

53、本发明的有益效果为：

54、在本发明中，当电力系统的频率偏差大于或等于频率偏差阈值时，飞轮储能系统基于所述频率偏差以及所述频率偏差的变化率，确定自适应控制系数，进而根据所述自适应控制系数以及所述频率偏差的变化率确定第一有功参考信号，然后基于所述第一有功参考信号对所述电力系统进行一次调频控制，由此实现了提高电力系统的稳定性的有益效果。