一种压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法及系统与流程

本技术涉及电力系统储能调频，具体涉及一种压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法及系统。

背景技术：

1、一次调频要求储能系统在电网频率出现偏差时，能够快速响应、及时出力，将频率维持在额定范围。压缩空气储能调频作为一种能量型储能，具有容量大、寿命长、成本低的优势，可提供持续的调频功率支撑，但存在启动响应慢的缺陷，常规启动时间需数分钟，无法应对电网瞬时的频率波动，导致其无法参与瞬时一次调频任务；飞轮储能调频响应速度快，可快速平抑瞬时频率波动，但能量容量有限，无法承担长期持续的调频任务。相关技术的联合调频方案中未针对压缩空气储能启动慢的问题设计辅助启动机制，且双储能系统切换时存在明显的功率冲击，影响电网稳定，同时缺乏有效的防喘振、超速保护协同逻辑，导致系统运行安全性不足，无法充分发挥双储能系统的协同优势，难以满足电网一次调频的高效、快速、安全需求。

技术实现思路

1、本技术第一方面提供一种压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法，该压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法能够提高一次调频过程的响应速度和持续支撑能力。

2、本技术第一方面提供的压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法包括：实时接收电网接口层上传的频率偏差信号，根据所述频率偏差信号计算一次调频所需的调节功率；

3、根据所述频率偏差信号的幅值确定调频级别，分别向飞轮储能系统和压缩空气储能系统分配调节指令，使所述飞轮储能系统先行输出或吸收瞬时调频功率，在所述调频级别达到压缩空气储能启动条件时，向所述压缩空气储能系统发送快速暖机启动指令，使所述压缩空气储能系统进入预备运行状态；

4、在所述压缩空气储能系统达到启动完成条件后，控制所述飞轮储能系统承担的目标调频功率量线性减小，并控制所述压缩空气储能系统承担的目标调频功率量线性增大，使所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统叠加形成的总调频功率保持稳定；

5、切换完成后，根据所述频率偏差信号对应的超频状态或欠频状态，控制所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统进行协同调频，并在调频过程中根据所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统的运行状态调整二者的功率分配比例。

6、在一种可选的方案中，所述频率偏差信号包括频率偏差δf，所述频率偏差δf为电网实际频率与额定频率之间的差值；

7、当|δf|≤0.05hz时，将所述调频级别确定为一级偏差，控制所述飞轮储能系统参与功率调节，并保持所述压缩空气储能系统不启动；

8、当0.05hz＜|δf|≤0.2hz时，将所述调频级别确定为二级偏差，控制所述飞轮储能系统进行满功率瞬时调节，并控制所述压缩空气储能系统启动，使所述压缩空气储能系统逐步提升调节功率；

9、当|δf|＞0.2hz时，将所述调频级别确定为三级偏差，控制所述飞轮储能系统进行满功率瞬时调节，并控制所述压缩空气储能系统快速启动，使所述压缩空气储能系统在具备调节条件后提高调节功率或按所述调节功率参与持续功率调节。

10、在一种可选的方案中，在控制所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统进行协同调频时包括：

11、在所述超频状态时，控制所述飞轮储能系统优先吸收瞬时冗余功率，并控制所述压缩空气储能系统进入储能工况，以吸收剩余冗余功率；

12、在所述欠频状态时，控制所述飞轮储能系统优先释放瞬时功率，并控制所述压缩空气储能系统进入释能工况，以持续输出调频功率。

13、在一种可选的方案中，所述启动完成条件包括：所述压缩空气储能系统的机组温度达到额定温度的85%以上，且所述压缩空气储能系统的储气压力达到额定压力的80%以上。

14、在一种可选的方案中，在所述压缩空气储能系统达到所述启动完成条件后，启动功率无缝切换控制，所述功率无缝切换控制的过渡时间为5~15s；

15、在所述过渡时间内，按照所述调节功率分别确定所述飞轮储能系统的目标调频功率和所述压缩空气储能系统的目标调频功率，使所述飞轮储能系统承担的目标调频功率量按所述过渡时间线性降低，并使所述压缩空气储能系统承担的目标调频功率量按所述过渡时间线性提高，以使所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统叠加形成的总调频功率与所述调节功率相匹配。

16、在一种可选的方案中，在调频过程中还包括：

17、当所述压缩空气储能系统出现喘振预警时，降低所述压缩空气储能系统的加载速率；

18、当所述飞轮储能系统的飞轮转速超过额定转速的110%时，切断所述飞轮储能系统的输出；

19、当所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统中的任一者发生故障时，控制另一者承担全部调频功率，并在故障排除后恢复所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统的协同调节模式。

20、在一种可选的方案中，在调频过程中，实时监测飞轮转速、压缩空气储能系统的储气压力和功率输出参数，并根据所述飞轮转速、所述储气压力和所述功率输出参数调整所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统之间的功率分配比例。

21、该压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法通过实时获取电网频率偏差信号，并根据频率偏差幅值确定调频级别，使飞轮储能系统在频率波动初始阶段优先输出或吸收瞬时调频功率，同时触发压缩空气储能系统快速暖机启动，从而利用飞轮储能响应速度快的特点弥补压缩空气储能启动速度不足的问题，使压缩空气储能系统能够及时参与持续调频。

22、在压缩空气储能系统达到启动条件后，通过控制飞轮储能系统承担的调频功率逐渐降低、压缩空气储能系统承担的调频功率逐渐提高，使双储能系统之间实现平稳功率接续，降低切换过程中的功率波动；同时，根据电网超频或欠频状态动态调整双储能系统的功率分配，使飞轮储能系统承担快速响应任务、压缩空气储能系统承担持续调节任务，提高一次调频过程的响应速度和持续支撑能力。

23、本技术第二方面提供一种压缩空气储能一次调频无缝切换系统，用于执行第一方面提供的压缩空气储能一次调频无缝切换控制方法，该系统包括电网接口层、控制中枢、飞轮储能系统、压缩空气储能系统、升压站电气监控系统和通讯模块；

24、所述电网接口层通过所述通讯模块与所述控制中枢通信连接，用于向所述控制中枢上传频率偏差信号；

25、所述控制中枢包括一次调频控制模块和协同调度模块，所述一次调频控制模块用于根据所述频率偏差信号计算一次调频所需的调节功率，所述协同调度模块用于根据所述频率偏差信号的幅值，通过所述通讯模块向所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统发送调节指令；

26、所述飞轮储能系统用于根据所述调节指令输出或吸收瞬时调频功率；

27、所述压缩空气储能系统用于根据所述调节指令进入调频状态，并根据所述协同调度模块发送的快速暖机启动指令进入预备运行状态，在达到启动完成条件后参与持续调频；所述协同调度模块还用于在所述压缩空气储能系统达到启动完成条件后，向所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统发送功率切换指令，以控制所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统进行功率切换；

28、所述升压站电气监控系统用于监控所述飞轮储能系统和所述压缩空气储能系统的运行状态；所述通讯模块用于实现信号传输。

29、该压缩空气储能一次调频无缝切换系统通过设置电网接口层、控制中枢、飞轮储能系统、压缩空气储能系统、升压站电气监控系统以及通讯模块，实现电网频率信息采集、调节指令分配以及双储能系统之间的信息交互，使控制中枢能够根据电网频率变化协调控制飞轮储能系统和压缩空气储能系统运行。其中，飞轮储能系统用于快速执行瞬时调频指令，压缩空气储能系统用于在启动完成后提供持续调频支撑，通过两种储能方式的协同配置，提高储能系统参与一次调频时的响应能力和持续调节能力；同时，通过升压站电气监控系统对储能系统运行状态进行监测，提高系统运行可靠性。

30、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。