技术型虚拟电厂下混合储能参与一次调频的协同方法

本发明涉及虚拟电厂运行、控制与调配，具体涉及一种技术型虚拟电厂下混合储能参与一次调频的协同方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统建设的推进，分布式光伏等新能源的渗透率不断提升。由于电力电子并网设备缺乏传统同步发电机的机械惯量，电网的抗扰动能力显著下降，频率越限风险加剧。在此背景下，将分布式新能源与储能系统聚合为技术型虚拟电厂参与电网一次调频，成为维持系统频率稳定的重要手段。同时，为了兼顾调频过程中的能量需求与短时高频功率冲击，采用电池和超级电容的混合储能系统来进行虚拟电厂内部资源配置。

2、然而，现有的虚拟电厂混合储能参与一次调频控制策略大多局限于单一的控制尺度，缺乏全局的能量调度与严格的物理边界约束，在实际工程应用中暴露出以下严重的局限性：

3、第一，缺乏日前多目标规划与备用容量的统筹，导致经济性与调频能力的割裂。现有技术通常将一次调频视为一种被动的动作，未纳入虚拟电厂的日前调度体系。由于没有提前规划次日的荷电状态和一次调频备用容量，当电网突发频率扰动时，储能系统往往处于基准荷电状态极限边缘或容量被常规发电计划占满，导致虚拟电厂支撑差；同时，由于未考虑调频里程补偿与运行成本的耦合，难以实现vpp整体运行收益的最优化。

4、第二，日内实时控制缺乏动态物理边界约束，存在严重的设备越限脱网风险与资源错配。在发生频率突变时，现有的协同调频方法多采用固定的下垂系数或简单的soc自适应逻辑，普遍忽略了并网变流器在当前无功占用下的实时视在功率剩余裕度。这种粗放的控制在极端工况下会下达过激的有功指令，极易触发变流器过流或过热保护，导致虚拟电厂在最需要支撑的暂态期间被迫脱网。此外，现有的混合储能高低频功率解耦多采用固定参数的滤波器，无法根据超级电容的实时极限动态调整，导致电池仍需承受大量高频功率冲击，加剧了内部的物理损伤。

5、第三，忽视事后状态恢复与全周期损耗评估，易引发电网二次扰动。一次调频结束后，现有的控制策略往往直接将调频指令归零或以最大功率对储能进行盲目回充。这种功率指令的突变极易引起配电网频率的反向超调与二次振荡。同时，传统方法缺乏对单次调频暂态过程所造成的电池放电深度和超级电容吞吐频次的量化评估，无法将调频带来的真实“寿命折损成本”反馈给上层调度系统，形成了能量管理上的闭环盲区。

6、综上所述，目前需要一种能够跨越“日前规划-日内响应-事后核算”多时间尺度，且在底层严格考虑变流器与混合储能动态安全边界的协同方法，以彻底解决虚拟电厂参与一次调频时的经济效益、瞬态设备安全以及长期运行寿命之间的矛盾。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中虚拟电厂参与一次调频时缺乏全局规划、暂态极易引发变流器过载脱网以及事后恢复易导致频率二次跌落等缺陷，提供一种技术型虚拟电厂下混合储能参与一次调频的协同方法，通过构建“日前规划-日内响应-事后核算”的多时间尺度协同架构，在底层引入并网变流器热动态边界与多重截断限幅机制，实现了虚拟电厂在极端调频工况下的设备绝对安全、频率平滑支撑及全周期能量闭环。

2、本发明提供一种技术型虚拟电厂下混合储能参与一次调频的协同方法，所述技术型虚拟电厂包含光伏阵列、由锂电池与超级电容构成的混合储能系统以及并网变流器，包括如下步骤：

3、s1、获取技术型虚拟电厂并网点的实时频率和实时无功功率、所述光伏阵列的预测出力数据与实时出力数据、以及所述混合储能系统中锂电池与超级电容的实时荷电状态和设备物理限额；

4、s2、根据所述光伏阵列的预测出力数据与所述锂电池的实时荷电状态，以日运行综合收益最大化为目标，联合光伏上网收益、调频备用补偿收益以及储能折旧成本构建日前优化目标函数，在虚拟电厂并网容量边界约束、引入一次调频强制电量裕度的锂电池安全荷电状态区间约束、锂电池荷电状态递推关系约束下进行多时段优化求解，生成次日各时段的锂电池基准出力计划和预留调频备用容量；

5、s3、在日内响应阶段，当监测到并网点实时频率相对于额定频率的偏差越过系统预设死区时，将所述预留调频备用容量作为硬性约束条件，并结合锂电池的实时可用功率上限和并网变流器的动态有功边界，实时计算一次调频系数的最大安全边界；

6、在所述最大安全边界约束下，利用虚拟同步机控制算法生成暂态初期的总调频有功指令；随后，引入包含并网变流器热动态修正系数的视在功率动态边界方程，结合所述锂电池的物理充放电限额构建多重截断限幅机制，对所述总调频有功指令进行强制约束；将经强制约束后的总调频有功指令通过变时间常数低通滤波算法进行频域解耦，经频域解耦后的低频动作指令和高频动作指令分别下发至所述锂电池与所述超级电容执行；

7、s4、当监测到并网点实时频率相对于额定频率的偏差回归系统预设死区且保持设定时间后，触发事后恢复机制，按照一阶惯性衰减逻辑限制有功功率的爬坡率，控制所述混合储能系统向所述基准出力计划平滑自愈；同时，基于雨流计数法核算单次调频暂态过程对所述锂电池造成的等效放电深度与寿命损耗成本，将所述寿命损耗成本转化为能量偏移补偿项反馈至所述日前优化目标函数，对剩余调度时段的基准出力计划进行非线性滚动修正，并返回步骤s2。

8、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

9、（1）通过引入并网变流器热动态修正的视在功率边界与多重截断限幅机制，将设备物理极限、日前备用约束统一投影到实时控制中，从根源上避免了传统自适应下垂控制在频率剧变初期因指令异常放大导致的过流脱网风险，实现了极端工况下的设备绝对安全；

10、（2）采用变时间常数低通滤波算法实现频域解耦，由超级电容自适应承担高频冲击，电池仅承担低频平滑支撑，大幅减少了电池的深充深放频次；同时通过雨流计数法量化寿命损耗并反馈修正日前计划，实现了经济性与寿命保护的统一；

11、3、在事后恢复阶段引入受限爬坡率的一阶惯性衰减逻辑，避免了传统方法中调频指令瞬间归零带来的功率断崖，实现了对电网的柔性脱离与平滑自愈。

1.一种技术型虚拟电厂下混合储能参与一次调频的协同方法，所述技术型虚拟电厂包含光伏阵列、由锂电池与超级电容构成的混合储能系统以及并网变流器，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s2中，所述日前优化目标函数的表达式为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述s2中，所述日前优化目标函数在日前运行约束集的限制下进行多时段优化求解；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述一次调频系数的最大安全边界为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述暂态初期的总调频有功指令为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述视在功率动态边界方程根据并网变流器额定视在容量、并网点实时无功功率以及热动态修正系数构建，其表达式为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述变时间常数低通滤波算法的时间常数根据超级电容的实时荷电状态进行自适应动态调节，调节公式为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述多重截断限幅机制对所述低频动作指令进行强制约束时，以日前预留调频备用容量、锂电池实时物理充放电功率限额、并网变流器视在功率动态边界共同作为截断边界，最终下发至所述锂电池的安全控制指令为：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述s3中，所述频域解耦后分配至所述超级电容的高频动作指令还需要经过功率限幅与荷电状态约束，最终下发至所述超级电容的安全控制指令为：

10.根据权利要求9中所述的方法，其特征在于，在所述s4中，所述按照一阶惯性衰减逻辑限制有功功率的爬坡率，其事后恢复功率以所述基准出力计划为目标值进行平滑回归，更新方程为：