一种基于自适应下垂控制的虚拟电厂多储能协调控制方法与流程

本技术实施例涉及电力系统自动控制，尤其涉及一种基于自适应下垂控制的虚拟电厂多储能协调控制方法。

背景技术：

1、随着分布式新能源、储能设备及多类型负荷在园区、综合能源站和分布式资源聚合场景中的广泛接入，虚拟电厂逐渐具备对外提供功率调节和辅助服务的能力。其中，储能设备因响应速度快、控制精度高，已成为虚拟电厂平抑并网功率波动和提高功率跟踪能力的重要调节资源。在实际运行中，虚拟电厂并网点有功功率会受到新能源出力波动、用户负荷变化及储能运行状态差异等因素影响，当并网点实际有功功率偏离并网点有功功率指令时，需要多个储能单元协同承担充放电调节任务。然而，现有多储能协调控制方法多采用固定比例分配、固定下垂系数或仅依据储能额定容量进行功率分配，难以充分考虑不同储能单元的荷电状态安全裕度、健康状态、循环损耗成本及当前可用调节能力，若直接按照固定比例或固定下垂系数分配功率偏差，容易导致部分储能单元过度充放电、soc接近边界、循环损耗不均衡以及不同类型储能响应能力利用不充分等问题，进而影响虚拟电厂并网功率跟踪效果和储能系统长期运行可靠性。

2、因此，有必要提出一种基于自适应下垂控制的虚拟电厂多储能协调控制方法，根据各储能单元的soc安全状态、经济磨损程度和可用调节能力动态修正下垂系数，实现多储能单元的安全、经济、协调功率支撑。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于自适应下垂控制的虚拟电厂多储能协调控制方法，用以克服现有技术中固定下垂或固定比例分配方式下，各储能单元无法根据自身实时状态差异承担调节任务，容易导致部分储能过充过放、寿命损耗不均衡、并网点功率跟踪精度低及工况适应性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于自适应下垂控制的虚拟电厂多储能协调控制方法。包括：

3、步骤s1，获取虚拟电厂并网点的第一目标功率、实际功率以及各储能单元的运行状态，基于所述第一目标功率与实际功率确定功率偏差，根据所述功率偏差与所述运行状态确定当前功率调节工况；

4、步骤s2，根据当前功率调节工况，确定各储能单元的安全裕度、经济磨损程度和可用调节功率，并基于所述安全裕度、经济磨损程度和可用调节功率，形成多储能综合参与因子矩阵；

5、步骤s3，根据所述多储能综合参与因子矩阵修正各储能单元的下垂系数，并基于所述下垂系数将所述功率偏差分配为各储能单元的第二目标功率；

6、步骤s4，对所述第二目标功率进行运行约束校核，将通过所述运行约束校核的第二目标功率作为各储能单元的充放电指令输出。

7、进一步地，在步骤s1中，根据所述功率偏差与所述运行状态确定当前功率调节工况，包括：

8、步骤s11，根据虚拟电厂并网点的第一目标功率与实际功率的偏差方向与偏差大小，确定当前控制周期的功率偏差特性；

9、步骤s12，采集各储能单元的荷电状态、健康状态、额定参数、功率限值、运行状态及损耗成本信息，构成各储能单元的实时控制状态信息集；

10、步骤s13，依据所述偏差方向，从各储能单元的控制状态信息集中提取对应所述偏差方向的功率限值和荷电边界，确定各储能单元在当前控制方向下的可用调节功率；

11、步骤s14，根据所述偏差方向、偏差大小以及各储能单元可用调节功率的累加总和，确定当前功率调节工况。

12、进一步地，在步骤s2中，形成多储能综合参与因子矩阵，包括：

13、步骤s21，根据当前功率调节工况对应的偏差方向，确定各储能单元当前荷电状态沿所述偏差方向距离所述荷电边界的安全裕度；

14、步骤s22，根据各储能单元的所述安全裕度，构建各储能单元的荷电安全势函数；

15、步骤s23，根据各储能单元的健康状态和单位循环损耗成本，构建各储能单元的经济磨损因子；

16、步骤s24，将各储能单元的可用调节功率、荷电安全势函数和经济磨损因子进行综合加权计算，得到各储能单元的综合参与因子；

17、步骤s25，将各储能单元的综合参与因子进行排列，构成多储能综合参与因子矩阵。

18、进一步地，在步骤s3中，基于所述下垂系数将所述功率偏差分配为各储能单元的第二目标功率，包括：

19、步骤s31，根据各储能单元的综合参与因子，对各储能单元的下垂系数进行修正，得到各储能单元的自适应下垂系数；

20、步骤s32，根据各储能单元的自适应下垂系数，将所述功率偏差分配至各储能单元，得到各储能单元的初步目标功率；

21、步骤s33，根据各储能单元的荷电安全势函数和经济磨损因子，对所述初步目标功率进行修正，得到各储能单元修正后的第二目标功率。

22、进一步地，在步骤s31中，得到各储能单元的自适应下垂系数，包括：

23、获取各储能单元的下垂系数；

24、以各储能单元的所述综合参与因子为权重，对所述基准下垂系数进行加权修正，得到各储能单元的自适应下垂系数。

25、进一步地，在步骤s33中，对所述初步目标功率进行修正，包括：

26、响应于储能单元的荷电安全势函数大于预设安全阈值或经济磨损因子大于预设磨损阈值，降低所述储能单元的初步目标功率，并将所述初步目标功率的降低量转移至其余满足安全约束和在线运行条件的储能单元。

27、进一步地，在步骤s4中，对所述第二目标功率进行运行约束校核，将通过校核的第二目标功率作为各储能单元的充放电指令输出，包括：

28、步骤s41，对各储能单元的第二目标功率进行功率限值校核，将第二目标功率限制在各储能单元的可用调节功率范围内；

29、步骤s42，对各储能单元的第二目标功率进行荷电状态边界校核，确保各储能单元执行第二目标功率后，其下一控制周期的荷电状态不超出允许的荷电状态上下限；

30、步骤s43，对各储能单元的第二目标功率进行充放电状态一致性校核，禁止同一储能单元在同一控制周期内同时处于充电状态和放电状态；

31、步骤s44，将同时通过所述功率限值校核、荷电状态边界校核和充放电状态一致性校核的第二目标功率，作为各储能单元的充放电指令输出。

32、进一步地，在步骤s44之后，还包括：

33、根据各储能单元实际执行的功率，计算分配后的剩余功率偏差；

34、响应于所述剩余功率偏差的绝对值小于或等于预设偏差阈值，输出各储能单元的充放电功率指令及所述剩余功率偏差；

35、响应于所述剩余功率偏差的绝对值大于预设偏差阈值，根据所述剩余功率偏差对应的偏差方向，以及各储能单元在本次功率分配后尚未被调用的可用调节功率，修正所述多储能综合参与因子矩阵并重新进行功率分配。

36、进一步地，还包括：

37、当任一储能单元的荷电状态接近安全边界、健康状态低于预设阈值或单位循环损耗成本高于预设阈值时，降低该储能单元的综合参与因子，并将该储能单元因权重降低而未能分配的功率转移至其余满足运行约束的储能单元。

38、进一步地，还包括：

39、在每一控制周期结束后，更新各储能单元的荷电安全势函数、经济磨损因子、综合参与因子和自适应下垂系数；当剩余功率偏差的绝对值超过预设阈值时，输出调节能力不足标志。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明实施例通过实时采集并网点第一目标功率与实际功率并计算功率偏差方向与大小，同时采集各储能单元的荷电状态、健康状态、额定参数、功率限值、运行状态和损耗成本信息构建实时控制状态信息集，再依据偏差方向从状态信息集中提取对应方向的功率限值和荷电边界以确定各储能单元在当前控制方向下的可用调节功率，并根据偏差方向、偏差大小及各储能单元可用调节功率的累加总和将当前功率调节工况准确判定为放电补偿工况、充电吸收工况或调节能力不足工况，同时将处于离线、故障、闭锁或通信异常状态的储能单元的可用调节功率置零并剔除，使多储能协调控制能够准确识别并网点实际功率与第一目标功率之间的偏差方向与偏差程度、各储能的实时可调能力以及总体调节能力是否满足需求，并根据不同工况自适应切换控制策略，有效避免了因工况误判导致的功率分配方向错误或调节能力评估失真，为后续多储能功率的精准协调分配提供了准确可靠的数据基础。

41、进一步地，本发明实施例通过根据当前功率调节工况对应的偏差方向确定各储能单元当前荷电状态沿该方向距离荷电边界的安全裕度，并根据该安全裕度构建荷电安全势函数，使荷电状态接近安全边界的储能单元自动增大势函数值以抑制其继续参与同方向大功率充放电，同时根据各储能单元的健康状态和单位循环损耗成本构建经济磨损因子，使健康状态较差或单位循环损耗成本较高的储能单元自动增大磨损因子值以降低其功率分配优先级，再将各储能单元的可用调节功率、荷电安全势函数和经济磨损因子进行综合加权计算得到综合参与因子，进而排列构成多储能综合参与因子矩阵，并在所有储能单元可用调节功率之和为零时输出调节能力不足标志，从而使综合参与因子能够全面反映各储能单元在当前工况下的安全裕度、经济磨损程度和可用调节能力。

42、进一步地，本发明实施例通过以各储能单元的综合参与因子为权重对基准下垂系数进行加权修正，使综合参与因子较大的储能单元获得较小的自适应下垂系数从而承担更大比例的功率偏差分配，同时根据各储能单元的荷电安全势函数和经济磨损因子对初步目标功率进行修正，在荷电安全势函数大于预设安全阈值或经济磨损因子大于预设磨损阈值时降低该储能单元的初步目标功率并将降低量转移至其余满足安全约束和在线运行条件的储能单元，使安全裕度较低或经济磨损较重的储能单元自动减少功率承担，从而在实现功率偏差精准分配的同时兼顾了储能运行安全性和经济性；此外，在多储能单元包含不同类型储能时，根据储能类型设置响应修正系数，在功率偏差变化率较大时提高功率型储能的响应优先级以充分发挥其快速响应优势。

43、进一步地，本发明实施例通过对各储能单元的第二目标功率依次进行功率限值校核、荷电状态边界校核和充放电状态一致性校核，将第二目标功率限制在各储能单元的可用调节功率范围内、确保执行第二目标功率后下一控制周期荷电状态不超出允许上下限、禁止同一储能单元在同一控制周期内同时充放电，有效避免了因第二目标功率超出储能物理能力边界导致的实际执行偏差或因充放电状态冲突导致的设备运行异常；在此基础上根据各储能单元实际执行功率计算分配后的剩余功率偏差，当剩余功率偏差绝对值不大于预设偏差阈值时输出指令及剩余偏差，当大于预设偏差阈值时根据剩余偏差方向及各储能单元尚未被调用的可用调节功率修正综合参与因子矩阵并重新进行功率分配，实现了对一次分配后仍存在的功率偏差的闭环迭代校正；同时，按照预设控制周期循环执行并在每一周期结束后根据实际执行功率、荷电状态变化量、健康状态变化量和循环损耗累计量更新下一周期相关参数，使各控制参数能够随储能状态变化动态调整，从而实现了多储能协调控制的持续自适应优化；此外，当所有储能单元总可用调节功率不足时，按照储能安全优先原则输出最大可执行功率并计算未补偿偏差，根据偏差方向相应输出新能源限发指令或并网功率偏差告警。

44、进一步地，本发明实施例通过在控制周期执行过程中监测各储能单元的荷电状态、健康状态和单位循环损耗成本，并在任一储能单元的荷电状态接近安全边界、健康状态低于预设阈值或单位循环损耗成本高于预设阈值时主动降低其综合参与因子，将该储能单元因权重降低而未能承担的功率分配量自动转移至其他满足运行约束的储能单元，实现了对高风险储能单元的主动保护与功率任务的动态再分配，有效避免了高风险储能单元被过度调用，保障了储能系统的整体运行安全与使用寿命均衡；同时，在每一控制周期结束后根据各储能单元的实际执行功率、荷电状态变化量、健康状态变化量和循环损耗累计量更新各储能单元的荷电安全势函数、经济磨损因子、综合参与因子和自适应下垂系数，使上述参数能够跟随储能单元状态的动态变化而自适应调整，并在剩余功率偏差超过预设阈值时输出调节能力不足标志，实现了储能状态变化与下垂控制参数之间的自适应联动更新，以及当多储能整体调节能力不足时向上层系统提供明确的状态反馈信号。