一种混合储能参与电网调频的充放电控制方法与流程

1.本发明属于电网调频技术领域，尤其涉及一种混合储能参与电网调频的充放电控制方法。


背景技术：

2.随着风电、光伏等新能源大规模接入电网，新能源电力输出有功功率的波动性和间接性将严重影响电力系统稳定性以及电能质量。在此背景下，如何在大互联电力系统及风电高渗透率并网条件下保持电网频率稳定，成为我国电力系统面临的主要问题，储能参与电网调频是解决这一问题的重要途径。
3.与此同时，国家标准《并网电源一次调频技术规定及试验导则》 (gb/t40595-2021)正式发布，明确要求储能电站、光伏、风电等均应具备一次调频能力，并于2022年5月1日起实施。此外，至少有16省的电网公司也出台相关文件要求新能源场站需具备一次调频能力，而没有单独出台文件的省份也在“两个细则”中提出了相应要求。随着一次调频逐渐成为新能源场站必备“技能”，为其加储能装置的呼声也越来越高。
4.储能系统能够实现电能与其他形式能量的转换，并灵活、快速、准确地对系统的电能供需平衡进行调节，提高电力系统的稳定性。现代电网的能量及功率需求复杂多样，单一类型的储能技术往往难以满足要求，而由两种或多种储能技术进行联合配置可以取长补短，充分发挥各方的技术经济优势，极大地扩展储能系统的应用场景。各种储能技术近年来发展迅猛，且开始广泛用于辅助电网调频，在电网调频领域取得不错的效果，其中功率型储能(如飞轮储能技术)和容量型储能(如电池储能)具有不同的特性和优势。
5.功率型储能，如飞轮储能是近些年新型的一种机械能储能技术，其具有使用寿命长、瞬时功率大、响应速度快的优点，但其能量密度低、价格昂贵，大容量配置时经济性较差；容量型储能，如电池储能则具有能量密度高、充放电持续性较长、相对成本更低等优点，但是电池频繁充放电使其可用寿命大幅降低。因此本发明考虑以上两种储能技术特点的基础上，提出一种充放电控制策略，充分利用两种储能技术的优势，得到比单一类型的储能更好的调频效果。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出了一种混合储能参与电网调频的充放电控制方法，包括如下步骤：
7.步骤1：获取混合储能系统的实时数据，包括混合储能系统中功率型储能系统的荷电状态soc1和容量型储能系统的荷电状态soc2；
8.步骤2：实时监测混合储能系统的荷电状态，判断所述步骤1获取的功率型储能系统的荷电状态soc1和容量型储能系统的荷电状态soc2是否满足以下基本条件：
9.10.如不满足，则混合储能系统闭锁，δp
e1
＝δp
e2
＝0，δp
e1
为功率型储能系统实时充放电功率，δp
e2
为容量型储能系统实时充放电功率；
11.如满足，则进入步骤3；
12.步骤3：获取电网在t1时刻发生负荷冲击扰动时agc分配给混合储能系统调频负荷指令增量δp；
13.步骤4：按照功率型储能系统优先动作，容量型储能系统在合理的时机进入充放电状态来弥补功率型储能系统的不足的原则进行混合储能系统的充放电控制。
14.进一步，步骤4中，功率型储能系统开始出力时刻为t1，容量型储能系统开始出力时刻为t2，t2与t1时间间隔为t
′
，t2＝t1 t
′
，t4为agc分配给储能系统的调频负荷指令阶跃下降时刻，t为混合储能系统出力时刻，t
′
参考取值可由下式计算得到：
[0015][0016]
其中，e1为功率型储能系统额定容量，p
m1
为功率型储能系统额定功率；
[0017]
当t1≤t≤t2时：
[0018][0019]
当t2≤t≤t4时，根据功率型储能系统功率不足、当前储存电量充足，功率充足、当前储存电量不足，以及功率和当前储存电量均不足的三种情况控制混合储能系统的出力。
[0020]
更进一步，当t2≤t≤t4时，功率型储能系统功率不足、当前储存电量充足，即在t2时刻p
m1
＜δp，soc1＞0.3，则有：
[0021][0022]
其中，p
m2
为容量型储能系统额定功率。
[0023]
更进一步，当t2≤t≤t4时，功率型储能系统功率充足、当前储存电量不足，即在t2时刻p
m1
＞δp，soc1＜0.3，
[0024]
当t2≤t≤t3时：
[0025][0026]
直至t3时刻，此时功率型储能系统开始以稳定的功率pc进行充电，之后混合储能系统出力设定如下：
[0027]
当t3≤t≤t4时：
[0028][0029]
pc为功率型储能系统充电功率且为负值，t3为功率型储能系统停止出力时刻，k为
功率型储能系统出力恒速下降系数，
[0030][0031]
更进一步，当t2≤t≤t4时，功率型储能系统功率和当前储存电量均不足，即在t2时刻p
m1
＜δp，soc1＜0.3，
[0032]
当t2≤t≤t3时：
[0033][0034]
直至t3时刻，此时功率型储能系统开始以稳定功率pc进行充电，之后混合储能系统出力设定如下：
[0035]
当t3≤t≤t4时：
[0036][0037]
当t≥t4时：
[0038][0039]
δt为功率型储能系统恒速减出力时间。
[0040]
进一步，功率型储能系统包括飞轮储能系统、超级电容储能系统。
[0041]
进一步，容量型储能系统包括电池储能系统。
[0042]
本发明的有益效果在于：本发明提出了在负荷扰动时混合储能系统的充放电方法，充分利用了功率型储能和容量型储能各自的优势。当电网发生较小幅度的短时负荷阶跃扰动或较小幅度短时间隔的负荷冲击扰动时，功率型储能(如飞轮储能)单独参与一次调频；而当负荷扰动幅度较大或持续性较长时，功率型储能先动作，容量型储能(如电池储能)随后动作，弥补了功率型储能在运行过程中可能出现的功率不足或soc不足问题，该策略也相对减少了容量型储能系统的频繁动作，可延长容量型储能系统的寿命。
附图说明
[0043]
图1是本发明的混合储能系统参与电网调频的流程图；
[0044]
图2是本发明中负荷冲击扰动下分配给混合储能系统的调频指令；
[0045]
图3是飞轮储能系统功率不足时混合储能系统出力示意图；
[0046]
图4是飞轮储能系统soc不足时混合储能系统出力示意图；
[0047]
图5是飞轮储能系统功率和soc均不足时混合储能系统出力示意图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图，对实施例作详细说明。
[0049]
图1为本发明实施例中的混合储能系统参与电网调频的充放电控制方法流程图，
包括如下步骤。在本实施例中混合储能系统包括飞轮储能系统(功率型储能系统)和电池储能系统(容量型储能系统)。
[0050]
步骤1：获取实时数据
[0051]
由储能管理系统获取当前混合储能系统的荷电状态soc1和soc2，soc1和 soc2表示混合储能系统当前储存电量的大小，soc1为飞轮储能系统荷电状态， soc2为电池储能系统荷电状态。其取值范围为0～1，soc越接近1，放电能力越强；越接近0，充电能力越强。
[0052]
步骤2：储能系统实时荷电状态监测
[0053]
判断步骤1获取的荷电状态是否满足以下基本条件：
[0054][0055]
如不满足，则储能系统闭锁，δp
e1
＝δp
e2
＝0；δp
e1
为飞轮储能系统实时充放电功率，δp
e2
为电池储能系统实时充放电功率。
[0056]
如满足条件，则进入步骤3。
[0057]
步骤3：获取混合储能系统调频负荷指令增量
[0058]
当电网在t1时刻发生了一次负荷冲击扰动，agc(automatic generationcontrol)分配给混合储能系统的调频负荷指令增量δp，如图2所示。t1为agc分配给混合储能系统的调频负荷指令阶跃上升时刻。
[0059]
步骤4：混合储能系统充放电控制
[0060]
由于功率型储能，如超级电容储能、飞轮储能，可以瞬间大功率放电，但是一般整体容量较小，不适合长时间放能。以飞轮储能为例，其系统响应速度快，且频繁充放电对寿命影响不大，设置飞轮储能系统优先动作。由于飞轮储能系统容量一般较小，因此对于分配给混合储能系统的调频指令，飞轮储能系统可能会出现功率不足而当前储存电量充足、功率充足而当前储存电量不足、功率和当前储存电量均不足3种情况，无法充分改善电网一次调频效果，需要容量型储能系统(如以电池储能系统为例)在合理的时机进入充放电状态来弥补飞轮储能的不足。
[0061]
飞轮储能系统开始出力时刻为t1时刻，电池储能系统开始出力时刻为t2，t2与t1时间间隔为t
′
，即飞轮储能系统与电池储能系统分别开始出力的间隔时间，t2＝t1 t。
[0062]
t
′
参考取值可由下式计算得到：
[0063][0064]
其中e1为飞轮储能系统额定容量，p
m1
为飞轮储能系统额定功率。
[0065]
当t1≤t≤t2时：
[0066][0067]
其中，t为混合储能系统出力时刻。
[0068]
当t2≤t≤t4时，针对飞轮储能系统的三种情况，混合储能系统的出力也不同，t4为agc分配给储能系统的调频负荷指令阶跃下降时刻。
[0069]
第一种情况：飞轮储能系统功率不足、当前储存电量充足，即在t2时刻 p
m1
＜δp，soc1＞0.3，该情况下混合储能系统出力如图3所示，则有：
[0070][0071]
p
m2
为电池储能系统额定功率。
[0072]
第二种情况：飞轮储能系统功率充足、当前储存电量不足，即在t2时刻 p
m1
＞δp，soc1＜0.3，该情况下混合储能系统出力如图4所示。
[0073]
此时飞轮储能系统容量不足，需要减少出力，设定飞轮储能系统出力恒速下降系数k。根据飞轮储能系统当前容量设置k，k与容量的倒数呈正相关，可根据飞轮储能系统容量配置的大小进行人为修正。
[0074][0075]
即当t2≤t≤t3时：
[0076][0077]
pc为飞轮储能系统充电功率且为负值，t3为飞轮储能系统停止出力时刻。
[0078]
直至t3时刻，此时飞轮储能系统开始以稳定的功率pc进行充电，之后混合储能系统出力设定如下，
[0079]
即当t3≤t≤t4时：
[0080][0081]
第三种情况：飞轮储能系统功率和当前储存电量均不足，即在t2时刻 p
m1
＜δp，soc1＜0.3，该情况下混合储能系统出力如图5所示。
[0082]
在此种情况下，飞轮储能系统容量不足，需要减少出力，同时实时功率也不足以满足需求，电池储能系统需要快速放电以补偿功率差额，储能系统出力设定如下：
[0083]
即当t2≤t≤t3时：
[0084][0085]
δt为飞轮储能系统恒速减出力时间(电池储能恒速增出力时间)。
[0086]
直至t3时刻，此时飞轮储能系统开始以稳定功率pc进行充电，之后混合储能系统出力设定如下：
[0087]
即当t3≤t≤t4时：
[0088]
[0089]
当t≥t4时：
[0090][0091]
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。