[发明专利]微电网储能分段式紧急调频控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了微电网储能分段式紧急调频控制方法，属于电力系统微电网控制的技术领域。

背景技术

随着新能源与智能电网技术的迅速发展，分布式能源发电正在受到越来越多的关注。微电网作为分布式发电的重要形式之一，是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤网运行（也称离网运行或孤岛运行）。微电网在孤网运行模式时，由于分布式电源的间歇性和波动性，储能系统对微电网的稳定运行至关重要。微电网主接线如图1所示。

微电网孤网运行时，储能有两种运行方式，作为主电源运行于VF模式（VF模式即为运行于平衡节点，电源输出频率和电压可调，有功和无功不可调）和辅助主电源运行于PQ模式（PQ模式即为运行于PQ节点，电源输出频率和电压不可调，有功和无功可调）。当微电网中含有水电、柴发等旋转类微电源时，此类微电源可以作为主电源，而储能宜运行于PQ模式，辅助主电源进行微电网稳定控制，提高微电网孤网运行的稳定性。当微电网中不含有旋转类微电源，只含有电力电子类微电源时，储能则须运行于VF模式。

储能辅助主电源控制实现的功能主要包括：(1)微电网稳态运行时，为消除光伏、风机等间歇类微电源的功率变化，满足微网内负荷需求或实现削峰填谷等微电源协调优化功能。(2)光伏、风机等间歇类微电源受实时天气等因素，功率变化较大，储能则可平滑抑制此类电源的功率波动。(3)在系统频率异常时辅助主电源进行临时紧急调频。微电网储能调频控制目前主要有下垂控制和紧急调频控制两种。

下垂控制主要通过模拟同步发电机调速器的下垂特性曲线实现，与大电网中的一次调频类似，根据有功功率与频率的线性关系控制储能增减有功出力。在系统频率下降时增加储能的有功出力；在系统频率上升减小储能的有功出力。下垂控制方程为：P＝P_ref+KΔf，其中，f_L为系统频率偏差；f_H为下垂系数；P_ref为储能参考有功出力。下垂控制算法具有无需与其他微电源通信即可实现自主控制的优点，但在微电网出现大功率扰动时，该控制方法无法有效利用储能功率调节速度快的特点，不能在系统紧急情况下提供有功-频率支撑。

关于储能紧急调频控制的研究和应用较少，目前微电网紧急调频控制主要有三类：

(1)频率越限功率步长调节法，即当系统频率超出设定的紧急调频死区后，以一定的功率步长增加/减小储能出力，或者在检测越限后直接控制储能满发有功或吸有功。此种频率调节方法由于调节步长固定，其控制方式简单，但频率变化快慢与功率调节步长无关联性，导致其调节性能较差。

(2)固定偏置调节法，即当系统频率超出设定的紧急调频死区后，储能首先发出/吸收固定偏置量P_bias，然后随频率偏差而变化，其控制方程为：P＝P_ref+KΔf+P_bias。该种紧急调频控制方法实质与下垂控制方法相同，但同样存在大功率扰动时不能充分发挥储能响应快的优点问题。

(3)基于PID算法的紧急调频控制方法。一种是带有死区的PI控制算法，即设置有频率偏差死区，然后经低通滤波器，再经正负偏差PI控制通道，最后经限幅器代数求和输出储能有功功率调节值。另一种是基于模糊控制理论的PID控制方法，即设置有频率偏差死区，频率偏差经低通滤波器，再经基于模糊算法的PID控制器，最后经限幅器输出储能有功功率调节值。

对于紧急调频的调节过程可以分为两个阶段，第一个阶段自频率越限至频率恢复至死区范围内的频率调节恢复阶段，第二个阶段自恢复越限值至紧急调频控制策略的调节退出阶段。基于PID的紧急调频控制方法在频率调节恢复阶段能充分发挥储能响应快的优点，但是在退出阶段其退出速度较快，而对于储能辅助主电源（通常为旋转类微电源）紧急调频时，旋转类主电源存在着较大的惯性，在储能退出紧急调频，将调节中所投入的有功功率转移至旋转类主电源时须与主电源调节速度匹配，因此相对于调节恢复阶段，退出阶段的调节速度须减慢。基于PID的紧急调频控制方法的频率调节恢复阶段和退出阶段的调节速度基本一致，容易在退出阶段出现与旋转类主电源调节速度不一致现象，可能导致在退出阶段出现多次震荡动作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了微电网储能分段式紧急调频控制方法

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：