[发明专利]分布式储能参与自动发电控制的协调控制方法

说明书

本发明涉及一种分布式储能参与自动发电控制的协调控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立基于BESS集群荷电状态SOC的集群能量平衡反馈控制结构，并提出两种基于平均等值SOC的基点功率计算方法；步骤2，针对充放电损耗与电池老化建立BESS的服务成本模型，并基于市场机制，提出无需迭代的分布式控制方法，实现了控制目标在BESS集群内的实时最优分配。与现有技术相比，本发明将分布式BESS聚合起来参与电网AGC，既可以有效提高系统频率质量，又可使储能用户通过提供快速AGC服务而获得更高收益。

技术领域

本发明涉及一种分布式电池储能系统(BESS)，尤其是涉及一种分布式储能参与自动发电控制的协调控制方法。

背景技术

大规模可再生能源接入电网后，其高波动性增大了电网对于自动发电控制(automatic generation control,AGC)爬坡率的需求^[1,2]。如果仅依靠常规AGC机组，则会增大机组损耗，而且常规机组的响应时间接近1min^[3]，难以响应快速AGC信号。而电池储能系统(battery energy storage system,BESS)具有ms级的响应速度且易于调度，在参与AGC方面具有巨大优势，例如，(1)在主电网中，美国联邦能源监管委员会(federal energyregulatory commission，FERC)在2011年颁布了755号法案，允许BESS参与调频市场并通过提供快速频率调整服务来获得高额补偿^[4,5]；文献[4,6]研究了BESS参与AGC的容量需求及控制策略；(2)在离网型微电网中，BESS较之常规可控电源能够更好的维持微电网频率质量^[1]。

未来配电网和用户侧会存在大量分布式BESS。为了达到AGC市场的最小准入容量要求，需要利用聚合器(aggregator)集成多个分布式BESS。同时，较之集中式BESS，集成多个分布式BESS有利于防止“N-1”失效以及解决安装场地限制等问题，也符合储能主体多元化的趋势。电池技术的快速发展以及动力电池的梯次利用，使得BESS在类型、容量、价格和性能上存在多样性，如何对其进行协调控制成为储能应用中的关键问题^[6-8]。目前，BESS集群聚合器需要解决三个方面的问题。

首先是BESS集群内的功率分配问题。BESS参与AGC时被调用的平均功率约仅为最大功率的1/2^[5]。这样，集群内的功率分配就存在较大的优化空间。目前，较多文献采用荷电状态(state of charge，SOC)均衡原则^[7,9]，目的是使各BESS的SOC趋于一致；也有文献采用按BESS功率或容量等比例分配原则^[10]。此外，文献[6]针对不同电池(铅酸和全钒液流电池)的特点提出了启发式分配策略。但是，以上分配策略都仅考虑了技术因素，而未考虑经济因素。由于电池成本很高，且在参与AGC时会被高频次调用，故尽量降低成本是聚合器和储能用户能够获利的关键。

其次是BESS集群的能量平衡问题。由于BESS充放电过程存在损耗，其SOC会逐渐降低。如何对BESS补电以保证持续参与AGC是聚合器需解决的另一个问题。文献[4]提出基于实时SOC值向调度申报基点功率的策略，但实时SOC值主要受所响应的AGC信号影响，不能很好反映充放电损耗；文献[11]提出了根据BESS内部充放电功率平均值改变基点功率的策略，但本文仿真结果表明该方法的效果有限。

第三个问题是控制系统结构。集中式控制是目前的常用方法。但集中式控制需要建立全系统的控制模型，可扩展性较差。近年来有较多文献采用一致性算法进行分布式控制^[1,7,10]。但这类方法需要多次迭代才能收敛。为提高收敛性，该方法需要强连通的通信网。而为满足实时性，其控制周期需小至100～200ms^[1,10]。这些都对通信提出了很高要求。

参考文献如下：