[发明专利]一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法

权利要求书

1.一种考虑柔性负荷特性的火-储AGC调频控制方法，其特征是，它包括以下内容：

1)对电池储能系统动作深度的限制

在储能的运行时刻为t时，储能运行控制约束为：

SOC_min≤SOC_t≤SOC_max (1)

式中，SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_t为储能荷电状态的t时刻值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，储能系统在吞吐功率时存在能量消耗，进行充放电时需要考虑到其能量转换效率，储能的最大充电功率、放电功率表达式为：

式中，P_dm为储能额定放电功率，P_cm为储能额定充电功率，P_E,rated为储能系统的额定功率，η为储能系统的能量转换效率；

储能在系统中有调频工作状态和SOC恢复状态这两种工况，根据储能不同的工作状态确定其动作深度的限制，采用线性回归函数来设计储能在不同SOC工况下的最大出力限制；SOC为荷电状态；

储能系统参与系统调频进行充电时动作深度限制为：

式中，P_ca表示储能调频最大出力充电功率；P_cr表示储能恢复最大充电需求功率；SOC_min为储能荷电状态的最小值，SOC_high为储能荷电状态的上限值，SOC_max为储能荷电状态的最大值，K_pa为储能系统的爬坡率系数；λ为储能系统的安全系数；

在频率调节工况下需要储能系统充电时，储能系统SOC处于高边界值的情况下能够吸收的充电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法吸收充电功率，在SOC恢复工况下需要储能系统充电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电、可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行充电功率的吸收；

储能系统参与系统调频进行放电时动作深度限制为：

式中，P_da表示储能调频最大出力放电功率，P_dr表示储能恢复最大放电需求功率，SOC_low为储能荷电状态的下限值；

在SOC恢复工况下需要储能系统放电时，以SOC基准值为标准，进行SOC恢复，保证其处于可充电可放电的状态，因此在SOC达到基准值之后将不进行放电功率的释放；在频率调节工况下需要储能系统放电时，储能系统SOC处于低边界值的情况下能够释放的放电功率将逐渐衰减，最终到达SOC临界值后将无法释放放电功率；

2)对柔性负荷出力的调控

考虑柔性负荷的可调出力时，采取将同类型负荷聚合进行集总处理，由于用户的负荷需求存在不确定性，在分散管理时需要对每个负荷进行状态估计，然后再逐一下发调控指令；

统计区域内开关投切式柔性负荷P_sfl有M个,连续可调式柔性负荷P_cfl有N个，开关投切式柔性负荷和连续可调式柔性负荷的集总模型为(5)式：

柔性负荷的可控出力有限，因此总可控功率P_control约束的表达式为：

式中，P_control分别表示柔性负荷可调功率上、下限，P_sfl分别表示开关投切式柔性负荷总可调出力上、下限，P_cfl分别表示连续可调式柔性负荷总可调出力上、下限，P_sfl,i分别表示第i个开关投切式柔性负荷可调出力上、下限，P_cfl,i分别表示第i个连续可调式柔性负荷可调出力上、下限；

3)对频差信号分区控制的设计

将频率偏差信号划分为：频率偏差调节死区、频率偏差正常调节区、频率偏差预警区、频率偏差紧急调节区，为了详细的表述系统不同状态下各调频资源的运行情况，将可调节频率偏差信号分为频率偏差上、下极限值f_min；频率偏差量Δf；频率基准值0；频率偏差上、下预警限值f_alert；频率偏差上、下死区限值f_return，当频率偏差超出可调区域时，采取切机或甩负荷措施以保证系统能稳定运行，

(a)频率偏差信号为f_min≤Δf＜f_alert

为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_da,P_{ace_min}-P_g)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (7)

式中，P_bess为储能系统实时出力，P_g为火电机组实时出力，P_da为储能调频最大出力放电功率，P_{ace_min}为预警区，负的AGC功率指令；

(b)频率偏差信号为f_alert≤Δf＜f_return

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统在不超过动作深度约束的情况下响应AGC功率指令，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_{ace_alert}为正常调节区，负的AGC功率指令；

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

式中，P_load为柔性负荷实时出力；

(c)频率偏差信号为f_return≤Δf＜0

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统充电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，B为系统偏差系数；P_ace-return为死区，负的AGC功率指令；P_cr为储能充电恢复需求功率；

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(d)频率偏差信号为

为保证频率在死区内且不迭入正常调节区，储能系统放电进行SOC恢复，此时调节的动作深度为：

式中，P_dr为储能恢复最大放电需求功率；P_ace-return为死区，正的AGC功率指令；

为保证频率在死区范围内而没有迭出死区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(e)频率偏差信号为

为保证频率在正常调节区内且不迭入预警区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

式中，P_ca为储能调频最大出力充电功率；P_ace-alert为正常调节区，正的AGC功率指令；

为了保证频率在正常调节区范围内并且没有迭出正常调节区的情况下，此时柔性负荷的可控出力为：

(f)频率偏差信号为

此时柔性负荷不参与调节，故柔性负荷的可控出力为0，为保证频率在预警区内且不迭入紧急调节区，储能系统进行功率调节的动作深度为：

P_bess＝min(P_ca,P_g-P_ace-max)，SOC_min≤SOC≤SOC_max (16)

式中，P_ace-max为预警区，正的AGC功率指令；

综合控制策略采用根据频率偏差来分区控制的方法，在频率偏差调节死区，调用柔性负荷辅助火电机组进行微调，此时储能系统进行SOC恢复状态；在频率偏差正常调节区域，加入储能系统，保证频率的稳定性；在频率偏差预警区，柔性负荷退出运行，储能系统辅助火电机组进行快速调频；在频率偏差紧急调节区，采取切机或甩负荷的形式进行紧急处理，防止频率恶化；

4)设定调频性能分析指标

(a)调频性能指标

调频性能分析指标主要有通用分析指标和工况特殊指标两种，通用分析指标包括最大频率偏差值Δf_max、联络线功率偏差最大值ΔP_{tie_max}、频率偏差均方根值Δf_rms和频率偏差平均值Δf_ave这四个指标；工况特殊指标指的是阶跃扰动下频率恢复时间t_f和连续随机波动下频率变化速率平均值V_ave，

各项性能分析指标的计算公式定义为：

式中，Δf_i为第i时刻系统频率偏差值；Δf_i-1为第i-1时刻系统频率偏差值；N为采样点数；t_d为频率恢复稳定的时间；t₀为频率开始波动的时间；Δt为采样时间间隔；

(b)储能系统运行分析指标

储能系统的运行分析指标主要有两个方面，一个是储能系统参与二次调频的贡献电量G_bess，另一个是SOC的运行状况，其中，SOC的运行状况分为SOC的均方根值SOC_rms和SOC的运行范围SOC_min～SOC_max，SOC的基准值取为0.5，储能系统的贡献电量越大，储能系统辅助电网调频的作用越大，SOC的运行范围、均方根值越小，说明储能系统SOC在基准值附近波动越小，储能系统的使用寿命越久。