考虑负荷预测的储能参与电网调频控制策略研究

随着新能源的大规模使用,以及国民生活水平的提高,使得源荷两端的功率变化形式更为复杂多样,加剧了电力系统频率不稳定现象,为电力系统频率调整提出了更高的要求。传统机组参与电网调频存在响应慢、爬坡速率低等问题,而储能电池的快速响应和精确响应特性可以填补这些不足,将储能电池用于辅助电网调频得到业界普遍认可,且国内外相继开展了关于储能参与电网调频的示范工程。如何将储能的性能优势应用于电网调频中成为现今研究的热点问题。本文针对将超短期负荷预测应用于储能参与电网调频控制展开研究,主要内容如下:首先,研究负荷与风电功率波动特征及其对电网频率的影响。对负荷波动特征及风电波动特征进行分析,采用滑动平均法、低通滤波法、差分法分别对负荷波动量进行提取,计算相关特征指标判断负荷变化情况和风电功率波动情况,结合算例分析了典型风电功率波动对电网频率的影响,总结了风电并网对电网频率控制的影响。其次,进行电力系统调频的基本原理与仿真模型研究。阐述了电力系统中发电机组和负荷的频率特性、电力系统一次调频和二次调频工作模式及工作特点,根据电网一次调频结构流程建立了电网一次调频区域仿真模型,并对不同类型的火电机组参与电网一次调频特性进行仿真及分析。分析了常规机组参与调频所存在的缺陷与不足,论述了储能电池四种等效模型建模方法与各自的优缺点。通过算例仿真验证了储能辅助常规机组参与电网调频的优势,并总结了目前储能参与电网调频研究中所存在的重点难点问题,分析阐述了将超短期负荷预测应用于储能参与电网调频的必要性。最后,基于超短期负荷预测提出一种新的储能辅助常规机组参与电网调频控制方法。对储能工作状态区域进行定义和划分,运用超短期负荷预测结果进行系统频率偏差预测,对系统频率偏差预测结果进行数据辨识得到储能工作状态识别的必要参数;分别制定了储能在调频工作状态下的自适应控制策略和储能荷电状态(State of Charge,SOC)恢复策略,其中在储能SOC恢复策略中详细介绍了其动态SOC值的设定和在SOC恢复模式下的储能出力规则;最后对所提策略与常规控制策略进行对比仿真,验证了本文基于超短期负荷预测所提出的自适应出力+动态SOC基准方法在满足调频要求的前提下可以贡献更多的调频容量,提高储能容量利用率,进而减少储能的容量配置需求。