储能电池参与电力系统一次调频控制策略研究

随着全球能源需求的增加,人们依赖的化石能源被不断开采和消费,现在面临着能源短缺问题。与此同时,越来越严峻的环境污染问题使得可再生能源走入人们的视野。但大规模可再生能源并入电网也产生了新的问题,电力系统频率稳定成为人们关注的问题之一。随着储能技术的发展,储能的优势越来越被认可,其在电网频率稳定中发挥的作用已逐渐被用于实践。如何控制储能在电网一次调频中发挥更大价值显得尤为重要。本文从储能参与调频的研究现状出发,针对储能参与一次调频着重阐述了其在控制策略方面存在的问题,围绕这些问题展开研究。首先,基于电力系统一次调频的基本原理和仿真模型,建立了适合参与一次调频的储能电池等效模型,最终建立了储能参与电网一次调频等效模型;在构建储能采用两种控制方式参与一次调频传递函数的基础上,对比分析了二者的优缺点:采用虚拟惯性控制的储能在频率变化过程中发挥作用,既有抑制频率恶化的作用同时也有阻碍频率恢复的缺点,且在稳态时,储能不能发挥支撑作用,采用虚拟下垂控制的储能在频率暂态和稳态时均能发挥作用,且没有阻碍频率恢复的缺点,可以充分发挥储能响应速度快、可精确控制等优势;从调频需求和恢复需求两个方面分析了目前研究所存在的问题。其次,阐述了超短期负荷预测的特点与其在调频中的应用,提出利用模糊控制方法得到储能荷电状态(State of Charge,SOC)的恢复基准,以减少预测误差的影响;考虑储能电池SOC设计储能调频出力策略;在考虑超短期负荷预测的前提下,结合调频需求和恢复需求,提出当频率在频率死区外部时储能只调频,内部时储能恢复,提出了储能与常规机组协调控制策略;并以典型区域电网为例对所提策略和常规控制策略在两种典型工况下进行仿真,验证了所提策略可在恢复时段使储能与传统机组协调出力进行SOC恢复,与常规控制策略相比其改善调频效果和储能电池SOC保持效果方面更具优势。最后,从能量和功率两个角度分析传统发电机组爬坡速率与系统频率的关系,进而从系统频率进入频率死区、系统频率未处于频率死区但传统发电机爬坡速率趋于0两个方面研究了储能SOC的恢复时机;建立了基于模糊控制的储能调频策略和考虑储能容量限制的储能SOC自适应恢复策略;提出了一种考虑传统机组爬坡率的储能调频综合控制策略。以典型条件下对所提策略和传统控制策略进行了仿真,验证了该策略的优越性。