考虑调频死区的储能参与电网一次调频控制方法研究

随着能源日益紧张,新能源并网及储能技术已成为未来能源战略的重要一环。我国风电总装机容量位居世界第一,但由于电网消纳能力受限,弃风严重,其中近30%的弃风电量是由调频问题所致。近几年来,国内外的辅助服务领域已经应用于非常多的商用储能工程。这使得储能调频需求和控制策略成为当前研究热点。储能参与调频的根本目的,一方面在于辅助常规电源改善系统调频效果,另一方面在于利用其快速的功率吞吐能力减少常规机组参与调频的损耗,提高常规电源调频功能的经济性。本文从储能参与电网调频的根本目的入手,分别从储能的动作边界限制、储能动作模式选择以及储能出力约束设计三方面进行研究,考虑储能自身荷电状态的同时,将其利用最大化,研究了一种考虑储能调频死区的一次调频控制方法。论文阐述电力系统综合静态功率-频率特性,分析常规机组一次调频及负荷频率偏差响应原理;基于火电机组调速系统及单再热串联复合汽轮机传递函数,构建了传统火力发电机组参与电网一次调频的电网频率响应模型;分析阐述了电池型储能辅助电网一次调频的调频需求及其特点,基于电池储能系统等效电路模型并考虑储能电池充放电效率模型,建立了参与电网调频的电池型储能电源等效模型及储能参与电网一次调频的区域仿真模型,为后文理论验证提供仿真模型基础。为充分发挥储能快速、精准响应在电网调频中的潜力,通过对常规机组调频死区机理分析,定义了储能系统参与电网调频的死区限制及其边界,将储能调频死区的界限设置在常规机组死区的范围内,能有效改善电网频率质量,并避免常规机组参与调频的频繁动作;通过分析虚拟下垂与虚拟惯性控制对电网频率的影响,提出了一种基于logistic函数的储能出力边界及SoC约束,并考虑动作死区影响的储能参与一次调频的自适应控制方法。依据系统调频需求,自动选择储能出力控制策略,以实现两种控制策略的协调运行及优势互补;为了约束储能功率输出,对虚拟下垂与虚拟惯性控制采用基于logistic函数的自适应控制规律,从而避免SoC(State of Charge)耗尽或饱和现象的发生。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建典型区域电网一次调频仿真模型,对本文方法进行仿真实验检验,并运用控制变量法就本文方法与文献主流方法从死区设置、控制策略选择和储能出力约束三方面进行系统的比较分析。结果表明:本文方法不仅可以更好地改善调频效果,而且能显著减少常规机组的调频动作次数,有利于改善传统机组一次调频的运行经济性。