[發明專利]微電網儲能分段式緊急調頻控制方法

有效

• 申請號: 201310681374.X
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103647295A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 吳家宏;劉千杰;吉小鵬;翟篤慶;葛亮;趙鳳青
• 申請（專利權）人: 南京四方億能電力自動化有限公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明公開了微電網儲能分段式緊急調頻控制方法，屬于電力系統微電網控制的技術領域。

背景技術

隨著新能源與智能電網技術的迅速發展，分布式能源發電正在受到越來越多的關注。微電網作為分布式發電的重要形式之一，是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與大電網并網運行，也可以孤網運行（也稱離網運行或孤島運行）。微電網在孤網運行模式時，由于分布式電源的間歇性和波動性，儲能系統對微電網的穩定運行至關重要。微電網主接線如圖1所示。

微電網孤網運行時，儲能有兩種運行方式，作為主電源運行于VF模式（VF模式即為運行于平衡節點，電源輸出頻率和電壓可調，有功和無功不可調）和輔助主電源運行于PQ模式（PQ模式即為運行于PQ節點，電源輸出頻率和電壓不可調，有功和無功可調）。當微電網中含有水電、柴發等旋轉類微電源時，此類微電源可以作為主電源，而儲能宜運行于PQ模式，輔助主電源進行微電網穩定控制，提高微電網孤網運行的穩定性。當微電網中不含有旋轉類微電源，只含有電力電子類微電源時，儲能則須運行于VF模式。

儲能輔助主電源控制實現的功能主要包括：(1)微電網穩態運行時，為消除光伏、風機等間歇類微電源的功率變化，滿足微網內負荷需求或實現削峰填谷等微電源協調優化功能。(2)光伏、風機等間歇類微電源受實時天氣等因素，功率變化較大，儲能則可平滑抑制此類電源的功率波動。(3)在系統頻率異常時輔助主電源進行臨時緊急調頻。微電網儲能調頻控制目前主要有下垂控制和緊急調頻控制兩種。

下垂控制主要通過模擬同步發電機調速器的下垂特性曲線實現，與大電網中的一次調頻類似，根據有功功率與頻率的線性關系控制儲能增減有功出力。在系統頻率下降時增加儲能的有功出力；在系統頻率上升減小儲能的有功出力。下垂控制方程為：P＝P_ref+KΔf，其中，f_L為系統頻率偏差；f_H為下垂系數；P_ref為儲能參考有功出力。下垂控制算法具有無需與其他微電源通信即可實現自主控制的優點，但在微電網出現大功率擾動時，該控制方法無法有效利用儲能功率調節速度快的特點，不能在系統緊急情況下提供有功-頻率支撐。

關于儲能緊急調頻控制的研究和應用較少，目前微電網緊急調頻控制主要有三類：

(1)頻率越限功率步長調節法，即當系統頻率超出設定的緊急調頻死區后，以一定的功率步長增加/減小儲能出力，或者在檢測越限后直接控制儲能滿發有功或吸有功。此種頻率調節方法由于調節步長固定，其控制方式簡單，但頻率變化快慢與功率調節步長無關聯性，導致其調節性能較差。

(2)固定偏置調節法，即當系統頻率超出設定的緊急調頻死區后，儲能首先發出/吸收固定偏置量P_bias，然后隨頻率偏差而變化，其控制方程為：P＝P_ref+KΔf+P_bias。該種緊急調頻控制方法實質與下垂控制方法相同，但同樣存在大功率擾動時不能充分發揮儲能響應快的優點問題。

(3)基于PID算法的緊急調頻控制方法。一種是帶有死區的PI控制算法，即設置有頻率偏差死區，然后經低通濾波器，再經正負偏差PI控制通道，最后經限幅器代數求和輸出儲能有功功率調節值。另一種是基于模糊控制理論的PID控制方法，即設置有頻率偏差死區，頻率偏差經低通濾波器，再經基于模糊算法的PID控制器，最后經限幅器輸出儲能有功功率調節值。

對于緊急調頻的調節過程可以分為兩個階段，第一個階段自頻率越限至頻率恢復至死區范圍內的頻率調節恢復階段，第二個階段自恢復越限值至緊急調頻控制策略的調節退出階段。基于PID的緊急調頻控制方法在頻率調節恢復階段能充分發揮儲能響應快的優點，但是在退出階段其退出速度較快，而對于儲能輔助主電源（通常為旋轉類微電源）緊急調頻時，旋轉類主電源存在著較大的慣性，在儲能退出緊急調頻，將調節中所投入的有功功率轉移至旋轉類主電源時須與主電源調節速度匹配，因此相對于調節恢復階段，退出階段的調節速度須減慢。基于PID的緊急調頻控制方法的頻率調節恢復階段和退出階段的調節速度基本一致，容易在退出階段出現與旋轉類主電源調節速度不一致現象，可能導致在退出階段出現多次震蕩動作。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了微電網儲能分段式緊急調頻控制方法

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：