[發明專利]分布式儲能參與自動發電控制的協調控制方法

有效

• 申請號: 201710536729.4
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107394802B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 程亦直;張沛超;季珉杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種分布式儲能參與自動發電控制的協調控制方法，包括以下步驟：步驟1，建立基于BESS集群荷電狀態SOC的集群能量平衡反饋控制結構，并提出兩種基于平均等值SOC的基點功率計算方法；步驟2，針對充放電損耗與電池老化建立BESS的服務成本模型，并基于市場機制，提出無需迭代的分布式控制方法，實現了控制目標在BESS集群內的實時最優分配。與現有技術相比，本發明將分布式BESS聚合起來參與電網AGC，既可以有效提高系統頻率質量，又可使儲能用戶通過提供快速AGC服務而獲得更高收益。

技術領域

本發明涉及一種分布式電池儲能系統(BESS)，尤其是涉及一種分布式儲能參與自動發電控制的協調控制方法。

背景技術

大規?？稍偕茉唇尤腚娋W后，其高波動性增大了電網對于自動發電控制(automatic generation control,AGC)爬坡率的需求^[1,2]。如果僅依靠常規AGC機組，則會增大機組損耗，而且常規機組的響應時間接近1min^[3]，難以響應快速AGC信號。而電池儲能系統(battery energy storage system,BESS)具有ms級的響應速度且易于調度，在參與AGC方面具有巨大優勢，例如，(1)在主電網中，美國聯邦能源監管委員會(federal energyregulatory commission，FERC)在2011年頒布了755號法案，允許BESS參與調頻市場并通過提供快速頻率調整服務來獲得高額補償^[4,5]；文獻[4,6]研究了BESS參與AGC的容量需求及控制策略；(2)在離網型微電網中，BESS較之常規可控電源能夠更好的維持微電網頻率質量^[1]。

未來配電網和用戶側會存在大量分布式BESS。為了達到AGC市場的最小準入容量要求，需要利用聚合器(aggregator)集成多個分布式BESS。同時，較之集中式BESS，集成多個分布式BESS有利于防止“N-1”失效以及解決安裝場地限制等問題，也符合儲能主體多元化的趨勢。電池技術的快速發展以及動力電池的梯次利用，使得BESS在類型、容量、價格和性能上存在多樣性，如何對其進行協調控制成為儲能應用中的關鍵問題^[6-8]。目前，BESS集群聚合器需要解決三個方面的問題。

首先是BESS集群內的功率分配問題。BESS參與AGC時被調用的平均功率約僅為最大功率的1/2^[5]。這樣，集群內的功率分配就存在較大的優化空間。目前，較多文獻采用荷電狀態(state of charge，SOC)均衡原則^[7,9]，目的是使各BESS的SOC趨于一致；也有文獻采用按BESS功率或容量等比例分配原則^[10]。此外，文獻[6]針對不同電池(鉛酸和全釩液流電池)的特點提出了啟發式分配策略。但是，以上分配策略都僅考慮了技術因素，而未考慮經濟因素。由于電池成本很高，且在參與AGC時會被高頻次調用，故盡量降低成本是聚合器和儲能用戶能夠獲利的關鍵。

其次是BESS集群的能量平衡問題。由于BESS充放電過程存在損耗，其SOC會逐漸降低。如何對BESS補電以保證持續參與AGC是聚合器需解決的另一個問題。文獻[4]提出基于實時SOC值向調度申報基點功率的策略，但實時SOC值主要受所響應的AGC信號影響，不能很好反映充放電損耗；文獻[11]提出了根據BESS內部充放電功率平均值改變基點功率的策略，但本文仿真結果表明該方法的效果有限。

第三個問題是控制系統結構。集中式控制是目前的常用方法。但集中式控制需要建立全系統的控制模型，可擴展性較差。近年來有較多文獻采用一致性算法進行分布式控制^[1,7,10]。但這類方法需要多次迭代才能收斂。為提高收斂性，該方法需要強連通的通信網。而為滿足實時性，其控制周期需小至100～200ms^[1,10]。這些都對通信提出了很高要求。

參考文獻如下：