[发明专利]一种配电网侧规模化储能参与调频的双层控制方法

说明书

本发明公开了一种配电网侧规模化储能参与调频的双层控制方法，属于电力系统技术领域。确定规模化BESS参与调频时ACE信号分配和ARR信号分配两种模式的切换时机，同时全面考虑不同BESS的技术特征，通过上层和下层双层控制，其中上层控制(功率经济分配)以调频电源的调频成本最小化为目标，在调频电源技术特征的允许范围内，进行机组和BESS的调频出力优化分配，并将调频出力的经济最优化分配结果作为各调频电源的出力参考值；下层控制(频率动态控制)根据系统的频率偏差和功率优化分配层提供的调频电源出力参考值利用模型预测控制对机组和BESS进行分布式控制，实现调频电源的动态优化控制，减小系统频率偏差。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种配电网侧规模化储能参与调频的双层控制方法。

背景技术

随着风电、光伏等可再生能源的大规模并网，其间歇性与不确定性的出力特性会给电网调频带来压力。作为调频主力的传统火电机组面临着调频容量受限、调节精度不足和机组磨损加重等问题，威胁电网的频率安全，成为制约电网接纳可再生能源的因素之一。近些年来，电池储能(Battery Energy Storage System,BESS)由于其响应速度快、响应精度高的出力特性逐渐受到电网自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)的青睐。从当前电池储能参与电网调频的研究来看，在调频信号分配模式方面，一般分为基于区域调节需求(Area Regulation Requirement,ARR)信号分配和基于区域控制误差(AreaControl Error,ACE)信号分配两种模式。相关文献从机理层面说明了调频前期基于ACE信号分配而中后期基于ARR信号分配的优势，但是其作为切换时机的判据不适用于规模化储能。在调频出力分配大小方面，主要分为按调频信号的频域特征分配和按电源动态可调容量比例分配，但是这些方法往往没有全面综合考虑不同调频电源的技术特征，忽略了储能荷电状态或机组爬坡率等参数，不利于调频电源的安全经济运行。

发明内容

为了解决现有的调频控制方法对ARR和ACE两种模式下的信号分配不合理问题，本发明提出了一种配电网侧规模化储能参与调频的双层控制方法，确定了规模化BESS参与调频时ACE信号分配和ARR信号分配两种模式的切换时机，同时全面考虑了不同BESS的技术特征，在上层基于电源成本函数实现多约束条件下的功率优化分配，在下层基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)实现频率分布式优化控制，充分利用了两种信号分配模式的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种配电网侧规模化储能参与调频的双层控制方法，包括如下步骤：

步骤1：采集电网自动发电控制系统的调频系统模型数据、火电机组模型数据和电池储能模型数据；

步骤2：上层控制：以调频电源的调频成本最小化为目标建立二次规划问题并求解，进行火电机组和电池储能的调频指令优化分配，并将调频指令的最优化分配结果作为各调频电源的指令参考值；

步骤3：下层控制：根据系统的频率偏差和步骤2得到的各调频电源的指令参考值建立系统状态空间模型，基于分布式模型预测控制以频率偏差和偏离指令参考值最小化为目标优化指标函数，得到控制序列，然后将控制序列中的第一个时段的控制变量作用于各个调频电源，作为各调频电源的二次调频实际指令，完成一次调频；

步骤4：根据步骤1采集到的模型数据，以及步骤3得到的各调频电源的二次调频实际指令，得到当前k时刻按照ACE信号分配的系统调频信号ACE_k(s)和按照ARR信号分配的系统调频信号ARR_k(s)；计算调频信号分配模式切换时机判据S_T,k＝ARR_k(s)-ACE_k(s)，若S_T,k＜0，将ACE_k(s)作为系统调频信号，否则，将ARR_k(s)作为系统调频信号，返回步骤2，直至调频结束。