调频机组及其储能系统的频率响应控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种调频机组及其储能系统的频率响应控制方法、系统及介质，本发明专利技术调频机组包括调速器、原动机和同步发电机，所述调速器与同步发电机的控制端相连，所述原动机、同步发电机两者同轴布置，所述同步发电机的输出端与电力系统相连，还包括输出端与电力系统相连的储能系统，所述储能系统用于模拟同步发电机的下垂特性以在电力系统的频率发生波动后提供有功支撑以加快频率恢复速度。本发明专利技术针对电力系统频率响应问题，使用储能系统替代同步发电机调速器，利用储能系统的快速响应特性对系统频率进行调节，快速缩减电网频率偏差，可实现经济成本与寿命周期的互补。可实现经济成本与寿命周期的互补。可实现经济成本与寿命周期的互补。

【技术实现步骤摘要】
调频机组及其储能系统的频率响应控制方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及电力系统自动调频控制
，具体涉及一种调频机组及其储能系统的频率响应控制方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]在高比例新能源发电系统接入电网的背景下，系统中同步发电机占比持续下降，同时新能源的发电不确定性进一步影响了系统一次、二次调频控制。常规新能源发电系统通过电力电子设备接入电网，使得部分新能源发电系统不参与电力系统调频任务。随着新能源接入规模的增大，系统的有效惯性会逐渐降低，当出现负荷供给不平衡时，机组没有足够的旋转设备来释放动能，从而不能迅速实现负荷补偿，导致电网频率波动的加剧。另一方面，愈加繁重的负荷以及电网规模的扩大也加重了电力系统的调频分担，故而对电网的调频能力提出了更高的要求。目前传统调频机组主要是同步发电机组，参与调频的传统同步发电机组存在响应时间长、响应速度慢、爬坡速率低等固有缺陷，在调频容量有限的情况下，对于较短周期的调频控制能力有限。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种调频机组及其储能系统的频率响应控制方法、系统及介质，本专利技术针对电力系统频率响应问题，使用储能系统替代同步发电机调速器，利用储能系统的快速响应特性对系统频率进行调节，快速缩减电网频率偏差，可实现经济成本与寿命周期的互补。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种调频机组，包括调速器、原动机和同步发电机，所述调速器与同步发电机的控制端相连，所述原动机、同步发电机两者同轴布置，所述同步发电机的输出端与电力系统相连，还包括输出端与电力系统相连的储能系统，所述储能系统用于模拟同步发电机的下垂特性以在电力系统的频率发生波动后提供有功支撑以加快频率恢复速度。
[0006]本专利技术还提供一种前述调频机组中储能系统的频率响应控制方法，包括：
[0007]S1，根据储能系统的荷电状态确定储能系统的荷电状态管理区间；
[0008]S2，在同步发电机工作时，根据荷电状态管理区间，以及同步发电机的输出频率f或角速度ω确定储能系统的有功功率P
ESS
。
[0009]可选地，步骤S1中荷电状态管理区间从低到高依次包括极低状态EL、偏低状态PL、正常状态N、偏高状态PH和极高状态EH，其中极低状态EL、偏低状态PL之间的临界的荷电状态为低值SOC
L
，偏低状态PL、正常状态N之间的临界的荷电状态为中低值SOC
ML
，正常状态N、偏高状态PH之间的临界的荷电状态为中高值SOC
MH
，偏高状态PH、极高状态EH之间的临界的荷电状态为高值SOC
H
。
[0010]可选地，步骤S2中确定储能系统的有功功率P
ESS
的函数表达式为：
[0011][0012]上式中，P
ESS
(t)表示t时刻储能系统的有功功率P
ESS
，Δω(t)为同步发电机的角速度偏差，ω(t)表示t时刻同步发电机的角速度，ω
lower
和ω
upper
分别为角速度的死区下限和死区上限，R
Ess
表示储能系统的下垂系数，P
SOC，0
表示下垂控制激活时储能系统的初始功率系数，
P
n表示储能系统的额定功率，SOC(t)表示t时刻储能系统的荷电状态，SOC
H
表示偏高状态PH、极高状态EH之间的临界的荷电状态为高值，SOC
L
表示极低状态EL、偏低状态PL之间的临界的荷电状态为低值。
[0013]可选地，下垂控制激活时储能系统的初始功率系数P
SOC，0
的计算函数表达式为：
[0014][0015]上式中，EL
soc
表示荷电状态处于极低状态时的功率系数；PL
soc
表示荷电状态处于偏低状态时的功率系数；PHs
o
c表示荷电状态处于偏高状态时的功率系数；EH
soc
表示荷电状态处于极高状态时的功率系数；SOC
ML
为偏低状态PL、正常状态N之间的临界的荷电状态为中低值，SOC
MH
为正常状态N、偏高状态PH之间的临界的荷电状态为中高值，SOC
H
表示偏高状态PH、极高状态EH之间的临界的荷电状态为高值，SOC
L
表示极低状态EL、偏低状态PL之间的临界的荷电状态为低值。
[0016]可选地，储能系统的下垂系数R
ESS
的计算函数表达式为：
[0017][0018]上式中，Δω
pu
表示同步发电机的角速度偏差标幺值，ΔP
Gen，pu
表示同步发电机的功率偏差标幺值，P
ESS，0
表示储能系统的额定功率，P
Gen，0
表示同步发电机的额定功率。
[0019]可选地，步骤S2中同步发电机工作时，同步发电机的机械功率的计算函数表达式为：
[0020][0021]上式中，P
m
表示同步发电机的机械功率；P
m0
表示同步发电机的初始机械功率；R表示同步发电机的下垂系数；Δω表示同步发电机的电气角速度偏差。
[0022]可选地，同步发电机的下垂系数的计算函数表达式为：
[0023][0024]上式中，ω表示同步发电机的电气角速度；ω
n
表示同步发电机的额定角速度；P表示同步发电机的有功功率；P
n
表示同步发电机的额定功率。
[0025]此外，本专利技术还提供一种调频机组中储能系统的频率响应控制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法。
[0026]此外，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法。
[0027]和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：
[0028]1、本专利技术的调频机组包括输出端与电力系统相连的储能系统，所述储能系统用于模拟同步发电机的下垂特性以在电力系统的频率发生波动后提供有功支撑以加快频率恢复速度，通过使用储能系统替代同步发电机调速器，利用储能系统的快速响应特性对系统频率进行调节，快速缩减电网频率偏差，实现经济成本与寿命周期的互补。
[0029]2、本专利技术的调频机组与传统调频机组相比，采用储能系统实现与同步发电机的并行输出，兼顾同步发电机和电化学储能各自的技术特点，具有响应时间短、爬坡速率大、精确的功率调节以及可实现四象限运行的特征等一系列的特点，可参与到电力系统发、输、配、用等各个环节，在平滑间歇式能源功率波动、削峰填谷、参与调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调频机组，包括调速器、原动机和同步发电机，所述调速器与同步发电机的控制端相连，所述原动机、同步发电机两者同轴布置，所述同步发电机的输出端与电力系统相连，其特征在于，还包括输出端与电力系统相连的储能系统，所述储能系统用于模拟同步发电机的下垂特性以在电力系统的频率发生波动后提供有功支撑以加快频率恢复速度。2.一种权利要求1所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法，其特征在于，包括：S1，根据储能系统的荷电状态确定储能系统的荷电状态管理区间；S2，在同步发电机工作时，根据同步发电机的输出频率f和荷电状态管理区间确定储能系统的有功功率P
ESS
。3.根据权利要求2所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法，其特征在于，步骤S1中荷电状态管理区间从低到高依次包括极低状态EL、偏低状态PL、正常状态N、偏高状态PH和极高状态EH，其中极低状态EL、偏低状态PL之间的临界的荷电状态为低值SOC
L
，偏低状态PL、正常状态N之间的临界的荷电状态为中低值SOC
ML
，正常状态N、偏高状态PH之间的临界的荷电状态为中高值SOC
MH
，偏高状态PH、极高状态EH之间的临界的荷电状态为高值SOC
H
。4.根据权利要求2所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法，其特征在于，步骤S2中确定储能系统的有功功率P
ESS
的函数表达式为：上式中，P
ESS
(t)表示t时刻储能系统的有功功率P
ESS
，Δω(t)为同步发电机的角速度偏差，ω(t)表示t时刻同步发电机的角速度，ω
lower
和ω
upper
分别为角速度的死区下限和死区上限，R
ESS
表示储能系统的下垂系数，P
SOC，0
表示下垂控制激活时储能系统的初始功率系数，P
n
表示储能系统的额定功率，SOC(t)表示t时刻储能系统的荷电状态，SOC
H
表示偏高状态PH、极高状态EH之间的临界的荷电状态为高值，SOC
L
表示极低状态EL、偏低状态PL之间的临界的荷电状态为低值。5.根据权利要求4所述调频机组中储能系统的频率响应控制方法，其特征在于，下垂控制激活时储能系统的初始功率系数P
SOC，0
的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚禹生，宋兴荣，刘永刚，熊尚峰，吴晋波，刘海峰，张可人，张午寅，徐民，洪权，李理，余斌，杨文东，刘伟良，敖非，李振文，李辉，欧阳帆，梁文武，李刚，臧欣，蔡昱华，丁禹，刘志豪，刘智仁，肖遥遥，许立强，严亚兵，尹超勇，徐彪，肖豪龙，欧阳宗帅，龙雪梅，刘鸿基，胡安平，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：