探析储能系统参与电网调频控制技术

黄 婕

（长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124）

0 引 言

电力系统在日常运行的过程中，需要有效控制系统的频率调节。该任务主要是由二次调频担任，虽然近些年电力行业技术有了很大的进步，但是二次调频技术依然无法满足目前的使用要求。首先，因为电力系统负荷的惯性及动态特点，在开展发电机、原动机以及系统检测的过程中，必然会出现一定程度的偏差。此外，电力系统自身是非常复杂的，而且随着技术的进步系统也逐渐向着智能化、复杂化以及大型化的方向发展，越来越多的控制器被应用。添加的这些控制器在不同的层面有不同的作用，控制的目标之间也属于独立的关系。这就需要制定完善的电力系统调频控制策略，使调频电源更加合理的分配负荷，促进电力行业的快速发展。

1 电网调频控制技术的国内外研究现状

近些年，随着科学技术的进步，新能源的地位也变得越来越重要。同时，随着新能源发电渗透率的提升，电网的调频压力也有了很大的增长，主要是因为传统机组调频容量不足、净负荷波动增加或是系统惯性降低。此外，由于火电机组的调频时滞时间长，调频容量也会受到天气及环境的影响，所以传统机组实际在开展调频工序时存在严重的乏力现象，主要指的是自动发电控制系统乏力。而目前应用电池储能系统，相比较传统系统来说有非常显著的优势，如不受环境及天气的影响，具有较高的精度以及爬坡速度快。有相关数据显示，储能的调频能力相当于1.7SN的容量，指的是电池储能容量，25SN的燃气机组容量是20SN的燃煤机组的二次调频能力。有数据表明，具有调频功能的兆瓦级电池储能工程在全世界已经超过100项。其中，中国北京的2 MW/0.5 MW·h锂离子电池储能配合火力发电参与AGC，使电厂调频综合评判指标有了非常显著的提升；还有美国建设的32 MW/8 MW·h铅酸电池，使电能质量得到有效改善；全球最大的锂离子电池储能项目由南澳大利亚霍恩斯代尔建设，使南澳电力高风电渗透率下的有功平衡得到保障。通过大量的实践证明，电池储能能够使得传统机组的不足之处得到有效改善，使电网调频需求得到满足，大大降低了机械磨损。为了使储能系统参与电网调频，各个国家也正在从深层次多角度的方面开展研究。

目前，基于电池储能下的二次调频控制策略，对于不同储能的技术特征没有充分考虑，还存在于一些缺陷。实施二次调频的控制策略，优点主要有如下3几项。通过设置储能调频成本函数的系数，可精确地评估具有不同技术特征的储能的实时调频能力；在调频责任分配中发挥储能响应速度快和传统机组不受容量限制的双重优势；实现不同电池储能荷电状态的均衡控制。

2 常规机组调频控制策略

因为二次调频相比较一次调频来说，无论是响应时间还是运行方式和控制目标，都存在非常大的差异。实际在开展运行时，二次调频和一次调频的控制目标甚至会出现冲突的现象，无法有效保障系统的稳定安全运行[1]。图1为调频应用控制信号及机组出力。

在图1中，一次调频、二次调频的控制信号可能出现方向相反的情况，而且由于受到ACE信号延时的影响，实际接收到的信号与当下电网的实际情况可能存在一定的差异性，因此，机组的二次调频和一次调频调节量也不同，会直接影响到调频的效果。

图1 调频应用控制信号及机组出力

对于这个问题，可以通过如下方式进行处理。首先，在完成一次调频动作之后对二次调频进行屏蔽。其次，在二次调频计算中纳入一次调频量，也就是在协调控制系统中直接在机组的负荷设定中加入一次调频的调节量。再次，对一次调频负荷限制进行合理设置，使二次调频的允许功率偏差进行适当增加。还有就是接收二次调频命令时，要退出一次调频。如果二次调频结束之后，电网频差相比较转速死区更大，就需要要把一次调频进行投入。最后，如果一、二次调频反向，当T时刻内的一次调频方向没有出现改变，二次调频就需要对指令进行更改，对二次调频指令接受下发[2]。

3 储能系统电网调频控制对策

3.1 二次调频协调控制

实施二次调频协调控制，最为重要的就是通过二次规划的形式，对目标函数通过数学方法解答，从而初次分配需求输出功率。同时，可以通过储能系统的反应能力，及时修正输出功率的分配情况，实现最佳的优化状态，确保发电机组的有序稳定运行。

对于常规机组，发电机基点功率也就是最优的运行点，在附近运行的常规机组有更高的效率。而常规机组的技术出力范围为运行下限和运行上限。一般情况下，常规机组的调节容量为二次调频的备用容量，主要是在机组二次调频中应用。相比较于调节服务，旋转备用有同样的辅助服务，但从本质上来说还存在一定的差异。首先是不同的作用。在系统故障出现之后才开始应用旋转备用。其次，调用条件和时间也存在很大的差异。旋转备用只是在发生故障的情况下才进行调用，并且有一定的时间限制。最后，服务性能和充裕度的评价标准不同。旋转备用的评价指标是B1、B2或DCS，而调节服务的评价指标是A1、A2或CPS1、CPS2[3]。

详细的控制对策如下。首先，发电机要尽可能开展优化措施。其次，按照调频服务的相关指令，尽可能保持储能系统在一定的能量范围内。最后，可以实时提供调频服务。在实施控制措施时，对于前两条措施，权重系数的大小直接决定了二次调频的承担数值，确定是常规机组还是储能系统。如果无法满足约束条件，如储能系统的能量出现耗尽的情况，就需要二次调频尽可能满足使用需求。

3.2 电网调频协调控制

通过储能系统的快速功率调节特性，可以实现即时补偿容量，基于互联网系统的AGC的LFC，使系统始终保持稳定运行。为了将储能系统的作用充分发挥出来，尽可能使联络线功率波动和电网频率得到有效抑制，防止发生LFC出现独立作用的现象。因此，需要对电力系统调频储能系统的协调控制策略进行多角度深层次的研究。但目前对于这方面的研究内容较少，主要是针对基于最小方差等指标以及LFC控制参数和储能系统控制参数。但是，该方式很难有效约束LFC调频装置和储能系统，也没有对系统负荷扰动的多样性充分考虑，如常规机组的GRC、ACE信号延时、SOC和额定功率限制、储能系统的容量。

为了使文中提到的调频控制问题得到有效改善，就需要对MPC特点有充分的了解，打造LFC协调控制和储能系统控制体系。这一体系结构是分层分布式框架，主要涵盖了下层的本地调频控制器以及上层的区域协调控制器。其中，在区域协调控制器中添加GPC以及引互联电力系统模型，通过应用联络线功率和实时信息预测频率的动态轨迹，建立联络线功率预测量、LFC输入和储能系统的关系，搭建目标函数，使模型更加优化。此外，不同地区的调频控制器接收上层控制器指令，可以及时校正联络线功率偏差和系统的频率偏差[4]。

4 结 论

虽然近些年我国经济实现了跳跃式的发展，科学技术也得到了进步，促进了国内电力系统的发展，但是实际在开展电力活动时，调频控制技术依然存在很多漏洞，对整个电力行业的可持续发展造成了非常大的影响。对此，笔者建立了储能系统参与电网调频的控制系统技术。