一種基于實測頻率響應辨識的孤立微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)技術(shù)領域，具體設及一種基于實測頻率響應辨識的孤 立微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于可再生能源的分布式發(fā)電的大規(guī)模應用是未來電力工業(yè)實現(xiàn)低碳化的最有 效解決方案之一?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)W其無污染、可再生、分布廣等優(yōu)點，受到了越來越 多的關(guān)注。然而，可再生能源發(fā)電具有波動性大、隨機性強的特點。因此，就地配置一定容 量的儲能系統(tǒng)，可W有效抑制可再生能源發(fā)電輸出功率的波動，提高電網(wǎng)接納可再生能源 發(fā)電的能力。
[0003] 儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)的重要組成部分，通過快速的電能存取，能夠有效調(diào)節(jié)微電 網(wǎng)中的功率分布，平衡微電網(wǎng)中的電能供需，參與系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，改善用戶電能質(zhì)量，提 高微電網(wǎng)對突發(fā)事件的應對能力，為微電網(wǎng)消納更多分布式電源提供保障，因此，微電網(wǎng)中 儲能系統(tǒng)的相關(guān)研究已成為運一領域的一個關(guān)注熱點。
[0004] 微電網(wǎng)孤立運行時，由于缺乏上游配電系統(tǒng)的功率支持，當其內(nèi)部間歇性分布式 電源出力產(chǎn)生隨機波動時，微電網(wǎng)頻率會發(fā)生較大偏移，嚴重影響用戶電能質(zhì)量。因此與微 電網(wǎng)并網(wǎng)運行狀態(tài)相比，孤立微電網(wǎng)離網(wǎng)運行狀態(tài)對儲能系統(tǒng)的依賴性更強，對儲能系統(tǒng) 運行的安全性、可靠性等相關(guān)要求也更高。
[0005] 儲能電池使用壽命受充放電次數(shù)影響較大，不宜頻繁進行充放電操作，所W儲能 不宜進行實時無差調(diào)頻。當微電網(wǎng)中含有水電、柴發(fā)等旋轉(zhuǎn)類電源時，此類電源應作為主電 源，而儲能電源通常在系統(tǒng)頻率異常時輔助主電源進行臨時緊急調(diào)頻。
[0006] 目前關(guān)于儲能緊急調(diào)頻控制的研究和應用較少，主要使用的是基于PID算法的緊 急調(diào)頻控制方法。該方法在儲能緊急調(diào)頻投入階段能充分發(fā)揮儲能響應快的優(yōu)點。但是在 儲能緊急調(diào)頻退出階段，旋轉(zhuǎn)類主電源存在較大慣性，調(diào)頻速度慢，而儲能逆變器屬于電力 電子設備，動作很快，如果二者調(diào)節(jié)速度不一致，容易在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)系統(tǒng)頻率振蕩，所 W儲能系統(tǒng)在調(diào)頻退出階段的速度必須與主電源調(diào)節(jié)速度相匹配。雖然已有一些研究在儲 能緊急調(diào)頻退出階段采用低通濾波算法來改善與主電源調(diào)頻速度的匹配性能，但是控制參 數(shù)的制定缺乏有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有的微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻控制方法存在的不足，本發(fā)明提出了一 種基于實測頻率響應辨識的孤立微電網(wǎng)頻率控制方法。
[0008] 本發(fā)明具體采用W下技術(shù)方案。
[0009] 一種基于實測頻率響應辨識的孤立微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法，其特征在于，所述方法 包含W下步驟：
[0010] (1)依據(jù)微電網(wǎng)頻率偏差對調(diào)頻控制區(qū)域進行劃分，分為死區(qū)、次緊急區(qū)和緊急 區(qū)；設走次緊急區(qū)和緊急區(qū)的頻率闊值分力ij為beq次緊急下限、Rreq次緊急上限和Rreq緊急下限、Rreq 緊急上限；
[0011] (2)監(jiān)視當前時刻微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率化eq。。。：
[001引當heq次緊急下限< Rreqn?< heq次緊急上限時，微電網(wǎng)處于調(diào)頻控制的死區(qū)，無需對孤 立微電網(wǎng)進行調(diào)頻控制；
[001引當化eq次緊急上限《化eqn?< heq緊急上限或化eq緊急下限< heq。?《化eq次緊急下限時， 微電網(wǎng)處于調(diào)頻控制的次緊急區(qū)，調(diào)頻任務由旋轉(zhuǎn)類主電源承擔；
[0014] 當化69。?^ heq緊急上限或heq。?《化eq緊急下限時，微電網(wǎng)處于調(diào)頻控制的緊急區(qū)， 儲能系統(tǒng)投入緊急調(diào)頻功能，輔助旋轉(zhuǎn)類主電源共同進行調(diào)頻；
[0015] (3)當微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率化eq。胃由死區(qū)進入次緊急區(qū)時，調(diào)頻控制通過微電網(wǎng)內(nèi) 的所有具有可調(diào)容量的旋轉(zhuǎn)類主電源的調(diào)速器根據(jù)機組一次調(diào)頻特性完成；
[001引 （4)當微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率化eq。。油次緊急區(qū)進入緊急區(qū)時，旋轉(zhuǎn)類主電源根據(jù)機 組一次調(diào)頻特性調(diào)節(jié)微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率，儲能系統(tǒng)投入緊急調(diào)頻功能，采用PID算法快速 提供有功支持；
[0017] 妨當微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率化eq。。油緊急區(qū)進入次緊急區(qū)時，旋轉(zhuǎn)類主電源根據(jù)機 組一次調(diào)頻特性調(diào)節(jié)微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率，儲能系統(tǒng)采用模擬發(fā)電機慣性調(diào)頻方式逐漸退出 緊急調(diào)頻功能。
[0018] 本發(fā)明進一步優(yōu)選包括W下方案：
[0019] 在步驟（4)中，儲能系統(tǒng)將緊急區(qū)的闊值作為頻率參考值，頻率向上越限則參考 值取化eq緊急上限，頻率向下越限則參考值取化eq緊急T限，將緊急區(qū)的闊值與當前頻率化eq。。。 做差Af ;然后經(jīng)過PID環(huán)節(jié)后得到有功變化量AP;最后將AP與當前儲能有功值P。求 和，并考慮儲能系統(tǒng)有功功率的限值增加限幅控制器即設置儲能系統(tǒng)可輸出有功功率的上 下限，高于上限則按照上限值輸出，低于下限則按照下限值輸出，不越限則按照實際計算值 輸出，從而得出儲能系統(tǒng)調(diào)頻時輸出的總有功功率P。
[0020] 在步驟（5)中，儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻退出采用模擬發(fā)電機慣性調(diào)頻方式，將儲能系 統(tǒng)等效成時間常數(shù)為Tb的一階慣性環(huán)節(jié)乘W增益K b的模型，在該模型中，T b為所模擬發(fā)電 機轉(zhuǎn)子運動方程的時間常數(shù)，一階慣性環(huán)節(jié)用于描述儲能系統(tǒng)電源的延時；Kb為所模擬發(fā) 電機的有功功率-頻率下垂系數(shù)的倒數(shù)，用于模擬系統(tǒng)頻率偏差Af'與儲能電源出力變 化AP'的關(guān)系；具體方法為：將緊急區(qū)的闊值作為頻率參考值，頻率向上越限則參考值取 胃.Wg,頻率向下越限則參考值取作為參考值，將緊急區(qū)的闊值與當前頻率 化eq"J故差Af';然后通過式（1)得到有功變化量AP';最后將AP'與當前儲能有功 值P。求和，并考慮儲能有功功率的限值增加限幅控制器即設置儲能系統(tǒng)可輸出有功功率的 上下限，高于上限則按照上限值輸出，低于下限則按照下限值輸出，不越限則按照實際計算 值輸出，從而得出儲能調(diào)頻時輸出的總有功功率P。
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[0022] 在步驟巧）中，在儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻退出階段，儲能系統(tǒng)將調(diào)頻中所投入的有功 功率轉(zhuǎn)移至旋轉(zhuǎn)類主電源時須與旋轉(zhuǎn)類主電源調(diào)節(jié)速度相匹配，因此Tb取整個微電網(wǎng)的等 效慣性時間常數(shù)H，并通過實測的功率不平衡量和頻率變化率計算微電網(wǎng)的等效慣性時間 常數(shù)H;具體方法為：
[0023] ①參照同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程，在微電網(wǎng)中建立等效慣性時間常數(shù)，描述微 電網(wǎng)整體等效慣性時間常數(shù)，如式（2)所示：
|、2)
[002引其中，H為微電網(wǎng)中等效慣性時間常數(shù)，P。為微電網(wǎng)內(nèi)電源發(fā)出的有功功率，P歷 微電網(wǎng)內(nèi)負載消耗的有功功率，f。為工頻頻率，壯Mt為系統(tǒng)頻率變化率，AP 胃為整個微 電網(wǎng)的有功功率不平衡量；
[0026] ②實時采集微電網(wǎng)內(nèi)所有電源發(fā)出的有功功率P郝負荷1\，W及微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率 f。
[0027] ③當檢測到微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率變化越限時，取頻率變化率越限時刻為擾動發(fā)生時刻 t。，t。前M秒為擾動前時刻t1，t。后N秒為擾動后時刻12,記錄ti時刻的PW、Pu,記錄t。時 刻的Pe。、Pu)、f。，記錄*2時刻的f2;
[002引④根據(jù)式A P不平衡=化。-Pu)-(Pei-Pu)計算功率不平衡量A P不平衡；
[0029] ⑥根據(jù)式 ^算頻率變化率壯/化。
[0030] ⑧根據(jù)式 計算微電網(wǎng)等效慣性時間常數(shù)H。
[0031] 本發(fā)明具有W下有益的技術(shù)效果：
[0032] 基于實測頻率響應辨識控制參數(shù)，從而避免了儲能系統(tǒng)緊急調(diào)頻退出時各電源 調(diào)節(jié)速度不一致導致的振蕩問題。
【附圖說明】
[0033] 圖1所示為調(diào)頻控制區(qū)域和控制方式示意圖；
[0034] 圖2所示為儲能緊急調(diào)頻投入采用的PID算法控制框圖；
[0035] 圖3所示為儲能緊急調(diào)頻退出采用的模擬發(fā)電機慣性調(diào)頻方式控制框圖；
[0036] 圖4所示為緊急區(qū)調(diào)頻仿真結(jié)果圖；
[0037] 圖5所示為辨識微電網(wǎng)等效慣性時間常數(shù)算法流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步詳細表述。
[0039] 本發(fā)明公開的一種基于實測頻率響應辨識的孤立微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法，包括W下 步驟：
[0040] 步驟1、如圖1所示，依據(jù)微電網(wǎng)頻率偏差對調(diào)頻控制區(qū)域進行劃分，分為死區(qū)、次 緊急區(qū)和緊急區(qū)。設定頻率次緊急下限為49. 97Hz，頻率次緊急上限為50. 03Hz，頻率緊急 下限為49化，頻率緊急上限為51化。如表1所示：
[00川表1頻率闊值設置
[0042] 步驟2、監(jiān)視當前時刻系統(tǒng)頻率化eq。胃。當49. 97化 < 化69。胃< 50. 03化時，微 電網(wǎng)處于調(diào)頻控制的死區(qū)，系統(tǒng)頻率偏差不大，無需進行調(diào)頻控制。當50. 03化《化eq。。。 < 51化或49化 < 化69。。"《49. 97化時，微電網(wǎng)處于調(diào)頻控制的次緊急區(qū)，調(diào)頻任務由旋 轉(zhuǎn)類主電源（水電、柴發(fā)等）承擔。當化eq。。。^ 51化或化eq。胃《49化時，微電網(wǎng)處于調(diào) 頻控