CTM蓄电池储能电池参与电力系统一次调频控制策略研究

ctm蓄电池储能电池参与电力系统一次调频控制策略研究

随着世界经济的迅猛发展，支撑20世纪人类文明发展的化石能源成为严重危机。具有大型电网和大型单位特性的电力系统具有稳定性强、可信度高的优点。目前，各国电网建设都在向这个方向发展。整个电力系统同等于一个电力中心，向发电方传送电力，向电力用户提供电力。随着规模的不断扩大，复杂性也在增加。另外，具有随机变动性特性的清洁能源的发展正逐渐统一组合到大规模的电力网[1]。近年来支持环保和清洁能源发展已成为许多国家能源战略的明确指针。

一、储能电池在电力系统一次调频的应用

目前能源储备的形态有很多种，可以分为物理能源储存和电化学能源储存。他们各有优缺点。为了调整频率，物理能量的储存比电化学能量的储存有一定的缺点。例如: 抽水蓄能对地形性选址的依存度较高，因此只能在水资源丰富、地形较高的地区建设。同时，抽水蓄能在频率调制方面的灵敏度很低，响应时间过长，不利于参与电网一次调频；压缩空气能源储藏是利用能源化石提供能源，对化石能源的依存度很高，压缩空气能源储藏对地区选择有依赖性，系统在一次频率变调过程中，回答时间相对较长；因飞轮能量储存存在自我放电现象，所以不能减少能量储存费用。由于快速的反应速度和高能密度，电化学能源储存装置开始在电网频率变调上显示出优势。

二、储能电池参与电网一次调频的需求分析

在目 前大规模间歇性新能源接入电网的情况下， 与传统调频单元相比， 能量

存储参与电网频率调节有很多优势。 而对于提倡电网经济运行的今天， 合理的储能配置和控制策略对于实现经济运行来说不可或缺，把储能参与电网一次调频的需求分析分为调频需求和恢复需求两个方面进行阐述。

（一）储能电池调频需求

随着间歇性能源发电的大规模并网， 风电、 光伏发电等较差的可预测性使电力系统中 的负荷波动更加复杂且预测难度增大， 复杂负荷波动导致维持系统频率稳定需要调频机组频繁出 力。 传统调频机组固有的响应速度慢， 响应时间长等限制使其调节频率的能力有限， 同时传统调频机组的启 停次数增加， 将加速设备磨损、 老化将增加运行维修费用 降低经济效益。 而在弥补传统机组不足方面， 储能具有明显的优势，储能系统可快速双向吞吐功率，即可作为负载吸收功率， 亦可作为电源发出功率， 根据调频需求控制充放电功率。合理配置的储能系统可减缓传统调频机组的调频压力， 提高经济效益。

（二）储能电池恢复需求

储能电池 SOC 对电池寿命的影响至关重要。在制定储能控制策略时需要加以重视。 如果没有合理控制 SOC，发生电池过充过放，则会造成电池寿命急速下降， 甚至会有安全事故发生。

在储能电池调频过程中 ，难免会出现幅度很大，频率很快的负荷，则会引起储能电池大幅度充放电，若调频前初始 SOC 不合适，会造成过充过放。因此，研究控制策略时，有必要考虑储能 SOC 的恢复。

三、储能电池参与电力系统一次调频控制策略方面存在的问题

在此前的研究中，在电网的基本频率控制中，为储存能源使用的控制战略有虚拟惯性控制和虚拟下垂控制。引进虚拟惯性控制的能量储存装置在频率变化过程中起着作用。其效果是防止频率崩溃，也有抑制频率恢复的缺点。在稳定的状态下没有效果，导致浪费资源。与虚拟下垂控制一起引入的能量储存装置可以过度地在一定频率上发挥作用，没有妨碍频率恢复的缺失。随着能量储藏频率的变调进入实证阶段，经济性是研究中不可忽视的问题。最近几年，为调节频率而引进的“能源储存装置虚拟控制”研究中，有人主张，把能量储存电池的充电状态和能量储存输出结合起来调整频率。同时，为了能让能量储存对频率变调起到更大的作用，在变调频率的过程中，为了让能量储存装置本身再生，部分论文劝告能源储存装置将处于频率死角地带的SOC恢复到0.5，但是能源储存SOC的恢复时间和恢复量是不存在的，虽然这是一项有深度的研究，但目前对能量储存的研究主要集中在实时频率的调制上，重点放在高级控制频率调制上的论文[2]介绍了对能量储藏调制频率的第一次调制短预测预测，但却忽视了预测误差的影响。另外，在电网第一次调制频率时对能量储藏装置的研究中，大多数能量储藏装置和现有装置将单独进行频率调整。没有重复的部分，而且几乎没有对与电网股东频率变造相关的能源储存装置和传统式装置的共同控制进行研究。因此，以后的研究是必要的

四、储能电池参与电力系统一次调频控制策略

目前，与现有的频率调制单位相比，大规模的间歇性新能源连接到网格，在这种情况下，能量储存装置具有参与网格调频的许多优点。如今，为了谋求电网的经济性运营，必须要有合理的能源储存装置的构成和控制战略。目前，在参与电力系统频率调制的通常使用的能源储存装置中，有虚拟惯性控制和虚拟下垂控制,两个控制方法都是在电网中模拟现有发电机的作用。当系统频率突然变化时，增加系统的惯性，增加与频率偏差成比例的能动输出，以达到变频的目的。

（一）虚拟惯性控制

能量存储装置使用虚拟惯性控制以增加系统惯性。电力不均衡的话，在频率被抵消的一定时间内能量储存输出发挥效力。系统的惯性增加可以延缓频率的变化，但值得注意的是，如果使用虚拟能源储存惯性控制，就可以限制频率的降低，而且还有频率回收障碍这一缺点。同时，能源储存输出可以在频率偏差有一定倾向时，即当频率变速率为0时，能量储存输出就会变成0而不启动时(也就是频率变速率)频率的差,能源储量有限，从而储能的利用程度将受到限制。

（二）虚拟下垂控制

能源储存装置运用虚拟下垂控制时，能量储存输出和频率偏差成正比。因为有了频率偏差，只要超出频率死角，能量贮存就会发生。不同点在于，在频率变化过程中，虚拟下垂控制能够起到控制作用，而且在频率偏差为0(即正常状态)时，可以输出与频率偏差成比例的电力，从而促进频率恢复及虚拟下垂控制没有妨碍频率回收的缺点。

五、结语

在电力系统大规模间歇性能源的持续接近，对电网的安保和稳定性产生了影响。电力系统的频率稳定已成为人们关心的问题之一。能源存储容量持续开发，对网格频率稳定性的作用逐步体现。合理使用能源储存装置会对电网的安全稳定运营做出贡献，同时还会增加经济利益。在构建参与电网的能量储存装置的两种控制模式的传递函数为基础，比较分析两者的优缺点。