随着化石能源的枯竭,风力发电、光伏发电等新能源发电迅速兴起,因其输出功率具有波动性和不确定性的特征,大规模并网发电势必会对电网造成较大的冲击,加大电网调频压力。因此,传统调频电源已不能满足日益提高的电网调频需求,电池储能电源在电网调频中的优势是当今研究的热点。
电池储能电源运用于辅助电网调频,可充分发挥其动作迅速和调节方式灵活的优势,不仅可显著改善电网调频性能,而且能够有效减小传统机组的调频备用。在电池储能电源辅助电网调频的领域中,控制策略是备受关注的理论与实际工程问题,合理的控制策略不仅能够更好地发挥电池储能电源的调频效果,而且能够有效地减小储能电源的容量配置。
电池储能电源辅助电网一次调频的基本控制策略有虚拟惯性控制和虚拟下垂控制,二者的调频效果各有优势。前者可有效抑制最大频率偏差变化率,缓解频率下降的速度;后者则能有效减小稳态频率偏差。
单一虚拟下垂控制尽管减小了稳态频率偏差,但是不能有效抑制频率的下降速度和减小最大频率偏差变化率。如果采用单一虚拟惯性控制,则只能在频率下降过程中起作用,无法降低稳态频率偏差。因此二者的单独使用都不能合理协调稳态频率偏差与暂态频率下降速度和最大频率偏差变化率之间的矛盾。
有学者提出了一种针对储能电源参与电网一次调频的综合控制模式——频率下降阶段采用虚拟惯性控制,而在随后的频率恢复阶段则采用虚拟下垂控制,二者以最大频率偏差为切换边界。这种综合控制模式一定程度地协调了稳态频率偏差与暂态频率下降速度和最大频率偏差变化率之间的矛盾,但是在出力控制模式切换时造成储能电池从零出力到最大出力的跃变,不仅给电网造成附加的功率和频率变化冲击,而且将降低储能电池的使用寿命。
本文统筹考虑一次调频过程中的频率偏差和频率偏差变化率特征,结合虚拟惯性和虚拟下垂两种模式各自的优势,提出一种确定两种调频模式参与调频的分配比例系数的解析模型,此模型可随频率偏差和频率偏差变化率的变化而优化调整,并实现两种调频模式的平滑切换。
基于此模型提出一种电池储能电源参与一次调频的自适应控制策略,可实现在同一时刻两种控制模式的综合使用,从而改进一次调频效果,减小储能容量配置。利用典型区域电网算例对本文方法进行仿真,证明了其有效性。
图12 一次调频自适应控制策略流程
本文提出的电池储能参与电网一次调频的自适应策略,综合了虚拟惯性和虚拟下垂两种控制策略的优势并克服了其各自的缺陷,相较于简单组合式(直接切换)策略具有显著的优势和更好的控制性能。
后续工作重点将是如何优化电池储能电源的特性参数(ME、KE),更好地协调储能电池和常规机组的调频出力,以尽量减小电网最大频率偏差、稳态频率偏移,减轻二次调频压力。