基于AGC 調(diào)度的電池充放電策略的研究

李 輝，剛千惠

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

1 概述

近年，電網(wǎng)對(duì)清潔能源發(fā)電的接納能力是制約電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一，為保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，提升電網(wǎng)接納清潔能源發(fā)電的能力至關(guān)重要。近十年，核電、風(fēng)電和光伏發(fā)電增長(zhǎng)迅速，但負(fù)荷增長(zhǎng)較為緩慢，供大于求的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)較大安全隱患，清潔能源接納問(wèn)題已較為突出[1]。為更好的利用清潔能源，減少火力發(fā)電，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，開發(fā)建設(shè)電池蓄能系統(tǒng)，可通過(guò)電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度，控制電池投切，提升電網(wǎng)對(duì)清潔能源接納能力。

2 AGC 調(diào)節(jié)基本理論

出于對(duì)北方地區(qū)的實(shí)際考慮，由于水電資源不豐富，冬季受溫度影響大，只能作為微調(diào)的作用，因此不考慮冬季供暖期間的水電作用。建立火電，電池儲(chǔ)能裝置參與AGC 調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)主要分為四個(gè)控制狀態(tài)：常規(guī)電源控制態(tài)，電池放電態(tài)，電池充電態(tài)，清潔能源控制態(tài)四部分組成的AGC 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工作區(qū)域判斷以新能源全部入網(wǎng)為前提，利用極限控制策略，火電機(jī)組出力下限和電池機(jī)組容量極限為臨界條件，以火電為主，電池為輔，在消納清潔能源的同時(shí)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)增加出力時(shí)如圖1 所示，系統(tǒng)減少出力時(shí)如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)增加出力圖示

對(duì)于火電和熱電廠來(lái)說(shuō)，其發(fā)電下限具有明確的控制要求，在供熱期間，最小發(fā)電能力會(huì)有所提升東北地區(qū)由于冬季處于供熱期，較多供熱機(jī)組下限無(wú)法過(guò)低。電池儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)度是以蓄電池組為控制對(duì)象，采用適用于該類負(fù)荷的調(diào)度方法來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與電源的平衡，實(shí)現(xiàn)電池蓄能的協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化配置的目的。電池充，放電區(qū)利用儲(chǔ)能元件消納發(fā)電量，這種形式的源荷互動(dòng)是一種主動(dòng)行為，改變了過(guò)去電源被動(dòng)適應(yīng)負(fù)荷的狀況。儲(chǔ)能元件無(wú)法滿足電量過(guò)剩時(shí)，棄新能源區(qū)舍棄部分新能源的消納。

圖2 系統(tǒng)減少發(fā)電圖示

由于常規(guī)的AGC 調(diào)節(jié)只能調(diào)節(jié)火電機(jī)組的出力，由于清潔能源的發(fā)電量大，浪費(fèi)嚴(yán)重，為盡可能消納新能源，提出了蓄電池組參與的一種AGC 的調(diào)度控制方法[2]。

2.1 收集數(shù)據(jù)

收集的數(shù)據(jù)包括：被控制對(duì)象為：常規(guī)電源即參與AGC 調(diào)節(jié)的常規(guī)火電機(jī)組的發(fā)電功率PG；可控制改變量為：蓄電池充電功率PEC；以及蓄電池放電功率PED；以及清潔能源發(fā)電量入網(wǎng)量Pn；不可改變量為：用戶發(fā)電量PD；區(qū)域之間有幾乎穩(wěn)定不變的聯(lián)絡(luò)線功率PC。

2.2 工作區(qū)域判斷

由于發(fā)電要求火力發(fā)電有發(fā)電下限PGmin，若火力發(fā)電不得低于PGmin，電池充放電控制區(qū)域：此時(shí)電池進(jìn)行充電或放電，新能源全部入網(wǎng)，火電機(jī)組發(fā)電量在PGmin，保持不變。

舍棄新能源區(qū)即電儲(chǔ)熱全部投入且仍發(fā)電量過(guò)剩，為滿足供需平衡，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，再去區(qū)域內(nèi)根據(jù)部分需要舍棄部分新能源發(fā)電量。

控制區(qū)域如圖3 所示：將總的發(fā)電控制劃分為四個(gè)區(qū)域：常規(guī)電源區(qū)，電池放電區(qū)，電池充電區(qū)，棄清潔能源區(qū)，有三個(gè)臨界條件①②③。

在常規(guī)電源控制區(qū)域中，此時(shí)清潔能源全部入網(wǎng)，此時(shí)電池組裝置不進(jìn)行投入或者已經(jīng)全部投入，僅通過(guò)控制調(diào)節(jié)火力發(fā)電量PG來(lái)滿足負(fù)荷變化的需求[3]。

首先判斷是發(fā)電量多還是負(fù)荷量大（即用電量大），若負(fù)荷大則先將電池已存儲(chǔ)的電量放出，此時(shí)保證新能源全部接納，若電池全部放電后仍然不能滿足要求，此時(shí)進(jìn)行火力發(fā)電的增發(fā)，以滿足負(fù)荷用電量需求。

圖3 控制區(qū)域

若此時(shí)發(fā)電量大，則先控制火電在發(fā)電下限，然后利用臨界條件①判斷，將數(shù)據(jù)帶入①若等式左邊小于等于右邊，則區(qū)域?yàn)槌Ｒ?guī)電源區(qū)域。

若帶入①左邊大于右邊則將數(shù)據(jù)帶入臨界條件②判斷，若②中左邊小于等于右邊，則此區(qū)域?yàn)殡姵胤烹妳^(qū)域。

若帶入②左邊大于右邊則將數(shù)據(jù)帶入臨界條件③判斷，若③中左邊小于等于右邊，則此區(qū)域?yàn)殡姵爻潆妳^(qū)域。

若帶入③左邊大于右邊則為第四區(qū)域，舍棄部分清潔能源，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

由于清潔能源使用超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，時(shí)間為5-15 分鐘，且負(fù)荷實(shí)時(shí)變化，則每次進(jìn)行調(diào)度變化以五分鐘為基準(zhǔn)，每五分鐘進(jìn)行一次區(qū)域比較，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)度控制，保重系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

2.3 計(jì)算臨界條件

臨界條件①：

其中PGmin為火力發(fā)電最小值；PC為單位時(shí)間聯(lián)絡(luò)線功率；Pn為單位時(shí)間清潔能源發(fā)電量；PD為單位時(shí)間負(fù)荷用電功率；t0-t1為積分時(shí)間。

（PS：為滿足供需平衡即t0-t1時(shí)間內(nèi)發(fā)電量等于用電量）

臨界條件②：

Ped，i為單位時(shí)間電池放電的功率；

由于電池是由m 個(gè)小電儲(chǔ)熱組進(jìn)行布置的，因此單位時(shí)間內(nèi)總的tde,i為電池可最大放電時(shí)間，t0-t1為積分時(shí)間；

α 為電池狀態(tài)系數(shù)。若要求充電時(shí)間超過(guò)當(dāng)前可充電時(shí)間則系數(shù)為1 此時(shí)充電時(shí)間為可蓄電時(shí)間，若要求充電時(shí)間小于可充電時(shí)間則積分時(shí)間按照系統(tǒng)分配時(shí)間來(lái)算此時(shí)蓄電池組有充分的可調(diào)度容量[4]。

臨界條件③：

其中PGmin為火力發(fā)電最小值；PC為單位時(shí)間聯(lián)絡(luò)線功率；Pn為單位時(shí)間清潔能源發(fā)電量；PD為單位時(shí)間負(fù)荷用電功率；t0-t1為積分時(shí)間；Pec·i為電池充電時(shí)間；tce為電池最大可充電時(shí)間；α 為電池狀態(tài)系數(shù)。若要求充電時(shí)間超過(guò)當(dāng)前可充電時(shí)間則系數(shù)為1 此時(shí)充電時(shí)間為可蓄電時(shí)間，若要求充電時(shí)間小于可充電時(shí)間則積分時(shí)間按照系統(tǒng)分配時(shí)間來(lái)算此時(shí)蓄電池組有充分的可調(diào)度容量。

3 實(shí)例驗(yàn)證

對(duì)系統(tǒng)的火力發(fā)電量PG，清潔能源發(fā)電量Pn，以及負(fù)荷量PN進(jìn)行測(cè)量，火力發(fā)電量是由日前計(jì)劃對(duì)火力發(fā)電場(chǎng)提出日發(fā)電要求，并依靠實(shí)時(shí)用電量，利用AGC 自動(dòng)發(fā)電控制，對(duì)火力機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。其數(shù)據(jù)主要通過(guò)各個(gè)由火電廠上傳至調(diào)度終端的數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)度平臺(tái)界面進(jìn)行顯示，從而獲得該地區(qū)的總發(fā)電量PG，清潔能源發(fā)電量主要分為光伏發(fā)電Pn1和風(fēng)力發(fā)電Pn2，該數(shù)據(jù)的獲取主要通過(guò)對(duì)以往類似天氣的數(shù)據(jù)對(duì)比以及十五分鐘內(nèi)進(jìn)行光和風(fēng)預(yù)測(cè)從而獲得超短期預(yù)測(cè)功率清潔能源發(fā)電廠的信息測(cè)量裝置將信息進(jìn)行測(cè)量采集，利用光纖傳至調(diào)度終端調(diào)度平臺(tái)顯示清潔能源發(fā)電量Pn，負(fù)荷量是PD是利用電網(wǎng)用戶用電數(shù)據(jù)集中進(jìn)行采集，最終獲得該地區(qū)的總用電量PD。

3.1 數(shù)據(jù)選取

某區(qū)域火電總額定發(fā)電功率為2500MW，下限為1250MW 新能源最大發(fā)電量為2500MW，蓄電池組最大投入功率250MW，設(shè)當(dāng)前時(shí)刻電池已存電量為150MW（見(jiàn)表1）。

表1 某地區(qū)電源負(fù)荷調(diào)度與控制序列

3.2 狀態(tài)判斷

表2

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)1 的判斷可以得出此時(shí)發(fā)電剩余量為-20MW，由于控制序列，在負(fù)荷較大時(shí)，應(yīng)先使電池放電，當(dāng)電池放電完全后，再增加火力發(fā)電的功率，此時(shí)電池放電20MW，正好滿足供需關(guān)系。

火力發(fā)電，新能源發(fā)電，以及斷面的交換功率滿足度第一個(gè)臨界條件，此時(shí)系統(tǒng)位于第一個(gè)工作區(qū)域

當(dāng)負(fù)荷持續(xù)降低，對(duì)數(shù)據(jù)2 進(jìn)行狀態(tài)判斷可以得出此時(shí)發(fā)電剩余為30MW 此時(shí)火電已經(jīng)無(wú)可調(diào)余度，要保證新能源的全部入網(wǎng)，此時(shí)投入電池裝置對(duì)30MW 多余電量進(jìn)行消納。

此時(shí)處于電池充電工作區(qū)域，滿足以下等式關(guān)系。

當(dāng)電池可充電時(shí)間小于需充電時(shí)間時(shí)此時(shí)充電時(shí)間為可充電時(shí)間即若α=1，否則α=0。由此當(dāng)負(fù)荷再次降低，此時(shí)由臨界條件可以判斷剩余電量已經(jīng)超過(guò)蓄電池組可以接受最大范圍，此時(shí)柔性負(fù)荷全部投入的同時(shí)，對(duì)多余的清潔能源發(fā)電量進(jìn)行舍棄。由數(shù)據(jù)可知，此時(shí)電池可用容量為40MW，即可消納新能源為40MW，其余多余的新能源發(fā)電量進(jìn)行舍棄，舍棄量為240MW。

4 結(jié)束語(yǔ)

本論文研究的AGC 調(diào)度的電池充放電方法不同于以往的AGC 只能控制火力發(fā)電的特點(diǎn)，本文中涵蓋電池蓄能的AGC 能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能裝置火電機(jī)組共同根據(jù)需求調(diào)度，以保證負(fù)荷用電量需求，并最大程度接納新能源。對(duì)于控制序列來(lái)說(shuō)，先進(jìn)行電池儲(chǔ)能的充電和放電，在負(fù)荷高峰期放電低谷期充電，起到削峰填谷的作用，減小峰值，避免火力機(jī)組運(yùn)行機(jī)組效率低，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，當(dāng)容量有限時(shí)，再選擇舍棄新能源。