電化學(xué)儲(chǔ)能參與電網(wǎng)低頻第三道防線的控制策略

孫誠(chéng)斌,李兆偉,2,李碧君,鄒燕,周挺,薛峰

(1. 南瑞集團(tuán)(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司,江蘇 南京 211106；2. 華北電力大學(xué)電氣 與電子工程學(xué)院,北京 102206；3. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司,江蘇 南京 210024)

0 引言

目前,電化學(xué)儲(chǔ)能(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“儲(chǔ)能”)已經(jīng)成為新能源大規(guī)模接入和特高壓直流建設(shè)的重要技術(shù)支撐,在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1—4]。截至2020年6月底,我國(guó)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模位列世界第二,為1 831.0 MW,同比增長(zhǎng)53.9%[5]。

電網(wǎng)中故障引起的大容量功率缺額會(huì)造成系統(tǒng)頻率下降,甚至引發(fā)頻率崩潰,不斷增加的新能源發(fā)電占比和高電壓大容量輸電惡化了電網(wǎng)頻率的安全穩(wěn)定[6]。低頻減負(fù)荷是頻率安全第三道防線的重要組成部分[7],可以快速響應(yīng)有序切除部分負(fù)荷,防止頻率進(jìn)一步跌落。2019年英國(guó)“8·9”事件即是低頻減負(fù)荷正確動(dòng)作防止全網(wǎng)頻率穩(wěn)定破壞的典型案例[8]。但低頻減負(fù)荷本身仍會(huì)造成大量用戶失電,因此優(yōu)化傳統(tǒng)的頻率校正控制策略,并將儲(chǔ)能、直流等控制資源納入其中,對(duì)提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端嚴(yán)重故障的能力具有重要意義[9—13]。

儲(chǔ)能系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、有功/無(wú)功協(xié)調(diào)雙向控制、功率轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn),可以在電網(wǎng)頻率偏移時(shí)快速調(diào)節(jié)其輸出功率,改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性。隨著儲(chǔ)能電池性能的優(yōu)化和成本的降低,將儲(chǔ)能納入電網(wǎng)頻率安全防御體系中也更加具有研究?jī)r(jià)值[14—16]。文獻(xiàn)[17]從頻率安全角度出發(fā),分析了儲(chǔ)能在頻率安全第三道防線里的作用及其容量配置的技術(shù)要點(diǎn)、儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的研究和應(yīng)用方向；文獻(xiàn)[18]提出了切機(jī)和儲(chǔ)能協(xié)調(diào)實(shí)施緊急控制的思路,減少切機(jī)量和儲(chǔ)能充放電次數(shù)。但如何制定儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的控制策略,包括儲(chǔ)能動(dòng)作的頻率閾值、分輪次功率調(diào)整容量等,現(xiàn)有文獻(xiàn)中鮮有提及。

文中針對(duì)電網(wǎng)低頻安全穩(wěn)定問(wèn)題,闡述了儲(chǔ)能在電網(wǎng)低頻第三道防線中的功能定位,提出儲(chǔ)能參與校正控制的頻率響應(yīng)模型,并以頻率恢復(fù)效果和控制代價(jià)為綜合指標(biāo),提出適應(yīng)多運(yùn)行方式和故障場(chǎng)景的儲(chǔ)能低頻校正控制策略,最后在實(shí)際電網(wǎng)中對(duì)該方案的控制效果和適應(yīng)性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的定位和頻率響應(yīng)模型

儲(chǔ)能參與電網(wǎng)頻率安全第三道防線是指在電網(wǎng)頻率大幅偏移的情況下,儲(chǔ)能電站(單元)根據(jù)檢測(cè)到的頻率信號(hào),轉(zhuǎn)換充放電狀態(tài)或調(diào)節(jié)輸出功率大小,避免系統(tǒng)頻率崩潰,主要用于應(yīng)對(duì)諸如多臺(tái)發(fā)電機(jī)跳閘、多回直流閉鎖、穩(wěn)定控制系統(tǒng)拒動(dòng)等電網(wǎng)安全穩(wěn)定第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)故障[19]。與低頻提升直流、低頻切泵等控制措施類(lèi)似[20],是對(duì)傳統(tǒng)低頻切負(fù)荷、低頻解列等頻率校正控制措施的進(jìn)一步擴(kuò)展。

對(duì)于電網(wǎng)中廣泛分布的分散式儲(chǔ)能,采用就地分散校正控制可以降低通信成本和控制難度,提高系統(tǒng)可靠性。在低頻第三道防線中加入儲(chǔ)能不能替代現(xiàn)有低頻減負(fù)荷的配置,而是為了利用儲(chǔ)能調(diào)節(jié)靈活的優(yōu)勢(shì),減少低頻減負(fù)荷的動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn),逐步優(yōu)化第三道防線的配置容量和控制效果。為了提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端故障的能力,同時(shí)降低低頻減負(fù)荷動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)單獨(dú)設(shè)置用于低頻校正控制的儲(chǔ)能動(dòng)作輪次?？紤]儲(chǔ)能動(dòng)作代價(jià)以及直流功率支援對(duì)異步互聯(lián)電網(wǎng)的影響,儲(chǔ)能低頻動(dòng)作順序應(yīng)在直流功率調(diào)制之前,優(yōu)先于低頻切泵、低頻減負(fù)荷的基本輪首輪次動(dòng)作,并根據(jù)電網(wǎng)特性和儲(chǔ)能可用容量確定頻率級(jí)差和動(dòng)作延時(shí)。

分析儲(chǔ)能參與第三道防線對(duì)頻率響應(yīng)的影響,基于單機(jī)帶集中負(fù)荷模型,含儲(chǔ)能的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為：

(1)

如果考慮負(fù)荷的頻率特性,參與系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié),并且忽略負(fù)荷功率隨母線電壓變化,則負(fù)荷模型可簡(jiǎn)化為靜態(tài)有功功率模型,負(fù)荷的有功功率-頻率特性可表示為：

ΔPL=KLΔf

(2)

式中：ΔPL為負(fù)荷有功功率的變化量；Δf為頻率偏差；KL為負(fù)荷的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。

發(fā)電機(jī)組通過(guò)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻率的有差調(diào)節(jié),忽略原動(dòng)機(jī)的再熱時(shí)間常數(shù),并考慮調(diào)速器響應(yīng)時(shí)間,可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)表示發(fā)電機(jī)的功頻調(diào)節(jié)特性[21]：

ΔPm=ΔfKG/(1+TGs)

(3)

式中：ΔPm為發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率增量；KG為發(fā)電機(jī)的功頻特性系數(shù)；TG為調(diào)速器時(shí)間常數(shù)；s為拉普拉斯算子。該式用來(lái)衡量在一定的頻率偏差下,發(fā)電機(jī)機(jī)械功率出力變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

對(duì)于復(fù)雜的多機(jī)系統(tǒng),發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)可用加權(quán)平均法等值[22],如式(4)所示,調(diào)速器和負(fù)荷參數(shù)可基于遺傳算法進(jìn)行辨識(shí)等值[21]。

(4)

式中：SBi為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量；HGi為第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)；n為發(fā)電機(jī)數(shù)量。

在大功率擾動(dòng)故障下,對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組,電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則要求其在頻率變化時(shí)至少具備6%額定容量的調(diào)節(jié)能力[23]。由調(diào)速器模型可知,當(dāng)系統(tǒng)頻率偏差超過(guò)限值Δfm時(shí),調(diào)速器的輸入信號(hào)將達(dá)到限幅,而系統(tǒng)功率擾動(dòng)越大,調(diào)門(mén)指令達(dá)到限幅的時(shí)間越短,即在大擾動(dòng)故障下,可將調(diào)門(mén)指令等效為階躍信號(hào)。

不同于儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻,在儲(chǔ)能的快速校正控制中,可以省去變流器的外環(huán)控制,忽略動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程,在頻率達(dá)到動(dòng)作閾值時(shí),儲(chǔ)能的輸出功率可快速調(diào)至給定值Ps[24]。忽略較小的時(shí)間常數(shù)和非線性部分,由此建立儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的頻率響應(yīng)模型,具體如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的頻率響應(yīng)模型Fig.1 Frequency response model of third defense lines containing energy storages

其中,ΔPe為系統(tǒng)的有功功率缺額,用階躍響應(yīng)表示,即ΔPe=Pe/s。若頻率達(dá)到啟動(dòng)閾值的時(shí)間為te,經(jīng)過(guò)延時(shí)td后儲(chǔ)能調(diào)節(jié)輸出功率,即ΔPs=Pse-tzs/s,tz=te+td。當(dāng)Δf>Δfm時(shí),調(diào)速器達(dá)到最大可調(diào)功率Pm,max。由圖1可得功率發(fā)生缺額后系統(tǒng)頻率響應(yīng)的頻域表達(dá)式,當(dāng)Δf<Δfm時(shí),調(diào)速器未達(dá)最大可調(diào)功率,有：

(5)

其中：

(6)

(7)

當(dāng)Δf>Δfm時(shí),用于一次調(diào)頻的旋轉(zhuǎn)備用滿發(fā),有：

(8)

經(jīng)拉氏反變換可得頻率時(shí)域表達(dá)式,Δf<Δfm時(shí),頻率響應(yīng)表示為：

(9)

其中：

a=ξωn

(10)

(11)

(12)

K=KL+KG

(13)

當(dāng)Δf>Δfm時(shí),頻率響應(yīng)表達(dá)式為：

(14)

其中：

(15)

穩(wěn)態(tài)頻率偏差表示暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后頻率的恢復(fù)程度,由式(9)和式(14)可得穩(wěn)態(tài)頻率偏差表達(dá)式為：

(16)

儲(chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),一般要考慮儲(chǔ)能相關(guān)約束的限制。由于校正控制暫態(tài)時(shí)間尺度短,荷電狀態(tài)幾乎不變,因此在上述頻率響應(yīng)模型中可不考慮儲(chǔ)能容量的約束。頻率安全第三道防線需要能夠應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中的各種不確定運(yùn)行狀態(tài)和隨機(jī)擾動(dòng)故障,并且其控制量無(wú)法精確統(tǒng)計(jì),因此不考慮故障發(fā)生之前儲(chǔ)能的充放電狀態(tài)?？紤]電網(wǎng)中所有儲(chǔ)能全部參與校正控制,各輪次動(dòng)作量按儲(chǔ)能額定總?cè)萘康陌俜直冗M(jìn)行調(diào)節(jié)(即控制量),減小儲(chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)對(duì)每輪次動(dòng)作量的影響。

2 儲(chǔ)能參與低頻第三道防線的控制策略

儲(chǔ)能參與低頻校正控制的分輪次控制策略中,需要整定的參數(shù)主要包括：儲(chǔ)能各輪次啟動(dòng)的頻率閾值fe,k,各輪次功率的控制量和各輪次的動(dòng)作延時(shí)td,k。綜合考慮電網(wǎng)正常頻率的運(yùn)行范圍及一次調(diào)頻的運(yùn)行要求,儲(chǔ)能第一輪的動(dòng)作閾值不宜高于49.5 Hz。當(dāng)參與第三道防線的儲(chǔ)能容量充足,需要設(shè)置多個(gè)儲(chǔ)能低頻動(dòng)作輪次時(shí),各輪次之間的頻率級(jí)差可以按0.1～0.2 Hz確定,儲(chǔ)能最終輪與低頻減負(fù)荷第一輪的頻率級(jí)差可以按0.1～0.2 Hz考慮。在實(shí)際工程應(yīng)用中,各輪次的動(dòng)作延時(shí)需要兼顧裝置動(dòng)作防誤和頻率控制效果兩方面,一般設(shè)置為200～300 ms,可調(diào)整空間不大。

2.1 儲(chǔ)能分輪次動(dòng)作的臨界容量

在發(fā)生大功率缺額擾動(dòng)時(shí),由式(16)可知,若第k輪不動(dòng)作,則頻率偏差達(dá)到Δfe,k對(duì)應(yīng)的功率缺額為：

(17)

將頻率由fe,k恢復(fù)到fsa的第k輪儲(chǔ)能功率增量為：

(18)

目前儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的容量占比還相對(duì)較小,當(dāng)達(dá)到儲(chǔ)能低頻動(dòng)作閾值時(shí),儲(chǔ)能可快速投入最大功率,快速提供頻率支撐。如果可用于校正控制的儲(chǔ)能配置容量較大,則這種粗獷的控制策略可能造成電網(wǎng)發(fā)電功率過(guò)剩,導(dǎo)致頻率高于正常水平,進(jìn)而引發(fā)過(guò)頻切機(jī)或新能源機(jī)組脫網(wǎng)等連鎖事故。

由于電網(wǎng)運(yùn)行方式具有復(fù)雜性和多變性,無(wú)法對(duì)所有的運(yùn)行方式進(jìn)行逐一計(jì)算,為了減少工作量,選取若干種典型的運(yùn)行方式,如夏大、夏小、冬大、冬小等。通過(guò)對(duì)歷年電網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析,統(tǒng)計(jì)出電網(wǎng)各種運(yùn)行方式累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、出現(xiàn)故障的類(lèi)型及次數(shù),得出概率分布情況,選取具有代表性的典型運(yùn)行方式集C；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析,在安全穩(wěn)定第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)故障中得出可能引起大功率缺額的大擾動(dòng)故障集F。

根據(jù)式(17)和式(18),結(jié)合典型運(yùn)行方式集C和擾動(dòng)故障集F,篩選出造成功率缺額最小的運(yùn)行方式和對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)故障,代入頻率響應(yīng)模型,計(jì)算出滿足電網(wǎng)頻率過(guò)調(diào)約束的儲(chǔ)能放電功率,其最大值即為儲(chǔ)能分輪次參與低頻安全第三道防線的臨界容量Ps,b。當(dāng)系統(tǒng)中可用于第三道防線的儲(chǔ)能容量高于該值時(shí),必須進(jìn)行分輪次動(dòng)作。

2.2 儲(chǔ)能參與低頻第三道防線的控制策略

在安排儲(chǔ)能參與校正控制的策略時(shí),根據(jù)電網(wǎng)的頻率響應(yīng)特性和已有的頻率校正控制措施,整定頻率閾值、延時(shí)和放電功率控制量。其中,儲(chǔ)能低頻動(dòng)作的各輪次頻率閾值應(yīng)設(shè)定為不低于低頻減負(fù)荷的首輪頻率門(mén)檻值,使儲(chǔ)能以更高的優(yōu)先級(jí)參與到電網(wǎng)低頻安全第三道防線中。若低頻減負(fù)荷基本輪或特殊輪的頻率作用范圍和儲(chǔ)能存在動(dòng)作重合區(qū),則必須考慮兩者的協(xié)調(diào)：延時(shí)較短和控制代價(jià)較低的儲(chǔ)能優(yōu)先動(dòng)作防止頻率進(jìn)一步降低,低頻減負(fù)荷特殊輪動(dòng)作防止頻率在較低水平長(zhǎng)時(shí)間懸??；當(dāng)儲(chǔ)能全部輪次動(dòng)作仍無(wú)法解決低頻問(wèn)題時(shí),則由低頻減負(fù)荷繼續(xù)提供頻率支撐。

確定了儲(chǔ)能的頻率閾值和延時(shí)后,對(duì)各輪次控制量進(jìn)行整定和優(yōu)化計(jì)算。儲(chǔ)能的放電功率值逐輪次遞增,各動(dòng)作輪次整定量互相影響,決定了有功功率的支撐能力和頻率的恢復(fù)效果。因此,為了制定控制效果最優(yōu)的儲(chǔ)能校正策略,必須綜合考慮電網(wǎng)的運(yùn)行方式、系統(tǒng)的功率不平衡量和各輪次動(dòng)作量的情況,以儲(chǔ)能輪次動(dòng)作后的頻率指標(biāo)和控制代價(jià)為綜合指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,確定在相關(guān)約束條件下各輪次儲(chǔ)能的最優(yōu)功率增量。由n個(gè)輪次儲(chǔ)能功率增量表示的優(yōu)化變量X為：

X=[ΔPds,1,ΔPds,2,…,ΔPds,n]

(19)

表征頻率恢復(fù)效果和控制代價(jià)的綜合指標(biāo)為：

(20)

以上各系數(shù)的選取原則及其量綱的統(tǒng)一方法為：切負(fù)荷的控制代價(jià)要高于儲(chǔ)能的控制代價(jià),最低和最高頻率指標(biāo)的權(quán)重要高于穩(wěn)態(tài)頻率的權(quán)重；控制代價(jià)用各運(yùn)行方式下儲(chǔ)能動(dòng)作量或切負(fù)荷量占額定儲(chǔ)能容量或負(fù)荷功率的相對(duì)值表示(即控制量),頻率指標(biāo)用標(biāo)幺值表示,以統(tǒng)一不同運(yùn)行方式下的量綱。

構(gòu)建考慮各種故障場(chǎng)景和運(yùn)行方式的加權(quán)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

(21)

式中：λi為運(yùn)行在方式i下的概率,μj為發(fā)生故障j的概率,均可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到；Nc為典型運(yùn)行方式數(shù)；Nd為故障場(chǎng)景數(shù)。

綜合儲(chǔ)能的功率控制能力、電網(wǎng)頻率、聯(lián)絡(luò)線功率的約束條件設(shè)定如下：

(22)

式中：Ps,max為儲(chǔ)能系統(tǒng)最大放電功率值；最高和最低暫態(tài)頻率的偏差值和也要滿足一定約束,分別不能高于Δfd,max和Δfp,max,防止頻率大幅度波動(dòng),避免一系列連鎖故障[6]；為了保障恢復(fù)效果,必須要求穩(wěn)態(tài)頻率在合理范圍之內(nèi),Δfs,min和Δfs,max分別為穩(wěn)態(tài)頻率最小和最大值的偏差約束；同時(shí),Ssec為斷面的潮流約束,要滿足聯(lián)絡(luò)線的最大送電能力Ssec,max的約束。

結(jié)合式(19)—式(22)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件,求解出最優(yōu)儲(chǔ)能放電功率增量ΔPds,k,并折算為占總裝機(jī)容量Ps,N的比值ΔIs,k,得到各輪次儲(chǔ)能的控制量：

(23)

綜上,儲(chǔ)能參與低頻第三道防線控制方案的制定流程如圖2所示。準(zhǔn)備策略制定所需的數(shù)據(jù),在典型運(yùn)行方式集C和引起大功率缺額的大擾動(dòng)故障集F下,建立計(jì)及儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的頻率響應(yīng)模型,安排儲(chǔ)能的動(dòng)作輪數(shù)、各輪次啟動(dòng)的頻率閾值和動(dòng)作延時(shí),優(yōu)化儲(chǔ)能各輪次控制量,得到儲(chǔ)能低頻校正控制方案,并校核校正控制動(dòng)作后系統(tǒng)潮流的合理性。

圖2 最優(yōu)控制方案的制定流程Fig.2 Tuning flowchart of the optimal control scheme

3 華東電網(wǎng)算例分析

在華東電網(wǎng)2個(gè)典型運(yùn)行方式下進(jìn)行仿真分析。華東電網(wǎng)的直流饋入示意如圖3所示。

圖3 華東電網(wǎng)直流饋入示意Fig.3 Schematic diagram of DC feed-in for East China Power Grid

方式Ⅰ總負(fù)荷功率為154 GW,總直流饋入功率為48.6 GW。方式Ⅱ總負(fù)荷功率為353 GW,總直流饋入功率為73 GW。低頻減負(fù)荷的配置方案為：3輪基本輪和1輪特殊輪,在頻率跌至49.0 Hz,48.75 Hz,48.5 Hz時(shí)分別切除負(fù)荷3.5%,4%和5.3%,并且頻率低于49.0 Hz達(dá)到15 s以上時(shí)切除3%的負(fù)荷；2種方式下均配置了可用于校正控制的分散式儲(chǔ)能,總計(jì)22.5 GW。典型故障場(chǎng)景由各直流的單/雙極閉鎖故障組成。經(jīng)計(jì)算,方式Ⅰ和方式Ⅱ的臨界儲(chǔ)能容量分別為9.93 GW和14.4 GW。制定3種控制方案,其中方案1為儲(chǔ)能不參與頻率校正控制,結(jié)合電網(wǎng)頻率特性,將儲(chǔ)能輪次安排為3輪；方案2為按照文中方法得到的儲(chǔ)能3個(gè)輪次控制方案；方案3為儲(chǔ)能功率平均分配到3個(gè)輪次的控制方案,如表1所示。

表1 儲(chǔ)能參與低頻第三道防線方案Table 1 Control schemes of third defense lines for low frequency containing energy storages

圖4為2種運(yùn)行方式下分別在0 s發(fā)生大功率缺額擾動(dòng)a和b時(shí),3個(gè)頻率校正控制方案的頻率響應(yīng)曲線。

圖4 不同控制方案下的頻率曲線對(duì)比Fig.4 Comparison of frequency curves under different control schemes

其中,方式Ⅰ下發(fā)生故障a(錦蘇、賓金直流雙極閉鎖,龍政直流單極閉鎖),共造成功率缺額15.95 GW；方式Ⅱ下發(fā)生故障a,共造成功率缺額16.7 GW；方式Ⅱ下發(fā)生故障b(錦蘇、賓金、復(fù)奉直流雙極閉鎖,雁淮直流單極閉鎖),共造成功率缺額25.6 GW?？梢钥闯?方案1中儲(chǔ)能不參與控制,觸發(fā)低頻減負(fù)荷動(dòng)作,或使頻率懸浮于較低水平。而方案2和方案3均可以將頻率恢復(fù)至額定值附近。

表2給出3種情況下不同控制方案的動(dòng)作量、頻率指標(biāo)和綜合指標(biāo)。可以看出,方案2具有相較于其他方案更優(yōu)的綜合指標(biāo)。方案1易觸發(fā)低頻減負(fù)荷動(dòng)作,控制代價(jià)較大,且控制效果不佳,而方案3雖然可以避免切負(fù)荷,但在部分方式下會(huì)產(chǎn)生較大的頻率過(guò)調(diào),影響控制效果。因此,在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和元件模型較多樣的實(shí)際電網(wǎng)中,所述方法可以制定出較優(yōu)的儲(chǔ)能校正控制策略,解決各種運(yùn)行方式下發(fā)生大功率缺額擾動(dòng)后的低頻問(wèn)題,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

表2 控制量和頻率指標(biāo)的比較Table 2 Comparison of control quantity and frequency index(a) 方式 I 發(fā)生故障a

(b) 方式Ⅱ發(fā)生故障a

(c) 方式Ⅱ發(fā)生故障b

4 結(jié)語(yǔ)

新能源發(fā)電的快速發(fā)展和特高壓直流的建設(shè)支撐了國(guó)家的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略實(shí)施,但也給電網(wǎng)的頻率安全穩(wěn)定控制帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能作為可以快速響應(yīng)的有功控制資源,有利于提高電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定水平,文中將其應(yīng)用到低頻第三道防線中,有如下結(jié)論：

(1) 分析了儲(chǔ)能參與低頻第三道防線的定位,將儲(chǔ)能用于頻率校正控制,可以充分利用儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì),既有利于電網(wǎng)的頻率安全,也有助于提高儲(chǔ)能的多重化利用效益。

(2) 考慮機(jī)組一次調(diào)頻特性及負(fù)荷頻率特性,建立了儲(chǔ)能參與頻率安全第三道防線的頻率響應(yīng)模型,有助于提高制定儲(chǔ)能校正控制策略的工作效率。

(3) 提出了儲(chǔ)能參與低頻第三道防線的控制策略制定方法,綜合考慮穩(wěn)態(tài)頻率、暫態(tài)頻率以及控制代價(jià),在保障頻率安全的同時(shí),降低低頻減負(fù)荷動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)。

將儲(chǔ)能納入到頻率安全第三道防線依賴于儲(chǔ)能的容量規(guī)模和運(yùn)行狀態(tài),綜合考慮儲(chǔ)能多方面約束、協(xié)調(diào)儲(chǔ)能在各種層面的控制,以及考慮頻率安全風(fēng)險(xiǎn)的儲(chǔ)能運(yùn)行優(yōu)化都有待進(jìn)一步研究。

本文得到國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司科技項(xiàng)目“大容量?jī)?chǔ)能支撐機(jī)網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究”(J2019027)資助,謹(jǐn)此致謝！