考慮規(guī)?；姵貎δ躍OC一致性的電力系統(tǒng)二次調頻控制策略

呂力行，陳少華，張小白，龐 濤，黃崇鑫

（1.浙江浙能電力股份有限公司蕭山發(fā)電廠，浙江 杭州 311251；2.南瑞集團有限公司(國網電力科學研究院有限公司)，江蘇 南京 211106；3.南京郵電大學自動化學院、人工智能學院，江蘇 南京 210023）

傳統(tǒng)調頻資源在應對變化速度快、波動幅度大的負荷時存在自身局限，不利于電力系統(tǒng)調頻品質進一步提升，因此亟需協(xié)調配置調節(jié)速度快、控制靈活的調頻資源[1-2]。隨著電化學儲能技術的不斷發(fā)展，電池儲能從小容量分散式應用逐漸向大容量規(guī)?；尤氚l(fā)展。儲能系統(tǒng)通過控制電池充放電來滿足電網調頻需求[3]。與水電機組、火電機組等傳統(tǒng)調頻電源相比，規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)具有調節(jié)速度快、調頻指令跟蹤精確、功率雙向調節(jié)等優(yōu)勢，在調頻領域具有巨大的應用潛力[4]。

針對規(guī)模化電池儲能參與電網二次調頻問題，國內外已開展了一系列研究工作。文獻[5]針對模型參數(shù)不確定性及通信延時問題提出了兩層模型預測控制方法，用于控制分布式電池儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)二次調頻；文獻[6]針對電網故障情況下的功率平衡需求，推導了用于大電網調控的規(guī)?；姵貎δ苷{頻的控制模型，并基于響應曲線法優(yōu)化PI控制器參數(shù)；文獻[7]基于Logistic回歸函數(shù)構建了儲能自適應調頻和儲能自恢復2種工況的出力控制規(guī)律，用于解決系統(tǒng)調頻需求和儲能恢復需求間的協(xié)調配合問題；文獻[8]結合系統(tǒng)頻率偏差大小和儲能SOC，基于模糊控制方法平滑儲能系統(tǒng)出力；文獻[9]考慮了儲能和傳統(tǒng)機組在調節(jié)速度和容量上的差異，提出了實現(xiàn)儲能和傳統(tǒng)機組協(xié)調互補的二次調頻策略；文獻[10]根據(jù)不同調頻需求與電池儲能系統(tǒng)SOC水平，確定模型預測控制策略中的輸出加權矩陣和約束，從而形成電池儲能系統(tǒng)的最優(yōu)控制變量。上述研究將儲能系統(tǒng)等效成一個調頻電源參與電力系統(tǒng)二次調頻，未考慮儲能站內各組儲能單元的協(xié)調控制，特別是SOC一致性控制問題。

文獻[11]指出，儲能站內各組儲能單元SOC保持一致具有諸多優(yōu)點，如：實現(xiàn)儲能系統(tǒng)調頻容量最大化，保持儲能高效健康運行，以及防止各電池儲能單元不均衡老化等。針對如何保持規(guī)?；姵貎δ苷緝雀鹘M儲能單元SOC一致性問題，文獻[12]將各組儲能單元SOC偏差引入優(yōu)化模型的目標函數(shù)中，并通過求解最優(yōu)功率分配策略實現(xiàn)各組儲能單元SOC一致。雖然該方法可保證各儲能單元SOC一致，但由于求解優(yōu)化模型耗時較長，難以實現(xiàn)系統(tǒng)的實時閉環(huán)控制。文獻[13]將擾動觀測器和有限時間分布式協(xié)同算法相結合，實現(xiàn)了儲能站層的功率跟蹤及儲能站內各儲能單元SOC一致。但是，該控制策略忽略了上層區(qū)域調頻需求（area regulation requirement，ARR）和儲能站整體SOC之間的協(xié)調配合問題，易導致儲能站SOC偏離預設運行區(qū)間。

為兼顧電力系統(tǒng)調頻需求和儲能站SOC自恢復需求，同時保證儲能站內各組儲能單元SOC一致，本文提出了考慮儲能站SOC的二次調頻分層協(xié)調控制策略。在區(qū)域控制中心層，根據(jù)ARR所在區(qū)間和電池儲能站整體的SOC，將調頻功率合理分配給電池儲能站和傳統(tǒng)調頻機組，在實現(xiàn)二次調頻目標的同時保證儲能站的SOC盡可能地維持在預設區(qū)間；在儲能站層，采用分布式協(xié)同控制算法，實現(xiàn)儲能站調節(jié)功率指令跟蹤，并確保各組儲能單元SOC趨于一致。最后，通過系統(tǒng)仿真試驗，對本文控制策略進行有效性驗證。

1 含規(guī)模化電池儲能二次調頻模型

1.1 電池儲能參與二次調頻概述

規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)通常由多組電池儲能單元并列構成，每組儲能單元由電池、功率變換器（power converter system，PCS）和升壓變壓器組成（圖1）。

圖1 規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)結構示意Fig.1 Schematic diagram of large-scale battery energy storage (BES) system

電力系統(tǒng)二次調頻又稱為電力系統(tǒng)負荷頻率控制（load frequency control，LFC），其通過對電力系統(tǒng)中的調頻電源出力進行二次調整，實現(xiàn)有功電源出力與負荷平衡，從而達到恢復系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線功率的目的[14]。目前，大規(guī)模電網主要采用分區(qū)控制模式，區(qū)域電網調度中心的二次調頻軟件通過實時監(jiān)視系統(tǒng)頻率及區(qū)域之間的聯(lián)絡線偏差，計算出區(qū)域控制偏差（area control error，ACE），將ACE信號按照預定的控制規(guī)則計算出二次調頻功率下發(fā)給轄區(qū)內的調頻機組和儲能電站執(zhí)行。儲能站能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）在收到二次調頻功率指令后，通過協(xié)調儲能站內各儲能單元實現(xiàn)調頻功率跟蹤，參與區(qū)域調度中心的二次頻率控制。

1.2 負荷頻率控制等值模型

典型的規(guī)模化電池儲能參與負荷頻率控制的兩區(qū)域互聯(lián)模型如圖2所示。圖2中，每個區(qū)域的傳統(tǒng)調頻電源用1臺等值的非再熱式火電機組表示，其動態(tài)模型包括調速器、汽輪機、區(qū)域等值發(fā)電機的傳遞函數(shù)模型。規(guī)?；瘍δ茈娬灸Ｐ蛣t由n套儲能單元簡化模型構成，每套儲能單元的動態(tài)模型包括功率輸出響應以及儲能電量狀態(tài)的傳遞函數(shù)模型。

圖2 含規(guī)模化電池儲能的兩區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)LFC等值模型Fig.2 The equivalent model of two-area interconnected power system with large-scale battery energy storage for LFC

在圖2所示的負荷頻率控制模型中，規(guī)?；姵貎δ苣Ｐ椭饕▋δ苷緝雀鹘M儲能單元的動態(tài)模型和控制策略模型。針對規(guī)?；姵貎δ軈⑴c二次調頻的問題，考慮到每組電池單元在PCS控制下可快速精確地跟蹤參考功率指令，各組儲能電池單元的實際功率輸出對參考功率指令的動態(tài)響應過程用一階慣性環(huán)節(jié)進行描述[13]：

儲能電池存儲電量與充放電功率密切相關，若不計儲能電池的充電與放電損耗，每組儲能電池的剩余電量與充放電功率的動態(tài)關系如下[13]：

式中：Ei(t0)為第i組儲能單元在初始t0時刻的電量，kW·h；PBESi為儲能充放電功率，大于0表示放電，反之表示充電。

荷電狀態(tài)（SOC）是電池所剩電量的相對度量，定義為電池剩余電量Ei(t)與額定電量Emax之比，即SSOCi(t)=Ei(t)/Emax。其中，SSOCi(t)=0表示電池放完電，SSOCi(t)=1表示電池充滿電?；谏鲜鯯OC定義，將式(2)左右兩邊同時除以Emax，可得：

式中SSOCi(t0)為初始t0時刻的SOC。

總體上，含規(guī)?；姵貎δ艿亩握{頻與傳統(tǒng)二次調頻相比具有如下特點，在設計調頻策略時需加以考慮：

1）相對于傳統(tǒng)機組，規(guī)模化儲能電站的響應時間更短，在設計調頻功率分配策略時，需結合系統(tǒng)調頻需求充分利用儲能站的調節(jié)優(yōu)勢；

2）規(guī)?；瘍δ茈娬镜某浞烹娙萘坑邢?，一旦處于深度充放電狀態(tài)，其調頻支撐能力將大幅衰減，調頻功率分配策略應考慮儲能站的電量狀態(tài)自恢復問題；

3）儲能電站由多組儲能電池單元構成，在儲能站層面須考慮由各組電池儲能單元協(xié)同完成區(qū)域控制中心下發(fā)的調頻功率跟蹤問題；

4）為保持電池儲能站高效健康運行，須考慮儲能站內各組電池儲能單元的SOC一致性控制問題。

2 電池儲能參與二次調頻控制策略

規(guī)?；姵貎δ軈⑴c電力系統(tǒng)二次調頻的能力受到電池容量及電池SOC限制，長時間持續(xù)放電（或充電）會使電池存儲的電量耗竭（或蓄滿），而電池儲能系統(tǒng)在耗竭或蓄滿狀態(tài)下只能進行單向調頻，參與調頻的能力大大削弱。因此，在區(qū)域控制中心層，電力系統(tǒng)二次調頻要充分考慮電池儲能與傳統(tǒng)機組的調節(jié)特性差異，合理分配二次調頻功率需求。在電池儲能站層，考慮到規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)由多套電池儲能單元構成，須對電池儲能系統(tǒng)整體的SOC進行統(tǒng)一管理，并保持每套儲能單元的SOC一致，從而最大化利用電池儲能系統(tǒng)的調節(jié)能力，避免某些儲能單元因深度充放電而停止運行。

2.1 區(qū)域控制層級的二次調頻控制策略

在區(qū)域控制中心層，電力系統(tǒng)二次調頻通常根據(jù)ARR（或ACE）的大小來劃分調節(jié)區(qū)間，一般包括調節(jié)死區(qū)、正常調節(jié)區(qū)、緊急調節(jié)區(qū)[13]3個區(qū)間。本文將根據(jù)ARR所處的調節(jié)區(qū)間以及規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)整體的SOC水平，協(xié)調控制傳統(tǒng)調頻機組和儲能。

2.1.1 緊急調節(jié)區(qū)內快速響應控制

當ARR在緊急調節(jié)區(qū)域時，二次調頻的首要目標是利用區(qū)域內調頻電源容量快速地減小ACE，并將調頻需求恢復到正常控制區(qū)內。由于電池儲能系統(tǒng)的調節(jié)速度較快，在緊急控制區(qū)內最大化利用儲能系統(tǒng)的調節(jié)容量，不足部分由傳統(tǒng)機組分擔。因此，在緊急控制區(qū)內，儲能和傳統(tǒng)機組的功率分配策略為

2.1.2 正常調節(jié)區(qū)內互補協(xié)調控制

若ARR處在正常調節(jié)區(qū)內，說明當前參與二次調頻電源的備用較為充裕且ACE相對較小。在此情形下，區(qū)域控制中心可根據(jù)不同調頻電源特性，協(xié)調分配二次調頻功率需求。本文提出的傳統(tǒng)機組與電池儲能系統(tǒng)的協(xié)調分配策略基本思路如下。

1）電池儲能系統(tǒng)SOC在預先設定的正常運行區(qū)間工況 儲能系統(tǒng)被視為基本調頻電源，根據(jù)容量大小按比例分配調頻需求，兼顧各電源參與調頻的公平性。

2）電池儲能系統(tǒng)SOC偏離正常運行區(qū)間工況若二次調頻方向有利于恢復儲能SOC，則儲能按其最大功率容量執(zhí)行調頻任務，剩余調頻需求由傳統(tǒng)機組承擔；若二次調頻方向不利于恢復儲能SOC，則儲能不參與二次調頻，調頻任務全部由傳統(tǒng)機組承擔。

基于上述分析，在正常調節(jié)區(qū)的儲能與傳統(tǒng)機組的功率分配策略為

2.1.3 調節(jié)死區(qū)內儲能SOC自恢復控制

為避免頻繁調節(jié)，當ARR處在調節(jié)死區(qū)時，區(qū)域控制中心通常不再調整各調頻機組的功率參考值。但是，在儲能參與二次調頻場景下，考慮到儲能不能長時間單向參與調頻，須將儲能SOC恢復到理想工作區(qū)間，為下一階段參與二次調頻服務做好準備。因此，在調節(jié)死區(qū)內，儲能SOC恢復策略一方面要快速將儲能SOC恢復到正常運行區(qū)間，另一方面要避免引起ACE增大而跳出調節(jié)死區(qū)。

2.2 儲能站層級的儲能單元SOC一致性控制策略

上層區(qū)域控制中心根據(jù)二次調頻需求以及儲能站SOC水平制定相應功率分配策略（式(4)—式(6)），并將二次調頻功率指令下給發(fā)傳統(tǒng)調頻機組和儲能電站執(zhí)行。下層儲能站接收到二次調頻指令后，快速協(xié)調站內各組儲能單元出力實現(xiàn)調頻功率跟蹤，并保證各組儲能單元SOC一致，以提高儲能系統(tǒng)的綜合運行效率。為此，本節(jié)采用分布式協(xié)同控制方法實現(xiàn)規(guī)模化儲能電站的功率跟蹤和各儲能單元SOC一致收斂2個目標。

2.2.1 儲能電池單元的動態(tài)模型

對于每組儲能電池單元而言，其功率調節(jié)慣性時間常數(shù)TBESi較短（毫秒級），而儲能系統(tǒng)在響應二次調頻的調節(jié)周期較長（數(shù)秒至數(shù)分鐘）。因此，在規(guī)?；姵貎δ芟到y(tǒng)動態(tài)模型中，可忽略各儲能單元的慣性時間常數(shù)TBESi，近似認為

儲能單元SOC與充放電功率的關系（式(3)）可用一階動態(tài)方程表示，即對式(3)求導可得

為動態(tài)調整各組儲能單元功率輸出，在每組儲能單元的功率參考信號前插入理想積分器(1/s)，則儲能單元的充放電功率與積分器輸入信號的動態(tài)響應關系可表示為

式中：uBESi(t)表示積分器的輸入信號。定義新變量SBESi(t)=–3 600EmaxSsoc,i(t)，每組儲能單元的動態(tài)特性可用二階積分模型表示：

每一組儲能單元的動態(tài)用式(9)描述，由多組儲能單元構成的規(guī)模化儲能系統(tǒng)可視作由多個二階積分動態(tài)構成的多智能體系統(tǒng)。這樣，可采用多智能體系統(tǒng)理論中的分布式協(xié)同控制算法實現(xiàn)多組電池儲能單元的SOC一致收斂。

2.2.2 儲能系統(tǒng)分布式協(xié)同控制算法

在多智能體系統(tǒng)理論中，各智能體之間的通信網絡通常用圖G={V,E,A}表示。其中：V={v1,v2,…,vn}表示n個節(jié)點的集合；E=V×V表示邊的集合，即通信鏈路的集合；A=[aij]∈Rn×n是用來描述節(jié)點與邊關系的鄰接矩陣，aij為邊的權重。在無向圖中，(vj,vi)=(vi,vj)，aij＞0表示節(jié)點i和節(jié)點j可以相互傳遞信息，aij=0表示節(jié)點i和節(jié)點j之間無通信連接[15]。

為使規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)跟蹤區(qū)域控制中心下發(fā)的調頻指令，本文在儲能電站EMS層設計1個編號為0的二階領導智能體，其模型結構如圖3所示，用于實時監(jiān)控和更新儲能電站整體的參考功率跟蹤狀況和SOC水平，其動態(tài)模型如下：

圖3 儲能站領導智能體模型結構Fig.3 The model structure of leader agent at BES station

式中：PBES,ref(t)表示t時刻區(qū)域控制中心下發(fā)給儲能電站的二次調頻參考功率，PBES(t)表示t時刻儲能電站并網點處的實測功率，K0為正增益系數(shù)。

由式(10)可以看出，領導智能體將根據(jù)功率跟蹤偏差實時調整PBES0(t)和SBES0(t)，并下發(fā)給站內各組儲能單元執(zhí)行。

由儲能站EMS層的領導智能體和各組儲能單元的追隨智能體構成的領導追隨（leader-following）多智能體系統(tǒng)，實現(xiàn)Si(t)=S0(t)和PBESi(t)=PBES0(t)一致收斂的分布式協(xié)同控制算法如下[16]：

式中：aij表示通信鄰接矩陣A的元素，這里取aij=1表示第i和第j個智能體存在通信連接，aij=0表示彼此之間無通信；sgn(·)表示符號函數(shù)；λ1、λ2、λ3是正增益常數(shù)。

分布式協(xié)同控制算法（式(11)）對于通信拓撲的要求是，儲能站EMS層的信息至少可以通過1條通信路徑到達任意一組儲能單元，即通信拓撲是連通的。例如：由儲能站EMS層領導智能體（編號0）和4個儲能單元追隨智能體（編號1—4）構成的多智能體系統(tǒng)，其不同的通信拓撲及其相應的鄰接矩陣如圖4所示。

圖4 多智能體系統(tǒng)的通信拓撲及其鄰接矩陣Fig.4 The communication topology of the multi-agent system and its adjacency matrix

圖4 中單向箭頭表示儲能站EMS層的領導智能體向站內的某些儲能單元下發(fā)信息SBES0和PBES0，雙向箭頭表示相鄰儲能單元之間相互傳遞自身的信息SBESi和PBESi。圖4a)鏈式通信拓撲和圖4b)網狀通信拓撲均滿足連通性要求，而圖4c)由于存在信息孤島不滿足連通性要求。需要說明的是，不同的通信拓撲結構，算法收斂速度不同。一般通信拓撲越緊密，算法的收斂速度越快，但通信成本會相應增加。因此，在實際應用時，還須在算法收斂速度和通信成本之間加以權衡。分布式協(xié)同控制算法（式(11)）除要求通信拓撲保持連通性外，各正增益常數(shù)λ1、λ2、λ3還需滿足一定條件。關于分布式協(xié)同控制算法實現(xiàn)一致性跟蹤的充要條件可參考文獻[15-18]，此處不再贅述。綜上所述，規(guī)?；姵貎δ軈⑴c二次調頻控制策略的具體實現(xiàn)步驟為：

1）區(qū)域控制中心量測系統(tǒng)頻率偏差Δf和連聯(lián)絡線控制偏差ΔPtie，計算出區(qū)域控制偏差δACE，并利用PI控制器整定出區(qū)域調頻功率需求ΔPR；

2）區(qū)域控制中心根據(jù)|ΔPR|的大小來判斷系統(tǒng)當前所處的調節(jié)區(qū)間（緊急調節(jié)區(qū)、正常調節(jié)區(qū)和調節(jié)死區(qū)）；

3）結合儲能站的SOC，若系統(tǒng)處在緊急調節(jié)區(qū)內，采用功率分配策略（式(4)）；若在正常調節(jié)區(qū)，采用功率分配策略（式(5)）；若在調節(jié)死區(qū)，則采用功率分配策略（式(6)）；

6）儲能站內各組電池儲能單元量測自身狀態(tài)信息（SBESi和PBESi），并將這2個信號發(fā)送給與之相鄰的儲能單元；

7）每組儲能單元利用分布式協(xié)同控制算法（式(11)）進行充放電控制，最終通過n組儲能單元協(xié)同實現(xiàn)儲能站功率跟蹤目標，即PBES=PBES,ref，以及SOC一致性收斂目標，即SSOC1=SSOC2=…=SSOCn。

3 算例仿真試驗

3.1 仿真系統(tǒng)及控制策略參數(shù)

利用軟件MATLAB/Simulink搭建本文提出的考慮規(guī)模化電池儲能SOC一致性的二次調頻分層控制系統(tǒng)模型，并采用如圖2所示的兩區(qū)域互聯(lián)電網模型進行模擬仿真實驗，系統(tǒng)基準容量為1 000 MW，兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)參數(shù)見表1。在區(qū)域1和區(qū)域2中，傳統(tǒng)機組的二次調頻容量均為100 MW（0.1 pu）。區(qū)域1和區(qū)域2基于ARR的調節(jié)分區(qū)情況為：|ΔPR|≤0.005 pu設置為調節(jié)死區(qū)，0.005 pu≤|ΔPR|≤0.08 pu設置為正常調節(jié)區(qū)，0.08 pu＜|ΔPR|設置為緊急調節(jié)區(qū)。

表1 兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)參數(shù)Tab.1 Parameters of two-area interconnected power system

區(qū)域1的儲能站（編號0）與12組儲能單元間的通信拓撲以及仿真模型框圖如圖5所示。每組儲能單元的最大充放電功率為2 MW，最大存儲電量為2.5 MW·h，因此儲能站整體的最大充放電功率為12×2 MW=24 MW，最大存儲電量為12×2.5 MW·h= 30 MW·h。儲能功率調節(jié)時間常數(shù)TBES=0.01 s，儲能SOC正常工作區(qū)間設定為（0.3,0.7）。二次調頻控制系統(tǒng)參數(shù)設定為：區(qū)域1和區(qū)域2的PI控制器參數(shù)為kp=0.16、ki=0.48，儲能站領導智能體積分系數(shù)K0=0.15，分布式協(xié)同控制算法參數(shù)為λ1=5、λ2=10、λ3=1。

圖5 含電池儲能站的區(qū)域1仿真模型框圖Fig.5 Simulation model diagram of Area 1 with BES station

3.2 系統(tǒng)仿真結果分析

3.2.1 小負荷擾動工況

區(qū)域1內設定小負荷擾動曲線如圖6所示。假設第1~12組儲能單元的初始SOC依次為51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%。系統(tǒng)仿真結果如圖7所示。

圖6 區(qū)域1內小負荷擾動曲線Fig.6 The mall load disturbance curve in Area 1

由圖7可以看出：發(fā)生小負荷擾動時，系統(tǒng)頻率偏差、ACE在1 min內恢復至0，可滿足聯(lián)絡線和頻率偏差控制（tie-line and frequency bias control，TBC）模式的性能要求；儲能站實際出力可準確、快速地跟蹤二次調頻功率指令。需要的說明是，在初始階段（0～5 min）存在的跟蹤誤差主要是在調節(jié)各儲能單元的SOC過程中產生的，如果各儲能單元的初始SOC相同，則不會產生上述功率跟蹤誤差。根據(jù)圖7中各儲能單元SOC響應曲線可知，經過5 min左右調節(jié)時間，各儲能單元的SOC一致收斂。并且，在60 min調節(jié)時間內，本文的二次調頻功率分配策略保證了儲能站SOC維持在正常運行范圍，提高了儲能站持續(xù)參與二次調頻的能力。

圖7 小負荷擾動工況下系統(tǒng)動態(tài)響應曲線Fig.7 Dynamic response curves of the system under small load disturbance

3.2.2 大負荷擾動工況

設定大負荷擾動曲線如圖8所示。正、反向最大負荷擾動分別達到0.12、–0.12 pu。假設第1~12組儲能單元的初始SOC依次為20%、22%、24%、26%、

圖8 大負荷擾動曲線Fig.8 The large load disturbance curve

28%、30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%。實驗測試中，將本文二次調頻策略與不考慮儲能SOC的情況進行對比分析。不考慮儲能SOC的二次調頻策略為：在區(qū)域控制中心層，根據(jù)儲能站和傳統(tǒng)機組容量大小按比例分配二次調頻功率需求；在儲能站層，將二次調頻任務平均分配給12組儲能單元。

大負荷擾動工況下，系統(tǒng)仿真結果如圖9所示。由圖9a)可以看出，在大負荷擾動（–0.12 pu）發(fā)生時刻（t=30 min），瞬時最大頻率偏差達到0.25 Hz，區(qū)域控制偏差達到0.17 pu，在本文控制策略作用下，經過1 min左右，頻率偏差和區(qū)域控制偏差恢復至0；從儲能站出力曲線來看，儲能實際功率輸出能夠快速準確跟蹤區(qū)域控制中心下發(fā)的二次調頻功率指令；在正向大負荷擾動發(fā)生時段（20~30 min）和反向大負荷擾動發(fā)生時段（40~50min），儲能站功率按最大容量輸出給予電網頻率支撐；由各組儲能單元SOC曲線可以看出，經過10 min左右，各儲能單元的SOC趨于一致。

對比圖9a)和圖9b)可知：

圖9 大負荷擾動工況下系統(tǒng)動態(tài)響應Fig.9 Dynamic response curves of the system under large load disturbance

1）從儲能站SOC響應曲線看，不考慮儲能SOC的控制策略在大擾動發(fā)生后持續(xù)放電，在25~30 min，1、2、3號儲能單元由于深度放電限制（低于5%）而停止放電。相比之下，本文策略不僅使儲能站內各組儲能單元一致收斂，而且更好地維持了各儲能單元的SOC。

2）從儲能站出力響應曲線看，不考慮儲能SOC的控制策略在25~30 min期間，由于1、2、3號儲能單元相繼停止放電，使得儲能站功率出現(xiàn)了最大0.006 pu的功率跟蹤誤差。而本文策略能夠自主恢復儲能單元的SOC，實現(xiàn)了準確的功率跟蹤目標。

3）從系統(tǒng)頻率偏差和區(qū)域控制偏差的響應曲線看，2種二次調頻策略性能相近，這主要是因為仿真測試系統(tǒng)中負荷擾動沒有超過總的調頻容量，不考慮儲能SOC的控制策略出現(xiàn)的0.006 pu功率跟蹤誤差最終由傳統(tǒng)機組來彌補。如果傳統(tǒng)調頻機組已無調頻容量，那么儲能站的調頻功率跟蹤誤差勢必引起系統(tǒng)頻率偏差和區(qū)域控制偏差。

從總體上來看，本文的二次調頻策略能夠保證儲能站內各組儲能單元SOC運行在較好的水平，有效防止儲能單元SOC越限而停止運行，最大化利用儲能站的調頻容量以支撐系統(tǒng)的頻率恢復。

4 結 論

1）本文控制策略可使系統(tǒng)頻率偏差、區(qū)域控制偏差在大擾動（最大負荷擾動達到0.12 pu）情況下在1 min內調整至0，儲能電站總功率在4 min內實現(xiàn)無差跟蹤，儲能站內12組儲能單元的SOC（最大相差24%）在10 min內達到一致收斂。該策略達到了二次調頻目標，保證了儲能電站SOC在設定的運行區(qū)間，從而提高了儲能電站持續(xù)參與二次調頻的能力。另外，利用分布式協(xié)同控制算法實現(xiàn)了儲能站內各組儲能單元SOC一致收斂，不僅有利于電池儲能系統(tǒng)高效健康運行，還有助于評估計算儲能站整體的電量水平。

2）本文策略主要適用于由相同電池類型構成的集中式規(guī)模化電池儲能參與電力系統(tǒng)二次調頻場景，對于由大量分布式電池儲能（電池儲能參數(shù)不同、安裝地域分散）聚合而成的規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)，其參與電力系統(tǒng)調頻的相關策略還有待深入研究。