光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)調(diào)頻控制方法研究

趙斌

摘 要：大力發(fā)展綠色能源是國(guó)家戰(zhàn)略的發(fā)展需求，但光伏并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)存在明顯的沖擊性。為了平衡大批量光伏并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響，研究了光儲(chǔ)一體的微網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)作用，并分析了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上推理了電池SOC的狀態(tài)模型，并結(jié)合傳統(tǒng)下垂控制方法，對(duì)電池充放電進(jìn)行了約束，以提升電池性能并降低對(duì)系統(tǒng)頻率的沖擊性。仿真結(jié)果表明，光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)后，采用該方法可以降低對(duì)電網(wǎng)頻率的影響。

關(guān)鍵詞：光儲(chǔ)微網(wǎng);電池;調(diào)頻;下垂控制

0??? 引言

綠色能源是我國(guó)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的主力軍，大力發(fā)展綠色能源能有效降低碳排放[1]。但鑒于新能源的固有特性，其被稱為“垃圾電”的問(wèn)題暫時(shí)還沒(méi)有良好的解決方案，因此若大量新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)當(dāng)前的穩(wěn)定性會(huì)造成很大的沖擊[2]，主要體現(xiàn)在電壓和頻率擾動(dòng)、潮流方向等方面，在一定程度上影響了電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行，尤其是頻率擾動(dòng)，其存在較強(qiáng)的無(wú)序性，將增加調(diào)頻計(jì)算的復(fù)雜度[3]。而傳統(tǒng)電源由于運(yùn)行出力的穩(wěn)定性較高，所以調(diào)節(jié)方法較為固定，但卻不適用于光伏、儲(chǔ)能這類分布式能源[4]。因此，有必要針對(duì)分布式能源的并網(wǎng)調(diào)頻問(wèn)題進(jìn)行研究。

1??? 光伏電源對(duì)電網(wǎng)頻率的影響分析

對(duì)于小型光伏電站而言，在天氣較為穩(wěn)定時(shí)所存在的小幅度功率波動(dòng)能夠被電網(wǎng)自身的裕度消納，不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。但是大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)存在更加難以預(yù)測(cè)的不確定性，可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率失穩(wěn)[5]。

光伏系統(tǒng)實(shí)際出力和理想出力曲線的對(duì)比示意如圖1所示。從圖中可以看出，實(shí)際出力由于受到云層等因素影響，會(huì)存在明顯的波動(dòng)性，而理想的曲線應(yīng)該是按照最大出力構(gòu)成的一條光滑曲線。

光伏系統(tǒng)發(fā)電功率對(duì)電網(wǎng)頻率的擾動(dòng)如下：

Δf=???????????????????? （1）

其中，Δf為對(duì)電網(wǎng)頻率的擾動(dòng)程度，ΔPpvi為光伏功率波動(dòng)，由此可知功率波動(dòng)與頻率波動(dòng)正相關(guān)。

2??? 電池儲(chǔ)能調(diào)頻原理及模型

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有毫秒級(jí)響應(yīng)速度，能夠?qū)崿F(xiàn)快速精確而穩(wěn)定的功率輸出，且具備充放電雙向調(diào)節(jié)能力。電池儲(chǔ)能的特性很好地彌補(bǔ)了因自然波動(dòng)導(dǎo)致的分布式電源引起的頻率擾動(dòng)問(wèn)題。

為了避免小擾動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響引起誤動(dòng)，通常將調(diào)頻死區(qū)設(shè)置為-0.033～+0.033 Hz，死區(qū)范圍內(nèi)的擾動(dòng)不進(jìn)行調(diào)頻，其動(dòng)作示意圖如圖2所示。當(dāng)頻率上升超過(guò)死區(qū)進(jìn)入C區(qū)域后，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為負(fù)荷吸收有功功率;當(dāng)頻率下降超過(guò)死區(qū)進(jìn)入B區(qū)域后，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)電源輸出有功功率。以此實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用。

實(shí)際應(yīng)用中的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D3所示，包括了本體和功率轉(zhuǎn)換裝置。對(duì)于該系統(tǒng)進(jìn)行建模主要有4種方法，分別是一階慣性系統(tǒng)模型、戴維寧等效電路模型以及這兩種模型的兩個(gè)變體。

不論選取何種模型，都需要對(duì)儲(chǔ)能電池實(shí)時(shí)SOC狀態(tài)量進(jìn)行計(jì)算，設(shè)其為S，其初始值為Sref，則i時(shí)刻的計(jì)算公式為：

Si=Sref+???????????????????????????? （2）

其中ΔT、Pb、Ert分別為儲(chǔ)能間隔、當(dāng)前功率和額定容量，且存在以下約束關(guān)系：

max Si≤SH，

min Si≥SL????????????????? （3）

式中：SH、SL分別為儲(chǔ)能電池SOC上下限。

3??? 光儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)頻策略及仿真研究

對(duì)儲(chǔ)能電池充放電控制參與調(diào)頻常用方法為下垂控制，該方法未考慮SOC狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)的影響，在大電站小儲(chǔ)能配置中存在較為明顯的缺陷。因此，本文將SOC狀態(tài)作為控制變量引入下垂控制方法中，以彌補(bǔ)差異化場(chǎng)景下的應(yīng)用缺陷。算法中將SOC狀態(tài)分為下限、較低、較高、上限4個(gè)區(qū)間，分別定義為SL、Sl、Sh、SH。在不同的狀態(tài)區(qū)間范圍內(nèi)對(duì)儲(chǔ)能電池功率調(diào)節(jié)系數(shù)Kb賦以不同的取值。具體取值邏輯如下：