利用储能消弭新能源并网风险的调频方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011181820.7 (22)申请日 2020.10.29 (71)申请人 国网甘肃省电力公司电力科学研究 院 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区万新北 路249号 申请人 大连理工大学 国网甘肃省电力公司 (72)发明人 马明高玲玉冉亮袁铁江 吕清泉赵龙周强沈渭程 张健美高鹏飞张睿骁张彦琪 朱宏毅张珍珍 (74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 11251 代理人 关玲 (51)Int.Cl. H02J 3/46(2006.01) H02J 3/24(。

2、2006.01) H02J 3/32(2006.01) H02J 3/38(2006.01) (54)发明名称 利用储能消弭新能源并网风险的调频方法 (57)摘要 一种利用储能消弭新能源并网风险的调频 方法， 当区域电力系统的电网频率发生变化时， 包括通信通道、 远程终端单元和数据采集与监控 装置的自动发电控制AGC控制系统采集实时数 据， 计算得到需要调节的功率， 将应调节的功率 作为二次调频功率指令下发给火电机组和储能 系统等调频资源。 火电机组接收到二次调频指令 后， 控制火电机组的出力跟踪调度指令， 储能系 统实时监测火电机组的功率。 当储能系统收到二 次调频指令后， 根据风电计划出力。

3、与风电实际出 力的差值引起的功率偏差， 计算出储能系统的出 力， 然后快速响应。 随着火电机组出力对二次调 频指令的响应， 储能系统逐渐完成二次调频响应 并退出， 完成二次调频的一次响应过程。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 112260324 A 2021.01.22 CN 112260324 A 1.一种利用储能消弭新能源并网风险的调频方法， 储能系统安装于风力发电机侧， 储 能系统与火电机组共同作为自动发电控制(AGC)控制系统的二次调频机组， 其特征在于， 所 述的调频方法步骤如下： 1)根据风电场预测得到次日每隔15min的96点随时间变化的风电出力曲线； 2)根据风电场。

4、申报给调度中心的风电机组出力值， 由调度中心向风储联合调频系统下 发次日风电计划出力曲线； 3)调度中心下发电力系统实时频率偏差， 储能系统优先调节前日预测与当日实时的风 电功率偏差， 火电机组作为响应二次调频中的其他功率偏差的补偿调频机组。 2.根据权利要求1所述的利用储能消弭新能源并网风险的调频方法， 其特征在于， 所述 步骤3中， 当区域电力系统的电网频率发生变化时， 包括通信通道、 远程终端单元和数据采 集与监控装置的自动发电控制(AGC)控制系统采集实时数据， 形成区域控制误差ACE， 将计 算得到的应调节功率作为二次调频指令下发给火电机组和储能系统等调频资源； 火电机组 接收到二次。

5、调频指令后控制火电机组的出力跟踪调度指令， 储能系统实时监测火电机组的 功率； 当储能系统收到二次调频指令后， 根据风电计划出力与风电实际出力的差值引起的 功率偏差， 计算出储能系统的出力， 然后快速响应； 随着火电机组出力对二次调频指令的响 应， 储能系统逐渐完成二次调频响应并退出， 完成二次调频的一次响应过程。 3.根据权利要求2所述的利用储能消弭新能源并网风险的调频方法， 其特征在于， 所述 的储能系统收到二次调频功率指令， 根据风电计划出力与风电实际出力的差值引起的功率 偏差， 计算储能系统的出力， 然后快速响应的过程如下： 1)分配二次调频功率指令 设调频机组动作期间t内， 风电机组。

6、调度计划出力PWD， 实际出力值PWP， 风电机组运行 风险功率为Pw， 储能系统的出力值为PB， 二次调频功率指令为PA， 火电机组的出力指 令功率为PG： PWPWD-PWP (1) PAPB+PG (2) 风电机组运行风险功率PW0， 风电计划出力大于实际出力， 储能系统放电； 反之， 储 能系统充电； 2)不同情况下功率分配具体如下： 下述式中， EBESS为储能系统总能量， 为储能系统的运行效率， PB， max为储能最大允许 增加功率， SOC(0)为初始时刻的储能系统的SOC值， SOCmin、 SOCmax分别为储能系统的SOC最小 值、 最大值， PB， max为储能最大允许。

7、增加功率； 当风电机组运行风险功率Pw0时： (1)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin， 二次调频功率指令中的风电机组运 行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系 统放电t秒后， 储能系统的SOC值不低于储能系统SOC最小值SOCmin， 此时， 储能系统按风电 并网风险功率指令放电， PBPW， PGPA-Pw； (2)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin， 二次调频功率指令中的风电机组运 行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系 统放电t秒后， 储能。

8、系统的SOC值低于储能系统SOC最小值SOCmin， 则风电风险功率由储能 权利要求书 1/2 页 2 CN 112260324 A 2 和火电机组同时响应， PGPA-PB； (3)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin， 二次调频功率指令中的风电机组运 行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系统 放电t秒后， 储能系统的SOC值不低于储能系统SOC最小值SOCmin， 则此时风电风险功率由 储能和火电机组同时响应， 储能按照最大允许增加功率放电， PBPB， max， PGPA-PB； (4)当PwPB， max， 且SOC。

9、(0)-PwtSOCmin， 二次调频功率指令中的风电机组运 行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系统 放电t秒后， 储能系统的SOC值低于储能系统SOC最小值， 则此时风电风险功率由储能和火 电机组同时响应， PGPA-PB； 当风电机组运行风险功率Pw0时： (1)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax， 二次调频功率指令中的风电机组 运行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能 系统充电t秒后， 储能系统的SOC值不高于储能系统SOC最大值SOCmax， 此时， 储能系统按。

10、风 电并网风险功率的大小放电， PBPW， PGPA-|Pw|； (2)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax， 二次调频功率指令中的风电机组 运行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能 系统充电t秒后， 储能系统的SOC值高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则风电风险功率由储 能和火电机组同时响应， PGPA-PB； (3)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax， 二次调频功率指令中的风电机组 运行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系 统充电t秒后。

11、， 储能系统的SOC值不高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则此时风电风险功率 由储能和火电机组同时响应， 储能按照最大允许增加功率放电， PB-PB， max， PGPA-PB； (4)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax， 二次调频功率指令中的风电机组 运行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储能系 统充电t秒后， 储能系统的SOC值高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则此时风电风险功率由 储能和火电机组同时响应， PGPA-PB。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112260324 A 3 利用储能消弭新能源并。

12、网风险的调频方法 技术领域 0001 本发明涉及一种含储能的电力系统调频方法。 背景技术 0002 电网的频率是由发电功率与用电负荷大小决定的， 当发电功率与用电负荷大小相 等时， 电网频率稳定； 发电功率大于用电负荷时， 电网频率升高； 发电功率小于用电负荷时， 电网频率降低。 电网的频率调整通过调整发电机组的出力进行， 其中自动发电控制(AGC)系 统是维持系统的频率稳定、 保证电能质量的重要工具之一。 随着可再生能源技术进步和产 业快速发展， 我国可再生能源进入全面、 快速、 规模化发展阶段。 中国的新能源发展已经走 在了世界前列， 截至2016年年底， 风电、 太阳能发电装机规模均居世。

13、界第一。 风电等可再生 能源发电的一个主要特点是具言不确定性， 输出功率会随机的发生大范围波动。 当风电机 组接入系统后， 在制定发电计划时， 如果只考虑负荷波动而没有考虑风电的出力波动， 那么 当风电出力波动和负荷波动叠加时， 会出现以下两种情况： 1)负荷波动与风电出力波动方 向一致， 风电波动可以抵消部分负荷波动； 2)负荷波动与风电出力波动方向相反， 加剧了系 统中的功率不平衡情况， 增加了调频机组的调节功率， 在调节过程中很可能会出现调节容 量不足的情况， 导致系统频率偏离。 0003 国内外学者对新能源接入电力系统后的调频进行了诸多研究。 例如， 为改善新能 源出力的波动增加常规机。

14、组的备用容量， 会增加电厂一定的经济压力； 利用风电机组的不 同状态进行风电主动调频； 利用风储联合系统平滑风电出力等等， 但都未能从根本上解决 新能源消纳困难的问题。 发明内容 0004 为了改善风电的并网特性、 促进风电消纳， 本发明提出一种利用储能消弭新能源 并网风险的调频方法。 本发明通过调动储能参与， 构建风储联合发电系统进行电力系统调 频。 储能系统与风电场联合运行， 不但可以有效减小风电场的弃风量， 还可参与电网的辅助 调频服务， 具有一定的经济性。 在风电接入的背景下， 传统调频机组不足以满足调频需求， 而储能系统具有快速的响应能力和高效的能量转换效率， 能够弥补传统调频机组的。

15、不足， 因此可以将储能系统作为性能更优的电源， 应用于电力系统调频中。 本发明通过储能和火 电机组平抑新能源预测出力和实际出力的偏差， 可以从根本上解决新能源消纳困难的问 题。 0005 本发明风储联合发电系统的储能系统安装于风力发电机侧， 使储能系统与火电机 组共同作为自动发电控制(AGC)控制系统的二次调频机组。 0006 本发明采用电源侧储能参与电力系统二次调频。 当区域电力系统的电网频率发生 变化时， 包括通信通道、 远程终端单元和数据采集与监控装置的自动发电控制(AGC)系统采 集实时数据， 形成区域控制误差ACE， 将计算得到的应调节功率作为二次调频功率指令下发 给火电机组和储能系。

16、统等调频资源。 火电机组接收到二次调频指令后， 控制火电机组的出 说明书 1/4 页 4 CN 112260324 A 4 力跟踪调度指令， 储能系统实时监测火电机组的功率。 当储能系统收到二次调频指令后， 根 据风电计划出力与风电实际出力的差值引起的功率偏差， 该功率偏差记作风电机组运行风 险功率， 随后计算出储能系统的出力， 然后快速响应。 随着火电机组出力对二次调频指令的 响应， 储能系统逐渐完成二次调频响应并退出， 完成二次调频的一次响应过程。 0007 利用储能消弭新能源并网风险的调频方法步骤具体如下： 0008 1)根据风电场预测得到次日每隔15min的96点随时间变化的风电出力曲。

17、线； 0009 2)根据风电场申报给调度中心的风电机组出力值， 由调度中心向风储联合调频系 统下发次日风电计划出力曲线； 0010 3)调度中心下发电力系统实时频率偏差， 储能系统优先调节前日预测与当日实时 的风电功率偏差， 火电机组作为响应二次调频中的其他功率偏差的补偿调频机组。 0011 设调频机组动作期间t内， 风电机组调度计划出力PWD， 实际出力值PWP， 风电机组 运行风险功率为Pw， 储能系统的出力值为PB,二次调频功率指令为PA， 火电机组的出 力指令功率为PG。 0012 PWPWD-PWP (1) 0013 PAPB+PG (2) 0014 风电机组运行风险功率PW0， 风。

18、电计划出力大于实际出力， 储能系统放电； 反 之， 储能系统充电。 0015 不同情况下功率分配具体如下： 0016 下述式中， EBESS为储能系统总能量， 为储能系统的运行效率， SOC(0)为初始时刻 的储能系统的SOC值， SOCmin、 SOCmax分别为储能系统的SOC最小值、 最大值， PB， max为储能最 大允许增加功率； 0017 当风电机组运行风险功率Pw0时： 0018 (1)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin,二次调频功率指令中的风电 机组运行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率 储能系统放电t秒后，。

19、 储能系统的SOC值不低于储能系统SOC最小值SOCmin， 此时， 储能系统 按风电并网风险功率指令放电， 0019 PBPW， PGPA-Pw； 0020 (2)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin,二次调频功率指令中的风电 机组运行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率 储能系统放电t秒后， 储能系统的SOC值低于储能系统SOC最小值SOCmin， 则风电风险功率 由储能和火电机组同时响应， 0021 0022 (3)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin,二次调频功率指令中的风电 机组运行风险功率大于储。

20、能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储 能系统放电t秒后， 储能系统的SOC值不低于储能系统SOC最小值SOCmin， 则此时风电风险 功率由储能和火电机组同时响应， 储能按照最大允许增加功率放电， PBPB， max， PG PA-PB； 0023 (4)当PwPB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmin,二次调频功率指令中的风电 说明书 2/4 页 5 CN 112260324 A 5 机组运行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率储 能系统放电t秒后， 储能系统的SOC值低于储能系统SOC最小值SOCmin， 则。

21、此时风电风险功 率由储能和火电机组同时响应， 0024 0025 当风电机组运行风险功率Pw0时： 0026 (1)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax,二次调频功率指令中的风 电机组运行风险功率不大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功 率储能系统充电t秒后， 储能系统的SOC值不高于储能系统SOC最大值SOCmax， 此时， 储能系 统按风电并网风险功率的大小放电， 0027 PBPW， PGPA-|Pw|； 0028 (2)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax,二次调频功率指令中的风 电机组运行风险功率不大于。

22、储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功 率储能系统充电t秒后， 储能系统的SOC值高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则风电风险功 率由储能和火电机组同时响应， 0029 0030 (3)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax,二次调频功率指令中的风 电机组运行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率 储能系统充电t秒后， 储能系统的SOC值不高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则此时风电风 险功率由储能和火电机组同时响应， 储能按照最大允许增加功率放电， 0031 PB-PB， max， PGPA。

23、-PB； 0032 (4)当|Pw|PB， max， 且SOC(0)-PwtSOCmax,二次调频功率指令中的风 电机组运行风险功率大于储能最大允许增加功率PB， max， 并且按照风电机组运行风险功率 储能系统充电t秒后， 储能系统的SOC值高于储能系统SOC最大值SOCmax， 则此时风电风险 功率由储能和火电机组同时响应， 0033 附图说明 0034 图1二次调频控制结构图； 0035 图2储能放电控制流程图； 0036 图3储能充电控制流程图。 具体实施方式 0037 如图1所示， 本发明采用电源侧储能参与电力系统二次调频， 区域电力系统的电网 频率发生变化时， 包括通信通道、 远程。

24、终端单元和数据采集与监控装置的AGC控制系统采集 实时数据， 形成区域控制误差ACE， 将计算得到的应调节功率作为二次调频指令下发给火电 机组和储能系统等调频资源。 火电机组接收到二次调频指令后控制火电机组的出力跟踪调 度指令， 储能系统实时监测火电机组的功率。 当储能系统收到二次调频指令后， 根据风电计 说明书 3/4 页 6 CN 112260324 A 6 划出力与风电实际出力的差值引起的功率偏差， 计算出储能系统的出力， 然后快速响应。 随 着火电机组出力对二次调频指令的响应， 储能系统逐渐完成二次调频响应并退出， 完成二 次调频的一次响应过程。 0038 利用储能消弭新能源并网风险的。

25、调频方法步骤如下： 0039 1)根据风电场预测得到次日每隔15min的96点随时间变化的风电出力曲线； 0040 2)根据风电场申报给调度中心的风电机组出力值， 由调度中心向风储联合调频系 统下发次日风电计划出力曲线； 0041 3)调度中心下发电力系统实时频率偏差， 储能系统优先调节前日预测与当日实时 的风电功率偏差， 火电机组作为响应二次调频中的其他功率偏差的补偿调频机组。 0042 其中， 步骤3)所述功率分配原则中的储能放电过程发生在风电机组运行风险功率 Pw0时的情况下， 如图2所示； 储能充电控制流程发生在风电机组运行风险功率Pw0 时的情况下， 如图3所示。 说明书 4/4 页 7 CN 112260324 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 112260324 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 112260324 A 9 。