鉅大LARGE | 點擊量：774次 | 2022年09月24日
基于靈敏度分析的儲能電池參和二次調頻控制策略
作者針對儲能電池參與電網二次調頻，基于靈敏度分析，提出了一種綜合區域控制誤差（ACE）信號分配模式和傳統的區域控制需求（ARR）信號分配模式優點的控制策略。
首先，針對ACE和ARR信號分配模式，在復頻域中利用靈敏度原理分析含儲能電池參與二次調頻的區域電網頻率特性，據此提出確定儲能電池動作時機及調節模式的方法；計及時域中儲能電池的能量限制和傳統電源的爬坡速率限制，依據動態調頻容量指標，提出確定儲能電池動作深度的方法；最后形成考慮動作時機與深度的儲能電池控制策略，并給出相應的實現流程。
結合實際電網的階躍擾動工況進行仿真證明，結果表明該策略不僅能較大程度地改善電網調頻以及儲能電池運行的性能，而且充分利用各調頻電源的技術優勢。
間歇式電源出力具有波動性和不確定性，且絕大多數間歇式電源不具備慣性，其大規模并網后會使電網慣性減小，進而給電網調頻帶來壓力。傳統電源的調頻容量已經難以滿足電網調頻需求，該問題已成為電網接納間歇式能源的制約因素之一[1,2]。
近年來，儲能電池參與電網調頻受到業界廣泛關注，發揮儲能電池的廣域調控效能、構建有效的儲能電池調頻服務市場機制，是儲能電池規模應用所面對的重要挑戰[3]。儲能電池二次調頻效果優于火電機組，引入儲能輔助火電機組調頻，可顯著減少火電機組的動作次數，穩定出力并改善機組燃煤效率，緩解由于頻繁調節造成的機組設備疲勞和磨損，并滿足電網對調頻機組的考核指標[4]。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
二次調頻中，區域控制誤差（AreaControlError,ACE）信號通過傳統的PI控制器轉換后，就形成區域控制需求（AreaRegulationRequirement,ARR）信號[5,6]。儲能電池通過承擔部分調頻信號以參與二次調頻，含義其參與因子（ParticipationFactor,PF）為?。
基于ACE信號和ARR信號的分配模式，即將這兩種信號按比例分配給各調頻電源。對集中式儲能，調頻信號分配方式重要為按時/頻域分配和按動態比例分配。前者分析ACE信號在時/頻域內的特點，由儲能承擔短時分量（高頻分量），由傳統調頻電源承擔長時分量（低頻分量）[7-10]。后者依托區域電網調頻動態模型，文獻[11]將ARR信號劃分為正常調節區、警戒區和緊急區，依不同的優先級，將其分配給儲能電池、V2G和傳統調頻電源。
文獻[12]基于可表征儲能電池動態調頻容量（DynamicAvailableAGC,DAA）評估指標，比較依ACE信號和依ARR信號的兩種動態分配方式的短時間和中長期調頻效果。綜合可知，基于ACE信號的獨立分配策略效果更佳，此時儲能電池無需經過傳統的低通濾波環節，但需新增獨立的控制器。
由以上分析可知，已有研究集中于對ACE信號的分析及考慮區域電網調頻動態模型的ARR信號分配，且按時/頻域分配的方法在儲能電池層面未考慮荷電狀態管理，在電網層面也未充分利用儲能電池優勢，而按動態比例分配的方法未從機理層面深入探討儲能電池該如何參與，導致無法充分利用儲能電池容量及其快速響應和無爬坡速率限制等技術優勢。
面向二次調頻，基于所提的ACE信號分配模式和傳統的ARR信號分配模式，在復頻域中利用靈敏度原理分析了含儲能電池參與調頻的區域電網頻率特性，據此確定儲能電池的動作時機及調節模式。考慮儲能電池的能量限制和傳統電源的爬坡速率限制，依據動態調頻容量指標確定儲能電池的動作深度，進而形成了考慮儲能電池動作時機與深度的控制策略并進行仿真證明。
圖1儲能電池接受ACE分配的區域電網調頻動態模型
結論
1）根據電網頻率特性分析，本文提出的綜合區域控制誤差和區域控制需求的儲能電池調節模式能充分利用各信號分配模式的優勢，即前種分配模式可以改善暫態頻率偏差，后種分配模式可以改善穩態頻率偏差。并結合靈敏度原理，通過理論推導確定了儲能電池調頻初始投入時刻、調節模式切換時刻及結束時刻。這為儲能電池運行狀態的劃分供應了科學依據。
2）所提的儲能電池動作深度（參與因子）確定方法，區分了二次調頻過程中不同階段的特點，可充分發揮儲能電池的快速精確響應特性，并高效利用其有限的容量。
3）實際算例分析表明，所提控制策略合理有效，可同時改善儲能電池和傳統電源的運行性能，并提高調頻效果。
作者介紹：
湖南大學電氣與信息工程學院、國網湖南省電力公司長沙供電分公司、國網湖南省電力公司的研究人員李欣然、黃際元、陳遠揚、黎淑娟、歐陽璐璐
