储能电池参与电力系统二次调频控制策略研究

储能电池参与电力系统二次调频控制策略研究随着风力和光伏发电等新能源发电大规模并网,其弱惯性、波动性和不确定性对电网安全与稳定运行带来了一系列影响,常规调频机组爬坡速率低、响应速度慢等固有缺陷已经难以满足电网的调频需求,引入更加优质的调频资源来提高电网调频能力具有迫切的现实工程意义。近年来,以电化学电池为代表的储能电池技术迅速发展,其在电力系统中的规模化应用正在快速增加。由于电池储能电源快速响应、精确跟踪的特性,配合常规调频机组参与电网调频可以有效改善系统调频效果。

本文在系统地总结储能电池参与电网二次调频研究现状、明确其存在的主要问题的基础上,围绕储能电池辅助常规火电机组参与电网二次调频,在控制方式、仿真模型、出力设计、控制策略四个方面展开研究。从电力系统频率调整的原理出发,阐述了电力系统负荷及常规电源的频率特性;基于常规机组二次调频过程的分析,对储能电池参与电网二次调频的控制方式进行选择与论证,构建了储能电池参与电力系统二次调频的控制框图。分析了当前常用的储能电池仿真模型及其特点、电网二次调频的功率需求特点和储能电池参与二次调频的出力特征,论述了适用于二次调频的仿真模型要求及常用电池储能电源模型存在的主要问题;在剖析电池储能电源的内部结构组成及其参与二次调频的内在协调响应过程的基础上,提出了满足电网调频要求的电池储能电源等效仿真模型,进而构建了含电池储能电源的两区域互联电网频率响应模型。

为了解决电网调频需求和储能电池恢复需求之间的协调配合问题,实现储能电池和常规机组的优势互补,在研究电网区域控制偏差(area control error,ACE)与调频剩余容量关系的基础上,将储能电池运行状态划分为自恢复工况、调频工

况和综合工况三种典型工作模式;利用Logistic回归函数的特性,提出了一种电池储能电源辅助火电机组参与二次调频的综合控制策略,实现了储能电池调频出力自适应调整和电池自恢复需求的有机统一,即提高了储能电池容量利用率,又能够有效改善调频效果。在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,分别就短时阶跃扰动和长时连续扰动2种负荷变化场景,对电池储能电源辅助常规火电机组参与电网二次调频进行仿真实验,检验了本文所提出的仿真模型和控制策略的正确性与有效性。