风光储联合发电系统调频控制策略研究

第41卷第1期2013年1

月Vol．41No．1 Jan．2013

风光储联合发电系统调频控制策略研究

李鹏，黄越辉，许晓艳，刘德伟，马烁

（中国电力科学研究院，北京100192）

摘要：针对风光储联合发电系统的运行特点，基于分段调频控制的理念，提出了一种风光储联合发电系统参与电力系统二次调频的控制策略。该控制策略根据区域控制偏差ACE就调频控制的紧急程度进行划分，在不同控制区域使用不同的有功控制方式，实现对联合发电系统出力的精细化控制，最大程度利用风电及光伏发电，保障储能电池SOC运行在合理范围。仿真分析验证了所提调频控制策略的可行性、有效性及经济性。关键词：风光储联合发电系统；调频控制策略；充放电控制；有功功率

作者简介：李鹏（1985-），男，硕士，工程师，研究方向为新能源发电调度运行与控制技术。

中图分类号：TM761文献标志码：A文章编号：1001-9529（2013）01-0144-04

基金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAA07B03）；国家电网公司科技项目

Research of Frequency Control Strategy for Wind-PV-Storage Power Generation System

LI Peng，HUANG Yue-Hui，XU Xiao-Yan，LIU De-Wei，MA Shuo

（China Electric Power Research Institute，Beijing100192，China）

Abstract：This paper proposes a control strategy of the wind-PV-storage power generation system taking part in second control of power system based on partition frequency control considering operating characteristics of the wind-PV-stor-age power generation system．This control strategy distinguishes different emergency degree of frequency control ac-cording to area control error（ACE），utilizes different active power control mode in different control area，exerts de-tailed control on the joint generating system，reduces the limitation on wind power and solar power and guarantees the SOC operating within reasonable limits．Simulation analysis verifies the feasibility，effectiveness and economy of the proposed strategy．

Key words：wind-PV-storage power generation system；frequency control；strategy；charge and discharge control；ac-tive power

Foundation items：The National Key Technology R＆D Program of the Ministry of Science and Technology （2011BAA07B03）

目前，对于风电、光伏发电以及储能技术已有较多研究［1-7］，但就以上3个单元的联合运行控制技术的研究才刚刚起步。

储能技术能够改善风电及光伏发电等间歇式能源的出力特性，使得联合发电系统的出力具有较强的可控性，发挥近似于常规发电机组的调节作用。而关于风光储联合发电系统参与电力系统调频的控制技术鲜有研究。为此，本文在分析风光储联合发电系统运行特点的基础上，基于分段调频控制理论，提出联合发电系统调频控制策略。并以张北风光储示范电站参与华北电网调频控制为例进行仿真分析，验证了所提方法的可行性、有效性及经济性。1电力系统调频控制

电力系统频率是电能质量的三大标准之一，它反映了发电有功功率与负荷之间的平衡关系。我国电力系统频率的标准为50Hz，当系统频率产生偏差时，会对电网中的电气设备产生严重影响，导致其不能正常工作或损坏。因此，电力系统发电设备输出的有功功率要时刻保持与负荷的动态平衡，尽可能地将系统频率稳定在50Hz。

电力系统的调频分为一次、二次及三次调频，其中一次调频是指利用系统固有的负荷频率特性，以及发电机组的调速器的作用，来阻止系统频率偏离标准；由于一次调频是有差调节，一次调频不能保证系统频率稳定在扰动前的运行点；二次

李鹏，等风光储联合发电系统调频控制策略研究0145

调频是指利用自动控制技术来对发电设备的输出

功率进行改变，达到调整系统频率的目的，使系统频率稳定在预定频率运行范围；三次调频也称为发电机组的有功功率经济分配，其主要是要根据预计的负荷变化，对发电机组的有功功率进行事先安排，执行周期较长。本文主要研究风光储联合发电系统参与电力系统二次调频的控制技术，为系统频率稳定控制做贡献。

目前，电力系统二次调频基本依靠自动发电控制（AGC ）来实现，且各省和各区域电网基本实现有效互联，如图1所示互联电力系统可以分为若干个区域，区域之间通过联络线互联，各个区域具有各自的自动发电控制系统。区域内的AGC 机组接受电网调度中心实时更新的AGC 信号，自动调整机组的发电功率

。

图1自动发电控制（AGC ）功能结构图

电力系统中的各区域通过控制本区内发电机

组的有功功率来保持区域控制偏差（Area Control Error ）在规定的范围之内，从而维持电力系统频率稳定。区域控制偏差ACE 是根据电力系统当前负荷、发电功率和频率等因素形成的偏差值，它反映了区域内的发电与负荷的平衡情况。

2

风光储联合发电系统调频控制

2．1

风光储联合发电系统

风光储联合发电系统主要的运行控制原则是

充分发挥风光互补特性和储能调节有功能力，在长时间尺度上进行调峰，在短时间尺度上平抑出力的大幅度波动。而调频控制是对风光储联合发电系统运行控制方式的全新探索，联合发电系统

不光要减小自身功率波动对系统频率的影响，还可以发挥近似于常规电源的作用参与电力系统调

频，

这对其运行控制性能提出了更高的要求。当风光储联合发电系统能够进行快速的有功功率调节且具备充足调节容量的情况下，可作为AGC 机组参与电力系统调频，而且在风电及光伏发电占据较大比重的系统中，该运行控制需求尤为强烈。2．2

分段调频控制

考虑到风光储联合发电系统运行的经济性，在运行的过程中应尽量减少联合发电系统的“弃风量”及“弃光量”，同时为延长储能电池的使用

寿命还应尽量降低电池充放电的频度及深度。为此，在风光储联合发电系统进行调频控制的过程中，需要进行精细化控制，不同的调频紧急程度对应不同的出力调节方式。

依据区域控制偏差ACE 来对调频控制区域进行划分。设定次紧急区和紧急区的阈值分别为K 次紧急和K 紧急，则当K 次紧急≤|ACE |＜K 紧急时，风光储联合发电系统处于调频控制的次紧急区；当|ACE |≥K 紧急时，风光储联合发电系统处于调频控制的紧急区。就次紧急区而言，联合发电系统采取的出力调节方式相对平缓，并将表征储能电池荷电状态的SOC （State Of Charge ）控制在合理范围之内，防止电池进行深度充放电。就紧急区而言，

需要对联合发电系统出力进行较为严格的限制，

必要时控制储能电池进行深度充放电，保证有功功率满足调频控制的要求。而当|ACE |＜K 次紧急时，说明系统频率偏差不大，风光储联合发

电系统无需参与调频控制。2．3调频控制策略

根据风光储联合发电系统分段调频控制原理，为充分利用风能和太阳能，防止频繁调节联合发电系统有功出力，引入控制计时器T ，当|ACE |≥K 紧急时，控制计时器T 开始计时，当|ACE |＜K 紧急时控制计时器T 清零。

基于以上控制原理，分别针对电力系统过频（f ＞50Hz ）和欠频（f ＜50Hz ）的情况，制定以下调频控制策略。

（1）当电力系统过频时，控制策略流程如图2所示。

设定计时器阈值为T max1，当|ACE |≥K 紧急且T ≥T max1，根据功率预测判断联合发电系统未来出力趋势，如果出力预计减小且减速大于需降出力，