储能系统参与调频的控制策略设计优化

电池储能系统一次、二次调频的控制策略可在火电机组一次、二次调频控制策略的基础上进行适当的修改即可。

在一次调频中，火电机组控制系统捕获到越过死区后的频差信号后，调整发电机的调速系统，控制气门的大小，达到增加或减小功率的目的。电池储能系统则可在控制系统捕获到越过死区后的频差信号后，将频差换算成功率值，然后给储能系统的电池发功率与容量的指令。

在二次调频中，调度给机组下发AGC指令，火电机组自身的控制系统通过控制气门与锅炉，来达到改变功率输出的目的。电池储能系统则在收到调度下发的AGC指令后，通过控制功率与容量，来达到改变以及持续输出功率的目的。6.4.2.1　一次调频控制策略

当系统负荷突增加（减小），电网中的发电机组功率不能及时变动而使机组减（增）速时，系统频率下降（升高）；电池储能系统的控制系统捕获到频差信号，就地将其换算成功率偏差信号，同时对电池储能系统的功率与容量进行运算，没有异常就下发功率与容量指令，使电池储能系统输出指定的功率。一次调频系统的结构框图如图6-1所示。

图6-1　一次调频系统结构框图

为了稳定电网，对电池储能系统应具备的一次调频要求为：储能系统具备一次调频功能，调节死区为频率偏差等于0.033Hz，一次调频稳定时间为30s，最大的一次调频出力为储能系统额定功率，储能系统的容量随时可满足频率上调和下调的需要。6.4.2.2　二次调频控制策略

AGC数据从电网调度实时控制系统（EMS）到储能系统的传输方式如图6-2所示。EMS和储能系统的控制系统之间的数据传输需要通过光纤通信和远程测控单元（RTU）实现。

也就是说，该系统主要由三部分构成：一是RTU系统，负责与调度中心进行数据交换，获取调度中心的负荷指令，同时将储能系统的实时功率、容量上限、容量下限及储能系统的控制方式等信息传递给调度中心；二是储能控制系统，该系统将RTU系统送来的调度负荷指令依据储能系统的动态特性，按照控制策略形成储能系统的功率指令和容量指令；三是执行系统，储能系统的执行系统是储能系统的功率、容量、温度和电压等控制系统。储能系统的AGC控制策略如图6-3所示。

图6-2　电网调度实时控制系统与储能控制系统的接口结构图

图6-3　储能系统AGC控制策略简图(www.xing528.com)

AGC指令从EMS发出至电池储能系统的控制系统需要花费的时间有EMS控制站的扫描周期；数据通信和A-D、D-A转换过程；储能控制系统数据扫描和处理周期；储能控制系统的控制指令运算；储能系统电池对负荷的响应过程；将储能系统有功功率送回EMS控制站的时间等。

为了稳定电网，对储能系统应具备的二次调频要求为

1）电池储能系统具备AGC功能，功率的投用范围为储能系统的额定功率，容量的投用范围为（10%～90%）SOC。

2）电池储能系统的容量可随时满足所替代的200MW火电机组具备的频率上调与频率下调的容量需要。

3）电池储能系统必须实时送出储能系统AGC和一次调频功能投退状态信号。6.4.2.3　一次、二次调频联调控制策略

储能系统在实现一次、二次调频功能的过程中，为了协调好一次调频与计算机监控系统二次调频的关系，提出的方案如下：

1）当系统频率超出（50±0.033）Hz时，一次调频功能动作，电池储能控制系统输出“一次调频功能动作”信号，上送计算机监控系统。计算机监控系统收到此信号后闭锁该储能控制系统的AGC功能。

2）当一次调频持续30s后，一次调频退出，电池储能控制系统输出“一次调频功能退出”信号，上送计算机监控系统。计算机监控系统收到此信号后打开AGC功能。一次调频退出，AGC功能投入。

对于火电机组来说，一次调频控制的对象是锅炉内的蓄热，二次调频控制的对象是修改发电机的有功出力给定值；而对于储能系统来说，一次调频与二次调频的控制对象是一样的，都是下指令给电池的功率与容量控制系统，然后输出所需的功率。

按说控制对象一样，就可采用一个控制策略，但若都采用一次调频的控制策略，功率偏差值是由频率偏差值换算来的，结果比较粗略，而且脱离了调度的优化配置与宏观调控。但是由调度下发指令，响应周期长，而一次调频则需要快速的反应，进行功率的变化控制，因此就地控制能节省很多的时间，有利于电网频率的稳定与恢复。因此，采用传统的控制方式（即一次调频进行就地控制，二次调频由调度远方调控）是有它的合理性的。

尤其储能系统扮演的是辅佐传统调频机组进行一次、二次调频的角色，与传统调频机组进行同类型的控制策略也有利于合理的经济调度。