运行控制策略的实现方法

1.平滑风光功率输出波动

平滑功率波动应用，主要是借助风、光、储三者的能量互补与能量守恒原理。储能监控系统的平滑控制程序应根据运行目标要求，按照预置评价指标控制储能系统的能量吞吐，实现多时间尺度下风光发电出力波动的平滑控制，降低风光发电输出功率的波动率。

风光功率输出波动的平滑控制策略是基于自适应滤波技术和电池荷电状态（SOC）的反馈控制实现的。储能电站监控系统根据当前的SOC反馈与功率输出的波动率实时调节储能电池的充放电功率，当SOC超出设定范围时，控制系统将根据当前反馈SOC值调节储能电池的充放电功率。通过这种方式，实时修正储能电池的目标功率值，使储能系统在平滑风光输出功率的同时，工作于SOC期望值范围内。

在风光功率输出波动的平滑控制策略下，储能监控系统至少应具备如下功能：

1）支持在风储应用模式下，应用储能系统平滑风电出力；

2）支持在光储应用模式下，应用储能系统平滑光伏发电出力；

3）支持在风光储应用模式下，应用储能系统平滑风光系统发电出力；

4）支持在不同应用需求模式下实现出力平滑功能的同时，实现对多类型电池系统的协调管理，保障储能系统满足上层调度系统的实时功率平滑需求；

5）支持储能系统SOC实时监控功能，以保障储能系统剩余容量保持在有效工作区间，在线控制效果不受影响，并安全可靠运行；

6）支持向上层调度及监控系统实时提供储能系统的当前允许使用容量信息和当前可用最大充放电能力信息等。

储能平滑风电功率波动控制框图如图6-35所示。图中，以风力发电机组实时/历史运行数据为输入量，自主选择以国家标准规定的或自定义的波动限值为约束条件的控制模式，对应启动控制模块1或控制模块2。在控制模块中，比较风电波动幅值和波动限值，当风电波动不满足要求时，通过控制储能系统出力来平滑风电波动；当风电波动满足要求时，储能系统不动作。同时为了使储能系统在工作过程中具有较好的充/放电能力，在风电波动较小的情况下，可选择启动SOC主动调节模块。

图6-35 储能平滑风电波动控制框图

该控制应用的动模实验效果如图6-36所示。15min尺度内，平滑前风、光波动分别为15.18%和6.56%、风光波动率为11.39%。平滑后，风光储联合波动率为3.79%，满足15min风光发电波动率小于7%的控制目标。

图6-36 平滑新能源发电波动效果图

2.部分“削峰填谷”

储能部分“削峰填谷”控制策略主要针对在较长时间窗口内，风光联合发电的实际功率与所评价时间尺度范围内短期预测功率均值之间差值的适度补偿。即在较长的一段评价时间窗口内，响应上层下发的保持风光联合出力位于一段较为平稳的出力范围之内，以实现储能对风光联合出力“削峰填谷”的应用效果。同时根据当前的电池功率与电池剩余容量反馈值，确定储能系统的工作能力，并向联合调度层上发储能系统的当前允许使用容量信息和当前可用最大充放电能力信息等。

削峰填谷功能模式下，储能监控系统至少应具备如下功能：

1）支持在不同应用需求模式下实现响应削峰填谷功率命令值的功能。同时，实现对多种类型电池系统的实时调度管理，保障储能系统满足上层调度系统的实时跟踪削峰填谷计划值需求。

2）支持储能系统剩余容量实时监控功能，以保障储能系统SOC保持在有效工作区间，在线控制效果不受影响，并安全可靠运行。

3）支持向上层调度及监控系统实时提供储能系统的当前允许使用容量信息和当前可用最大充放电能力信息等。

图6-37 削峰填谷实验原理示意图

储能部分削峰填谷控制结合了风电功率短期预测技术，该控制策略原理如图6-37所示为保证控制效果，同时兼顾合理的储能容量，必须合理确定控制边界条件。为此，该控制策略中以削峰容量和填谷容量近似相等为前提条件，并提出控制启动区域的上、下限比例因子α（0<α<1）和β（0<β<1）。以短期预测风电光联合出力为控制输入，根据评价时间窗口t（经验取值为15min～4h）对风光功率预测数据分段计算控制参考基准值P_ref。在每段风光出力曲线中，当功率出力波动很小，在以控制基准参考值P_ref为中心，宽度小于P_refα的功率波动范围内，不启动削峰/填谷控制策略，直接输出原始风光功率出力；当输出功率波动幅值在以控制基准参考值P_ref为中心，宽度大于P_refα且小于P_refβ的功率波动范围内时，启动削峰/填谷控制策略；当输出功率波动很大，超出以控制基准参考值P_ref为中心，宽度为P_refβ的功率波动范围时，进入非控制区，此时不启动削峰/填谷控制策略，直接输出原始风光功率出力。

储能部分削峰填谷控制框图如图6-38所示。该图以3MW风力发电机组历史运行数据为控制输入，风储合成出力为实测输出数据。其中，P_ref为削峰填谷控制参考基准值，P_ref=∑^NP_Wim_i/N；P_Wi为研究时间尺度内第i个风电出力数据；

i=1N为该研究时间尺度内采样数据个数；m_i为P_Wi在该研究时间尺度内出现的频次；α为削峰填谷启动区下限比例因子；β为削峰填谷启动区上限比例因子。

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图6-38 削峰填谷控制框图

3.跟踪风光计划出力

储能跟踪计划出力控制策略是通过结合风电超短期预测技术，针对较短时间窗口内，对风光联合发电实际功率与计划输出功率间差值的实时补偿。根据当前的电池功率与电池剩余容量反馈值，确定储能系统的最大工作能力，并向联合调度层上发储能系统的当前允许使用容量信息和当前可用最大充放电能力信息等，以便联合调度层调整相关控制量。即当储能系统容量接近满充，且风光联合出力仍高于发电计划值时，向联合调度层上发限制发电请求；当储能系统容量接近放电下限，且风光联合出力仍低于发电计划值时，向联合调度层上发储能系统的最大工作能力，并请求联合调度层调整控制策略。风光储实际输出功率将根据实时采集数据进行计算并实时更新。其跟踪计划发电控制框图如图6-39所示。

在跟踪计划出力功能模式下，储能监控系统至少应具备如下功能：

1）支持在不同应用需求模式下实现跟踪计划出力功能的同时，实现对多类型电池系统的协调管理，保障储能系统满足上层调度系统的实时跟踪计划值需求。

2）支持储能系统剩余容量实时监控功能，以保障储能系统剩余容量保持在有效工作区间，在线控制效果不受影响，并安全可靠运行。

3）支持向上层调度及监控系统实时提供储能系统的当前允许使用容量信息和当前可用最大充放电能力信息等。

图6-39 跟踪计划发电控制框图

该控制策略通过对电池储能系统充放电的有效控制，实现风储联合出力P_out在允许误差带宽内跟踪风电计划出力。将实时风电功率与当前目标曲线相比较，偏差值若超出允许误差带宽，则控制电池储能系统吸收或释放该部分功率，缩减风电功率和预测功率的误差，实现风储联合出力对风电预测曲线的跟踪。其跟踪计划出力控制框图如图6-40所示。

图6-40 跟踪系统计划出力控制框图

同时，该控制策略也兼顾了电池储能系统的SOC反馈控制，通过划分荷电状态区域，合理调度了电池储能充放电量。电池储能系统SOC区域示意图如图6-41所示。图中SOC_max、SOC_min分别为SOC的上下限，a、b为SOC区域划分的边界点，其值为大于0的可调实参数。SOC在上调整区，若储能系统处于充电状态则减小充电功率，若处于放电状态则适量增加放电功率；SOC在下调区，若储能系统处于充电状态则适量增加充电功率，若处于放电状态则减小放电功率。

图6-41 电池储能系统SOC区域示意图

一般情况下，风光储发电可运行在跟踪调度计划曲线运行方式，从而使得风光由一个出力波动电源转化为出力确定的电源，使风光储联合发电像常规电源一样可以完成计划发电工作。该控制应用的动模实验效果参如图6-42所示。从图中可以看出，储能装置根据计划总出力与风光联合出力科学互补，有效弥补了风光发电出力与发电计划值的偏差。同时，风光储联合发电依据计划值（35MW、30MW、25MW）也可以稳定输出，满足了跟踪发电计划误差小于3%的应用需求。

图6-42 跟踪调度计划出力效果图

4.参与系统调频

参与系统调频的控制框图如图6-43所示。

图6-43 参与系统调频控制框图

储能系统实时响应上层调度下发的支持自动发电控制（Automatic Generation Control，AGC）计划相对应的功率命令值，实现AGC支持功能。

如图6-44所示为系统调频效果图。从图中可以看出，通过执行能量管理系统中的储能上层调度（例如D5000）调频模式，储能电站可实现总功率实时跟随上层调度下发的目标功率值偏差小于0.5%，满足了储能调频的应用需求。

图6-44 系统调频效果图