中國儲能網(wǎng)訊：作者針對儲能電池參與電網(wǎng)二次調(diào)頻，基于靈敏度分析，提出了一種綜合區(qū)域控制誤差（ACE）信號分配模式和傳統(tǒng)的區(qū)域控制需求（ARR）信號分配模式優(yōu)點(diǎn)的控制策略。
首先，針對ACE和ARR信號分配模式，在復(fù)頻域中利用靈敏度原理分析含儲能電池參與二次調(diào)頻的區(qū)域電網(wǎng)頻率特性，據(jù)此提出確定儲能電池動作時(shí)機(jī)及調(diào)節(jié)模式的方法；計(jì)及時(shí)域中儲能電池的能量限制和傳統(tǒng)電源的爬坡速率限制，依據(jù)動態(tài)調(diào)頻容量指標(biāo)，提出確定儲能電池動作深度的方法；最后形成考慮動作時(shí)機(jī)與深度的儲能電池控制策略，并給出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)流程。
結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)的階躍擾動工況進(jìn)行仿真證明，結(jié)果表明該策略不僅能較大程度地改善電網(wǎng)調(diào)頻以及儲能電池運(yùn)行的性能，而且充分利用各調(diào)頻電源的技術(shù)優(yōu)勢。
間歇式電源出力具有波動性和不確定性，且絕大多數(shù)間歇式電源不具備慣性，其大規(guī)模并網(wǎng)后會使電網(wǎng)慣性減小，進(jìn)而給電網(wǎng)調(diào)頻帶來壓力。傳統(tǒng)電源的調(diào)頻容量已經(jīng)難以滿足電網(wǎng)調(diào)頻需求，該問題已成為電網(wǎng)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(wǎng)調(diào)頻受到業(yè)界廣泛關(guān)注，發(fā)揮儲能電池的廣域調(diào)控效能、構(gòu)建有效的儲能電池調(diào)頻服務(wù)市場機(jī)制，是儲能電池規(guī)模應(yīng)用所面臨的主要挑戰(zhàn)[3]。儲能電池二次調(diào)頻效果優(yōu)于火電機(jī)組，引入儲能輔助火電機(jī)組調(diào)頻，可顯著減少火電機(jī)組的動作次數(shù)，穩(wěn)定出力并改善機(jī)組燃煤效率，緩解由于頻繁調(diào)節(jié)造成的機(jī)組設(shè)備疲勞和磨損，并滿足電網(wǎng)對調(diào)頻機(jī)組的考核指標(biāo)[4]。
二次調(diào)頻中，區(qū)域控制誤差（Area Control Error, ACE）信號通過傳統(tǒng)的PI控制器轉(zhuǎn)換后，就形成區(qū)域控制需求（Area RegulationRequirement, ARR）信號[5,6]。儲能電池通過承擔(dān)部分調(diào)頻信號以參與二次調(diào)頻，定義其參與因子（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(diào)頻電源。對集中式儲能，調(diào)頻信號分配方式主要為按時(shí)/頻域分配和按動態(tài)比例分配。前者分析ACE信號在時(shí)/頻域內(nèi)的特征，由儲能承擔(dān)短時(shí)分量（高頻分量），由傳統(tǒng)調(diào)頻電源承擔(dān)長時(shí)分量（低頻分量）[7-10]。后者依托區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻動態(tài)模型，文獻(xiàn)[11]將ARR信號劃分為正常調(diào)節(jié)區(qū)、警戒區(qū)和緊急區(qū)，依不同的優(yōu)先級，將其分配給儲能電池、V2G和傳統(tǒng)調(diào)頻電源。
文獻(xiàn)[12]基于可表征儲能電池動態(tài)調(diào)頻容量（DynamicAvailable AGC, DAA）評估指標(biāo)，對比依ACE信號和依ARR信號的兩種動態(tài)分配方式的短期和中長期調(diào)頻效果。綜合可知，基于ACE信號的獨(dú)立分配策略效果更佳，此時(shí)儲能電池?zé)o需經(jīng)過傳統(tǒng)的低通濾波環(huán)節(jié)，但需增加獨(dú)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(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻動態(tài)模型的ARR信號分配，且按時(shí)/頻域分配的方法在儲能電池層面未考慮荷電狀態(tài)管理，在電網(wǎng)層面也未充分利用儲能電池優(yōu)勢，而按動態(tài)比例分配的方法未從機(jī)理層面深入探討儲能電池該如何參與，導(dǎo)致無法充分利用儲能電池容量及其快速響應(yīng)和無爬坡速率限制等技術(shù)優(yōu)勢。
面向二次調(diào)頻，基于所提的ACE信號分配模式和傳統(tǒng)的ARR信號分配模式，在復(fù)頻域中利用靈敏度原理分析了含儲能電池參與調(diào)頻的區(qū)域電網(wǎng)頻率特性，據(jù)此確定儲能電池的動作時(shí)機(jī)及調(diào)節(jié)模式?？紤]儲能電池的能量限制和傳統(tǒng)電源的爬坡速率限制，依據(jù)動態(tài)調(diào)頻容量指標(biāo)確定儲能電池的動作深度，進(jìn)而形成了考慮儲能電池動作時(shí)機(jī)與深度的控制策略并進(jìn)行仿真證明。
圖1 儲能電池接受ACE分配的區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻動態(tài)模型
結(jié)論
1）根據(jù)電網(wǎng)頻率特性分析，本文提出的綜合區(qū)域控制誤差和區(qū)域控制需求的儲能電池調(diào)節(jié)模式能充分利用各信號分配模式的優(yōu)勢，即前種分配模式可以改善暫態(tài)頻率偏差，后種分配模式可以改善穩(wěn)態(tài)頻率偏差。并結(jié)合靈敏度原理，通過理論推導(dǎo)確定了儲能電池調(diào)頻初始投入時(shí)刻、調(diào)節(jié)模式切換時(shí)刻及結(jié)束時(shí)刻。這為儲能電池運(yùn)行狀態(tài)的劃分提供了科學(xué)依據(jù)。
2）所提的儲能電池動作深度（參與因子）確定方法，區(qū)分了二次調(diào)頻過程中不同階段的特點(diǎn)，可充分發(fā)揮儲能電池的快速精確響應(yīng)特性，并高效利用其有限的容量。
3）實(shí)際算例分析表明，所提控制策略合理有效，可同時(shí)改善儲能電池和傳統(tǒng)電源的運(yùn)行性能，并提高調(diào)頻效果。
作者介紹：
湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司、國網(wǎng)湖南省電力公司的研究人員李欣然、黃際元、陳遠(yuǎn)揚(yáng)、黎淑娟、歐陽璐璐
