光儲微網系統并網調頻控制方法研究

趙斌

摘 要：大力發展綠色能源是國家戰略的發展需求，但光伏并網對電力系統存在明顯的沖擊性。為了平衡大批量光伏并網對系統的影響，研究了光儲一體的微網系統對電網頻率的調節作用，并分析了電池儲能系統對電網頻率的調節機理。在此基礎上推理了電池SOC的狀態模型，并結合傳統下垂控制方法，對電池充放電進行了約束，以提升電池性能并降低對系統頻率的沖擊性。仿真結果表明，光儲微網系統并網后，采用該方法可以降低對電網頻率的影響。

關鍵詞：光儲微網;電池;調頻;下垂控制

0??? 引言

綠色能源是我國實現雙碳目標的主力軍，大力發展綠色能源能有效降低碳排放[1]。但鑒于新能源的固有特性，其被稱為“垃圾電”的問題暫時還沒有良好的解決方案，因此若大量新能源并網對電網當前的穩定性會造成很大的沖擊[2]，主要體現在電壓和頻率擾動、潮流方向等方面，在一定程度上影響了電網調度和運行，尤其是頻率擾動，其存在較強的無序性，將增加調頻計算的復雜度[3]。而傳統電源由于運行出力的穩定性較高，所以調節方法較為固定，但卻不適用于光伏、儲能這類分布式能源[4]。因此，有必要針對分布式能源的并網調頻問題進行研究。

1??? 光伏電源對電網頻率的影響分析

對于小型光伏電站而言，在天氣較為穩定時所存在的小幅度功率波動能夠被電網自身的裕度消納，不會產生明顯影響。但是大規模并網會存在更加難以預測的不確定性，可能會導致電網頻率失穩[5]。

光伏系統實際出力和理想出力曲線的對比示意如圖1所示。從圖中可以看出，實際出力由于受到云層等因素影響，會存在明顯的波動性，而理想的曲線應該是按照最大出力構成的一條光滑曲線。

光伏系統發電功率對電網頻率的擾動如下：

Δf=???????????????????? （1）

其中，Δf為對電網頻率的擾動程度，ΔPpvi為光伏功率波動，由此可知功率波動與頻率波動正相關。

2??? 電池儲能調頻原理及模型

電池儲能系統具有毫秒級響應速度，能夠實現快速精確而穩定的功率輸出，且具備充放電雙向調節能力。電池儲能的特性很好地彌補了因自然波動導致的分布式電源引起的頻率擾動問題。

為了避免小擾動對電力系統的影響引起誤動，通常將調頻死區設置為-0.033～+0.033 Hz，死區范圍內的擾動不進行調頻，其動作示意圖如圖2所示。當頻率上升超過死區進入C區域后，儲能系統作為負荷吸收有功功率;當頻率下降超過死區進入B區域后，儲能系統充當電源輸出有功功率。以此實現了對電網頻率進行調節的作用。

實際應用中的電池儲能系統拓撲如圖3所示，包括了本體和功率轉換裝置。對于該系統進行建模主要有4種方法，分別是一階慣性系統模型、戴維寧等效電路模型以及這兩種模型的兩個變體。

不論選取何種模型，都需要對儲能電池實時SOC狀態量進行計算，設其為S，其初始值為Sref，則i時刻的計算公式為：

Si=Sref+???????????????????????????? （2）

其中ΔT、Pb、Ert分別為儲能間隔、當前功率和額定容量，且存在以下約束關系：

max Si≤SH，

min Si≥SL????????????????? （3）

式中：SH、SL分別為儲能電池SOC上下限。

3??? 光儲系統調頻策略及仿真研究

對儲能電池充放電控制參與調頻常用方法為下垂控制，該方法未考慮SOC狀態對系統的影響，在大電站小儲能配置中存在較為明顯的缺陷。因此，本文將SOC狀態作為控制變量引入下垂控制方法中，以彌補差異化場景下的應用缺陷。算法中將SOC狀態分為下限、較低、較高、上限4個區間，分別定義為SL、Sl、Sh、SH。在不同的狀態區間范圍內對儲能電池功率調節系數Kb賦以不同的取值。具體取值邏輯如下：