儲能電池輔助火電機組二次調頻控制策略研究

摘 要： 為提高調頻效果與儲能電池荷電狀態維持效果，該文提出一種儲能電池輔助火電機組二次調頻的動態下垂系數控制策略，在Matlab/Simulink 中搭建仿真模型，并對不同控制策略下的仿真結果進行對比。在0.05（p.u.） 階躍負荷擾動下，動態下垂系數控制為最優控制。相比于無儲能控制與固定下垂系數控制，其最大頻率偏差分別改善0.225 6 Hz 與0.025 2 Hz。在連續負荷擾動下，動態下垂系數控制為最優控制。相比于無儲能控制與固定下垂系數控制，其頻率偏差的方均根值改善0.036 8 與0.001 4；荷電狀態偏差的方均根值相較于固定下垂系數控制改善0.009 8。對比結果可驗證儲能電池采用動態下垂系數控制策略的有效性，表明該策略對儲能電池荷電狀態（SOC） 具有一定保持效果。

關鍵詞： 二次調頻; 儲能電池; 控制策略; 荷電狀態

中圖分類號： TB9; TM621 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）10–0051–08

0 引 言

截至2022 年，我國可再生能源裝機總量已達12.13 億千瓦，相較于2021 年增加了2.5%，且新能源裝機總量占全國發電總裝機的47.3%[1-2]。由于可再生能源具有間歇性、波動性和反調峰性等特點，其大規模并入電網，勢必會對電網穩定性造成沖擊[3]。儲能技術能夠實現能源跨時間利用，有效解決可再生能源間歇性與反調峰性的缺點，且功率型儲能（飛輪儲能、超級電容儲能、超導磁儲能、電池儲能等）響應速度快的特點可以輔助火電機組進行調頻[4]。飛輪儲能設備成本高、充放電持續時間較短；超級電容儲能在充放電時發熱會使儲能容量明顯下降、調頻性價比不高。鋰電池儲能技術成熟度高、循環壽命較好、能量密度較高、充放電倍率高，且近年來成本持續下降[5]，故本文選取功率型儲能中的鋰電池儲能來輔助其火電機組進行調頻。比例分配策略是將AGC（automatic generation control）指令信號通過某種分配規則、比例分配給儲能與火電機組。頻率分配策略是根據AGC 指令的頻率信號進行頻率分配。差額分配策略是將AGC 信號與火電機組輸出功率作差，從而得到儲能電池的輸入信號。

對于比例分配策略，柯飛等[6] 提出了一種考慮儲能SOC 的動態比例分配系數的確定方法，該方法能有效利用儲能調頻容量，從而輔助火電機組調頻。CHENG 等[7] 提出了AGC 信號動態分配策略，該方法是通過計算儲能電池每個時刻AGC 動態可用量來實現的，并與靜態分配相比較，發現該方法響應速度較快。對于頻率分配策略，MAKAROV 等[8]采用離散傅里葉變換的方法將頻率信號轉換為功率信號并分解成不同的時變周期分量，該方法能有效進行頻率調節。胡澤春等[9] 為解決火電機組與儲能之間響應快慢問題，提出一種采用傅里葉變換分離頻率的方法；XIE 等[10] 采用差額分配策略對北京石景山熱電廠調頻綜合性能進行研究，提升了電廠經濟效益。孫冰瑩等[11] 提出了一種考慮BESS 電量平衡度的差額分配策略，發現其能對頻率和儲能持續性有所改善。

上述學者在制定控制策略時僅考慮調頻效果，雖能對頻率進行一定改善，增加電廠經濟效益，但對于影響儲能電池壽命的重要因素——SOC 狀態并未考慮或并未深入研究。故為防止儲能電池發生過充過放現象，本文提出一種有利于儲能SOC 狀態維持的控制策略，即考慮儲能SOC 值的動態下垂系數控制策略，且對該策略的有效性進行了驗證。