一种基于实测频率响应辨识的孤立微电网调频控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统微电网技术领域，具体设及一种基于实测频率响应辨识的孤 立微电网调频控制方法。
【背景技术】
[0002] 基于可再生能源的分布式发电的大规模应用是未来电力工业实现低碳化的最有 效解决方案之一。可再生能源发电技术W其无污染、可再生、分布广等优点，受到了越来越 多的关注。然而，可再生能源发电具有波动性大、随机性强的特点。因此，就地配置一定容 量的储能系统，可W有效抑制可再生能源发电输出功率的波动，提高电网接纳可再生能源 发电的能力。
[0003] 储能系统作为微电网的重要组成部分，通过快速的电能存取，能够有效调节微电 网中的功率分布，平衡微电网中的电能供需，参与系统的频率调节，改善用户电能质量，提 高微电网对突发事件的应对能力，为微电网消纳更多分布式电源提供保障，因此，微电网中 储能系统的相关研究已成为运一领域的一个关注热点。
[0004] 微电网孤立运行时，由于缺乏上游配电系统的功率支持，当其内部间歇性分布式 电源出力产生随机波动时，微电网频率会发生较大偏移，严重影响用户电能质量。因此与微 电网并网运行状态相比，孤立微电网离网运行状态对储能系统的依赖性更强，对储能系统 运行的安全性、可靠性等相关要求也更高。
[0005] 储能电池使用寿命受充放电次数影响较大，不宜频繁进行充放电操作，所W储能 不宜进行实时无差调频。当微电网中含有水电、柴发等旋转类电源时，此类电源应作为主电 源，而储能电源通常在系统频率异常时辅助主电源进行临时紧急调频。
[0006] 目前关于储能紧急调频控制的研究和应用较少，主要使用的是基于PID算法的紧 急调频控制方法。该方法在储能紧急调频投入阶段能充分发挥储能响应快的优点。但是在 储能紧急调频退出阶段，旋转类主电源存在较大惯性，调频速度慢，而储能逆变器属于电力 电子设备，动作很快，如果二者调节速度不一致，容易在调节过程中出现系统频率振荡，所 W储能系统在调频退出阶段的速度必须与主电源调节速度相匹配。虽然已有一些研究在储 能紧急调频退出阶段采用低通滤波算法来改善与主电源调频速度的匹配性能，但是控制参 数的制定缺乏有效的方法。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有的微电网储能系统紧急调频控制方法存在的不足，本发明提出了一 种基于实测频率响应辨识的孤立微电网频率控制方法。
[0008] 本发明具体采用W下技术方案。
[0009] 一种基于实测频率响应辨识的孤立微电网调频控制方法，其特征在于，所述方法 包含W下步骤：
[0010] (1)依据微电网频率偏差对调频控制区域进行划分，分为死区、次紧急区和紧急 区；设走次紧急区和紧急区的频率阔值分力ij为beq次紧急下限、Rreq次紧急上限和Rreq紧急下限、Rreq 紧急上限；
[0011] (2)监视当前时刻微电网的系统频率化eq。。。：
[001引当heq次紧急下限< Rreqn?< heq次紧急上限时，微电网处于调频控制的死区，无需对孤 立微电网进行调频控制；
[001引当化eq次紧急上限《化eqn?< heq紧急上限或化eq紧急下限< heq。?《化eq次紧急下限时， 微电网处于调频控制的次紧急区，调频任务由旋转类主电源承担；
[0014] 当化69。?^ heq紧急上限或heq。?《化eq紧急下限时，微电网处于调频控制的紧急区， 储能系统投入紧急调频功能，辅助旋转类主电源共同进行调频；
[0015] (3)当微电网的系统频率化eq。胃由死区进入次紧急区时，调频控制通过微电网内 的所有具有可调容量的旋转类主电源的调速器根据机组一次调频特性完成；
[001引 （4)当微电网的系统频率化eq。。油次紧急区进入紧急区时，旋转类主电源根据机 组一次调频特性调节微电网的系统频率，储能系统投入紧急调频功能，采用PID算法快速 提供有功支持；
[0017] 妨当微电网的系统频率化eq。。油紧急区进入次紧急区时，旋转类主电源根据机 组一次调频特性调节微电网的系统频率，储能系统采用模拟发电机惯性调频方式逐渐退出 紧急调频功能。
[0018] 本发明进一步优选包括W下方案：
[0019] 在步骤（4)中，储能系统将紧急区的阔值作为频率参考值，频率向上越限则参考 值取化eq紧急上限，频率向下越限则参考值取化eq紧急T限，将紧急区的阔值与当前频率化eq。。。 做差Af ;然后经过PID环节后得到有功变化量AP;最后将AP与当前储能有功值P。求 和，并考虑储能系统有功功率的限值增加限幅控制器即设置储能系统可输出有功功率的上 下限，高于上限则按照上限值输出，低于下限则按照下限值输出，不越限则按照实际计算值 输出，从而得出储能系统调频时输出的总有功功率P。
[0020] 在步骤（5)中，储能系统紧急调频退出采用模拟发电机惯性调频方式，将储能系 统等效成时间常数为Tb的一阶惯性环节乘W增益K b的模型，在该模型中，T b为所模拟发电 机转子运动方程的时间常数，一阶惯性环节用于描述储能系统电源的延时；Kb为所模拟发 电机的有功功率-频率下垂系数的倒数，用于模拟系统频率偏差Af'与储能电源出力变 化AP'的关系；具体方法为：将紧急区的阔值作为频率参考值，频率向上越限则参考值取 胃.Wg,频率向下越限则参考值取作为参考值，将紧急区的阔值与当前频率 化eq"J故差Af';然后通过式（1)得到有功变化量AP';最后将AP'与当前储能有功 值P。求和，并考虑储能有功功率的限值增加限幅控制器即设置储能系统可输出有功功率的 上下限，高于上限则按照上限值输出，低于下限则按照下限值输出，不越限则按照实际计算 值输出，从而得出储能调频时输出的总有功功率P。
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[0022] 在步骤巧）中，在储能系统紧急调频退出阶段，储能系统将调频中所投入的有功 功率转移至旋转类主电源时须与旋转类主电源调节速度相匹配，因此Tb取整个微电网的等 效惯性时间常数H，并通过实测的功率不平衡量和频率变化率计算微电网的等效惯性时间 常数H;具体方法为：
[0023] ①参照同步发电机的转子运动方程，在微电网中建立等效惯性时间常数，描述微 电网整体等效惯性时间常数，如式（2)所示：
|、2)
[002引其中，H为微电网中等效惯性时间常数，P。为微电网内电源发出的有功功率，P历 微电网内负载消耗的有功功率，f。为工频频率，壯Mt为系统频率变化率，AP 胃为整个微 电网的有功功率不平衡量；
[0026] ②实时采集微电网内所有电源发出的有功功率P郝负荷1\，W及微电网系统频率 f。
[0027] ③当检测到微电网系统频率变化越限时，取频率变化率越限时刻为扰动发生时刻 t。，t。前M秒为扰动前时刻t1，t。后N秒为扰动后时刻12,记录ti时刻的PW、Pu,记录t。时 刻的Pe。、Pu)、f。，记录*2时刻的f2;
[002引④根据式A P不平衡=化。-Pu)-(Pei-Pu)计算功率不平衡量A P不平衡；
[0029] ⑥根据式 ^算频率变化率壯/化。
[0030] ⑧根据式 计算微电网等效惯性时间常数H。
[0031] 本发明具有W下有益的技术效果：
[0032] 基于实测频率响应辨识控制参数，从而避免了储能系统紧急调频退出时各电源 调节速度不一致导致的振荡问题。
【附图说明】
[0033] 图1所示为调频控制区域和控制方式示意图；
[0034] 图2所示为储能紧急调频投入采用的PID算法控制框图；
[0035] 图3所示为储能紧急调频退出采用的模拟发电机惯性调频方式控制框图；
[0036] 图4所示为紧急区调频仿真结果图；
[0037] 图5所示为辨识微电网等效惯性时间常数算法流程图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0039] 本发明公开的一种基于实测频率响应辨识的孤立微电网调频控制方法，包括W下 步骤：
[0040] 步骤1、如图1所示，依据微电网频率偏差对调频控制区域进行划分，分为死区、次 紧急区和紧急区。设定频率次紧急下限为49. 97Hz，频率次紧急上限为50. 03Hz，频率紧急 下限为49化，频率紧急上限为51化。如表1所示：
[00川表1频率阔值设置
[0042] 步骤2、监视当前时刻系统频率化eq。胃。当49. 97化 < 化69。胃< 50. 03化时，微 电网处于调频控制的死区，系统频率偏差不大，无需进行调频控制。当50. 03化《化eq。。。 < 51化或49化 < 化69。。"《49. 97化时，微电网处于调频控制的次紧急区，调频任务由旋 转类主电源（水电、柴发等）承担。当化eq。。。^ 51化或化eq。胃《49化时，微电网处于调 频控