储能电池参与电力系统二次调频控制策略研究

基于灵敏度分析的储能电池参与二次调频控制策略李欣然;黄际元;陈远扬;黎淑娟;欧阳璐璐【摘要】针对储能电池参与电网二次调频,基于灵敏度分析,提出了一种综合区域控制误差(ACE)信号分配模式和传统的区域控制需求(ARR)信号分配模式优点的控制策略.首先,针对ACE和ARR信号分配模式,在复频域中利用灵敏度原理分析含储能电池参与二次调频的区域电网频率特性,据此提出确定储能电池动作时机及调节模式的方法;计及时域中储能电池的能量限制和传统电源的爬坡速率限制,依据动态调频容量指标,提出确定储能电池动作深度的方法;最后形成考虑动作时机与深度的储能电池控制策略,并给出相应的实现流程.结合实际电网的阶跃扰动工况进行仿真证明,结果表明该策略不仅能较大程度地改善电网调频以及储能电池运行的性能,而且充分利用各调频电源的技术优势.%A control strategy of battery energy storage system (BESS) is proposed for secondary frequency regulation (SFR). This strategy integrates the advantages of the area control error (ACE) and traditional area regulation requirement (ARR) signal distribution modes. Regarding the two signal distribution modes, the frequency characteristics of regional grids involving BESS are analyzed in complex frequency domain by the sensitivity theory. Thereafter a method to determine the action moments and control modes of BESS is presented. Taken into account the energy limitation of BESS and the ramping constraints of conventional generators in the time domain, a method to determine the action depth of BESS is put forward based on the dynamic available AGC (DAA) indices. Finally, the control strategy of BESS considering its action moments and depth is proposed, and thecorresponding implementation process is given. The simulations of step disturbance case from an actual power system are carried out. The results show that the proposed strategy can largely improve the performance of frequency regulation and BESS operation, and can take advantages.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)012【总页数】10页(P224-233)【关键词】储能电池系统;调频;调节模式;灵敏度分析;控制策略【作者】李欣然;黄际元;陈远扬;黎淑娟;欧阳璐璐【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院长沙 410082;国网湖南省电力公司长沙供电分公司长沙 410015;国网湖南省电力公司长沙 410007;湖南大学电气与信息工程学院长沙 410082;国网湖南省电力公司长沙供电分公司长沙 410015【正文语种】中文【中图分类】TM732Keywords：Battery energy storage system (BESS), frequency regulation, regulation modes, sensitivity analysis, control strategy间歇式电源出力具有波动性和不确定性，且绝大多数间歇式电源不具备惯性，其大规模并网后会使电网惯性减小，进而给电网调频带来压力。

第41卷第1期2013年1月Vol．41No．1 Jan．2013风光储联合发电系统调频控制策略研究李鹏，黄越辉，许晓艳，刘德伟，马烁（中国电力科学研究院，北京100192）摘要：针对风光储联合发电系统的运行特点，基于分段调频控制的理念，提出了一种风光储联合发电系统参与电力系统二次调频的控制策略。

该控制策略根据区域控制偏差ACE就调频控制的紧急程度进行划分，在不同控制区域使用不同的有功控制方式，实现对联合发电系统出力的精细化控制，最大程度利用风电及光伏发电，保障储能电池SOC运行在合理范围。

仿真分析验证了所提调频控制策略的可行性、有效性及经济性。

关键词：风光储联合发电系统；调频控制策略；充放电控制；有功功率作者简介：李鹏（1985-），男，硕士，工程师，研究方向为新能源发电调度运行与控制技术。

中图分类号：TM761文献标志码：A文章编号：1001-9529（2013）01-0144-04基金项目：国家科技支撑计划项目（2011BAA07B03）；国家电网公司科技项目Research of Frequency Control Strategy for Wind-PV-Storage Power Generation SystemLI Peng，HUANG Yue-Hui，XU Xiao-Yan，LIU De-Wei，MA Shuo（China Electric Power Research Institute，Beijing100192，China）Abstract：This paper proposes a control strategy of the wind-PV-storage power generation system taking part in second control of power system based on partition frequency control considering operating characteristics of the wind-PV-stor-age power generation system．This control strategy distinguishes different emergency degree of frequency control ac-cording to area control error（ACE），utilizes different active power control mode in different control area，exerts de-tailed control on the joint generating system，reduces the limitation on wind power and solar power and guarantees the SOC operating within reasonable limits．Simulation analysis verifies the feasibility，effectiveness and economy of the proposed strategy．Key words：wind-PV-storage power generation system；frequency control；strategy；charge and discharge control；ac-tive powerFoundation items：The National Key Technology R＆D Program of the Ministry of Science and Technology （2011BAA07B03）目前，对于风电、光伏发电以及储能技术已有较多研究［1-7］，但就以上3个单元的联合运行控制技术的研究才刚刚起步。

储能参与调频的控制策略储能技术在电力系统调频方面起到了至关重要的作用。

调频是指在实时电力系统中，根据电力需求的变化，及时调整发电和负荷以保持电力系统的频率稳定。

传统的调频方法主要通过发电机组的自动调节器来控制，但随着可再生能源的快速发展，特别是风电和太阳能等不可控能源的大规模接入电力系统，传统的调频方法已经无法满足需求。

储能技术作为一种新兴的可调度资源，具备快速响应、高效可控、灵活性强等特点，因此被广泛应用于电力系统的调频控制中。

储能参与调频的控制策略有多种，下面将介绍几种常见且有效的控制策略。

首先，基于电能储存的调频控制策略。

电能储存技术包括蓄电池、超级电容器、储热、抽水蓄能等多种形式。

这些储能装置可以通过控制充放电过程来调节电力系统的供需平衡，从而实现调频控制。

比如，当系统频率下降时，储能装置可以迅速输出电能，增加系统有功输出，提高系统频率；当系统频率上升时，储能装置可以吸收过剩电能，减少系统有功输出，降低系统频率。

这种调频控制策略具有响应速度快、调控精度高的优点，能够有效缓解系统频率的波动。

其次，基于能量管理系统的调频控制策略。

能量管理系统是一种通过对电力系统的负荷和发电资源进行优化调度，以实现供需平衡的控制系统。

其中，储能装置作为一种可调度的能量源，在能量管理系统中扮演了重要的角色。

通过合理的能量管理策略，可以实现对储能装置的充放电控制，以满足电力系统的调频需求。

例如，在低负荷时段，通过充电储能装置，以备用电源的形式储存电能；在高负荷时段，通过放电储能装置，以调节电力系统供需平衡。

这种调频控制策略基于对电力系统的长期和短期负荷预测，并结合储能装置的性能特点，通过优化调度策略来实现调频控制。

再次，基于市场机制的调频控制策略。

随着电力市场的发展，特别是分布式能源的普及，储能参与调频控制的市场机制也越来越成熟。

通过建立适当的市场机制，可以激励储能装置的调度参与调频控制。

市场机制可以通过设定合理的价格信号，引导储能装置根据电力系统需求进行充放电。

参与电网调频的储能系统运行控制策略研究I. 概要随着全球能源转型的加速，可再生能源的大规模并网和电力系统的深度调度已成为电力行业面临的重大挑战。

储能技术作为一种新兴的解决方案，可以有效地平衡电网的供需关系，提高电力系统的稳定性和可靠性。

其中参与电网调频的储能系统具有重要的战略地位，可以在电力市场中发挥关键作用。

本研究旨在探讨参与电网调频的储能系统运行控制策略，以实现其在电力市场中的高效、安全和稳定运行。

首先通过对国内外相关文献的综述，分析了当前储能技术的发展趋势和市场需求；其次，针对参与电网调频的储能系统的特点，提出了一种基于模型预测控制(MPC)的运行控制策略；通过仿真实验验证了所提出策略的有效性和可行性。

本研究的研究内容和方法将为电力行业提供有益的参考和借鉴，有助于推动储能技术在电力市场的广泛应用和推广。

A. 储能技术在电力系统中的应用现状和发展趋势电化学储能技术是当前储能领域的主流技术，主要包括锂离子电池、钠硫电池、铅酸蓄电池等。

这些储能技术具有较高的能量密度、循环寿命长、环境友好等优点，已经成功应用于家庭侧、商业侧和电网侧等多种场景。

然而电化学储能技术的成本仍然较高，且存在一定的安全隐患，需要进一步降低成本和提高安全性。

机械储能技术主要包括抽水蓄能(Pumped Storage Hydroelectricity, PSH)和压缩空气储能(Compressed Air Energy Storage, CAES)等。

这些技术具有较大的容量、较长的使用寿命和较低的环境影响，已经在一些地区得到了广泛应用。

然而机械储能技术的建设和运行成本较高，且对地理条件和环境要求较高，限制了其在更大范围内的应用。

热能储存与利用技术主要包括高温热储热泵、地源热泵等。

这些技术通过将热量储存起来，可以在需要时进行释放，从而实现对电力系统的调峰填谷作用。

近年来热能储存与利用技术在建筑节能、工业余热回收等领域得到了广泛应用，但在电力系统中的应用尚处于初级阶段。

分析及电池储能调频控制策略综述摘要：随着新能源在电网中的占比不断升高，且新能源的输出功率具有随机波动性，降低了电力系统频率的稳定，对电网调频提出更高要求。

由于传统火电机组调频能力不足。

电池储能系统响应迅速、能量可双向流动，是优质的调频资源。

因此在新能源并网规模不断增加、电网频率更加复杂多变情况下，储能系统参与调频方式成为研究热点。

关键词：电池储能；二次调频；成本优化；多目标进化算法引言随着能源转型的不断推进，电化学储能调频已逐渐成为主流的调频方式。

以可再生能源为主体基金项目：北京市自然科学基金项目资助(21JC0026)；国网江西省电力有限公司科技项目资助(52182020008K)的新型电力系统建设部署使得可再生能源出力占比增大，电力电子设备应用增多，强波动性、间歇性的可再生能源持续增长，系统转动惯量将持续下降，造成电力实时平衡难度的进一步增大。

进而，传统调频方式的固有缺陷也慢慢地显露出来，可再生能源的出力是间断性的，并且具有很强的波动性，所以系统频率变化很厉害，这就要求系统有很强的调节能力和响应速度，但传统调频系统无法满足。

电化学储能作为一种新的调频方式，能够弥补电网调频容量的不足，而已有的电池模型还不能完全反应电池特性，因此需要对储能电池进行更精准的建模与仿真。

1储能模型在对储能参与调频研究的仿真分析时，需构建含储能电池的区域电网调频模型。

目前，常用于电网调频的储能电池模型为一阶惯性模型和戴维南等效电路模型，前者结构简单且便于仿真计算，但其无法精确地描述储能电池工作时的内部参数变化和自身的动态性能；后者虽能模拟储能电池的动态性能，但不能满足二次调频研究中的时间尺度需求。

故本文提出一种适用于电网调频的储能电池模型，该模型由功率转换系统（powerconversionsystem，PCS）环节、响应延时-时间转换环节和输出判断环节构成。

2调频调频与调峰本质上并没有明显的区别，仅是时间尺度不同，调峰是小时级的而调频是分钟级的，频率信号直接反映了电力供需情况，供大于求时频率上升，反之频率下降。

储能电池辅助火电机组二次调频的设计与应用赵　磊1　王明明2　崔进波3　咸秀超4（1中国电建集团核电工程有限公司　2.国网山东省电力公司经济技术研究院3.山东电力工程咨询院有限公司4.山东电力工程咨询院有限公司）摘　要：为充分利用电池储能在辅助火电机组二次调频中的优势，对电池储能参与火电机组二次调频的设计方案进行设计与优化。

以山东某电厂为例，针对储能系统在二次调频方面的优势，分析储能辅助火电机组二次调频的过程和原理，在此基础上对电池储能辅助该火电机组二次调频的建设方案进行了设计。

文中分析了控制策略对二次调频效果的影响，选取基于区域控制偏差（Area Control Error，ACE）信号的控制策略。

根据政策文件对项目的收益进行了分析，证明该设计方案可以大幅提高二次调频性能，且经济性良好。

关键词：储能电池；二次调频；控制策略；补偿收益0　引言随着近些年风电和光伏等新能源接入电网容量的迅速增加，其间歇式发电的特性导致电网对调节容量的需求增加，而新能源发电自身又不具备参与频率调节的功能，原有传统机组则需要承担这些新能源发电带来的调频任务。

以山东电网为例，目前电网二次调频主要依靠火电机组。

火电机组具有响应时滞长、机组爬坡速率慢的特性。

如果频繁进行大范围的调节，一方面会对机组设备造成影响，不利于机组的稳定和经济运行；另一方面，机组进行的超低排放改造也在一定程度上限制了火电机组的调节速率，降低了调节性能。

电化学储能电池系统辅助火电机组进行二次调频，具有响应时间短（<100ms）、调节速度快（空载至满载的调节时间<20ms）、调节精度高的特点。

储能辅助火电机组二次调频既可以提高火电机组调节性能，也能显著减少电网所需调频备用容量。

而且由于电池储能系统响应速度快、运行灵活，可以在满足系统调频需求的同时产生动态效益。

本文针对电池储能辅助火电机组二次调频的特性，基于山东省某火力发电厂储能调频项目，研究储能辅助火电机组二次调频的配置、控制及工程建设方案，并对其经济性进行分析。

储能参与调频的控制策略引言：随着新能源发电装机容量的不断增加，新能源发电的波动性也越来越明显，调频能力的需求也日益增加。

储能作为一种灵活的能量储存方式，可以有效地解决新能源发电的波动性问题，并参与到调频市场中。

本文旨在探讨储能参与调频的控制策略，包括储能的应用场景、调频控制策略选择、提高储能参与调频的效果等方面。

一、储能的应用场景储能作为一种灵活的能量储存方式，可以在多个应用场景中进行调频控制。

主要包括以下几个方面：1. 新能源发电平滑输出：储能可以通过吸纳多余的新能源发电并在需要时释放出来，从而实现新能源发电平滑输出，提高供电可靠性。

2. 调度储能响应频率：当系统频率发生变化时，储能可以快速地响应并注入或吸收电能，从而调整系统的频率，提高电网的稳定性。

3. 无功补偿：储能可以对电网进行无功补偿，控制无功功率的流动，提高电网的功率因数和电压质量。

4. 负荷调节：储能可以根据电网和用户的需求，通过充放电实现对负荷的调节，平衡电力供需关系。

二、调频控制策略选择储能参与调频需要选择合适的控制策略。

主要的控制策略有两种：1. 基于功率的控制策略基于功率的控制策略是通过控制储能系统的充、放电功率实现对电网频率的调节。

具体包括以下几个方面：- 频率短期偏差：当系统频率发生变化时，储能可以根据频率的偏差大小来控制其充放电功率，从而调节系统的频率。

- 频率功率均衡：储能可以根据系统频率的变化情况，通过充放电的功率调整，使得系统频率尽量接近基准频率，并保持一个合理的功率均衡。

- 跟网技术：储能可以通过跟网技术实现对电网频率的调控，具体包括速率上升、速率下降等。

这样可以有效地减缓频率的变化速度，提高电网的稳定性。

2. 基于状态的控制策略基于状态的控制策略是通过控制储能系统的状态（电流、电压、SOC等）来实现对电网频率的调节。

具体包括以下几个方面：- 频率-状态一体化：储能可以根据系统频率的变化情况和储能系统的状态信息，通过状态调整来控制电网频率，实现频率和状态的一体化。

储能电池参与电力系统二次调频控制策略研究随着风力和光伏发电等新能源发电大规模并网,其弱惯性、波动性和不确定性对电网安全与稳定运行带来了一系列影响,常规调频机组爬坡速率低、响应速度慢等固有缺陷已经难以满足电网的调频需求,引入更加优质的调频资源来提高电网调频能力具有迫切的现实工程意义。

近年来,以电化学电池为代表的储能电池技术迅速发展,其在电力系统中的规模化应用正在快速增加。

由于电池储能电源快速响应、精确跟踪的特性,配合常规调频机组参与电网调频可以有效改善系统调频效果。

本文在系统地总结储能电池参与电网二次调频研究现状、明确其存在的主要问题的基础上,围绕储能电池辅助常规火电机组参与电网二次调频,在控制方式、仿真模型、出力设计、控制策略四个方面展开研究。

从电力系统频率调整的原理出发,阐述了电力系统负荷及常规电源的频率特性;基于常规机组二次调频过程的分析,对储能电池参与电网二次调频的控制方式进行选择与论证,构建了储能电池参与电力系统二次调频的控制框图。

分析了当前常用的储能电池仿真模型及其特点、电网二次调频的功率需求特点和储能电池参与二次调频的出力特征,论述了适用于二次调频的仿真模型要求及常用电池储能电源模型存在的主要问题;在剖析电池储能电源的内部结构组成及其参与二次调频的内在协调响应过程的基础上,提出了满足电网调频要求的电池储能电源等效仿真模型,进而构建了含电池储能电源的两区域互联电网频率响应模型。

为了解决电网调频需求和储能电池恢复需求之间的协调配合问题,实现储能电池和常规机组的优势互补,在研究电网区域控制偏差(area control error,ACE)与调频剩余容量关系的基础上,将储能电池运行状态划分为自恢复工况、调频工况和综合工况三种典型工作模式;利用Logistic回归函数的特性,提出了一种电池储能电源辅助火电机组参与二次调频的综合控制策略,实现了储能电池调频出力自适应调整和电池自恢复需求的有机统一,即提高了储能电池容量利用率,又能够有效改善调频效果。

设计应用探析储能系统参与电网调频控制技术黄婕（长沙航空职业技术学院，湖南长沙目前，储能系统参与电网调频控制是其继调峰之后非常具有潜力的发展方向，但传统的调频控制技术已经无法促进储能系统的高效运行，其作用远远达不到预期的目标。

基于这一情况，多角度分析了储能系统参与电网调频控制的相关问题，为电网调频控制技术的发展，为电力行业的进步提供一定的帮助。

Research on Energy Storage System Participating in Power Grid Frequency ModulationControl TechnologyHUANG JieChangsha Institute of Aeronautical Technology，Changshaenergy storage system’s participation in power grid frequency modulation control is a potentialbut traditional frequencypromote the efficient operation of energy storage system，its role is far from the expected goal.Based on this situation·　１７２　·一、二次调频控制信号一、二次调频机组出力（p u ）一次调频控制信号：f一次调频机组二次调频机组0.0350.0250.015-0.005-0.0050.020-0.02-0.04-0.06-0.08二次调频控制信号：ACE（a）控制信号050100150200050100150200（b）机组出力t/st/s图1 调频应用控制信号及机组出力对于这个问题，可以通过如下方式进行处理。

首先，在完成一次调频动作之后对二次调频进行屏蔽。

其次，在二次调频计算中纳入一次调频量，也就是在协调控制系统中直接在机组的负荷设定中加入一次调频的调节量。