一种混合储能用于一次调频的能量管理方法及系统与流程

1.本发明涉及混合储能管理领域，特别涉及一种混合储能用于一次调频的能量管理方法及系统。


背景技术：

2.当前随着社会用电量的日益增大，电网规模逐渐扩大，电网的调频需求也越来越大。储能系统作为双向的能量组件，是高质量调频需求的供应主力。当前主要采用电化学储能作为电网一次调频的储能组件，但是蓄电池在实际应用于调频中时，存在容量利用率低、充放电频繁导致soc测量误差、响应速度不理想等问题。
3.使用功率型的高速储能搭配能量型的电化学储能，是当前混合储能调频的大方向。目前采用电化学-飞轮混合储能搭配方式的研究还比较少。目前还没有应用于此类混合储能的一次调频能量管理方法。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术混合储能的问题，提供了一种混合储能用于一次调频的能量管理方法及系统，该方法能够充分发挥飞轮储能和电化学储能各自的优势，规避各自的劣势，让储能系统运行在高效的状态，提高储能系统寿命。
5.为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
6.一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，包括以下步骤：
7.根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；
8.对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；
9.向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。
10.作为本发明的进一步改进，所述下垂曲线死区、斜率和极值采用手动调节方式或自动调节方式调整。
11.作为本发明的进一步改进，所述根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，具体方法为：
[0012][0013]
其中，pbmax为电化学储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，fbmin为电化学储能输出刚刚达到pbmax(放电)时电网的频率，fbmax为电化学储能输出刚刚达到-pbmax(充电)时电网的频率；pfwmax为飞轮储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，ffwmin为飞轮储能输出刚刚达到pfwmax(放电)时电网的频率，ffwmax为飞轮储能输出刚刚达到-pfwmax(充电)时电网的频率；
[0014]
fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；
[0015]
socb为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；socbmin为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。
[0016]
作为本发明的进一步改进，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核是根据上一时刻的输出功率限制电化学储能输出爬坡率，缺额功率由飞轮储能承担。
[0017]
作为本发明的进一步改进，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核具体包括：
[0018]
如果
[0019]
则按照以下方法计算：
[0020][0021]
pfwmax(充电)时电网的频率；
[0032]
fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；
[0033]
socb为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；socbmin为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。
[0034]
所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核具体包括：
[0035]
如果
[0036]
则按照以下方法计算：
[0037][0038][0039]
式中，pb*(t)为t时刻电化学储能的输出功率指令；pb*(t-1)为t-1时刻电化学储能的输出功率指令；kmax为电化学储能最大爬坡系数，单位为mw/s；
△
t为相邻指令生成时间间隔，单位为s；p
fw
*(t)为t时刻飞轮储能的输出功率指令。
[0040]
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。
[0041]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。
[0042]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0043]
本发明所述的混合系统一次调频方案基于参数可变的双下垂曲线，能够充分发挥飞轮储能和电化学储能各自的优势，让储能系统运行在高效的状态，提高电化学的储能系统寿命。同时，飞轮-电化学混合储能也可以有效提高电力辅助服务市场中储能功率响应效果的评分系数，直接提高了储能设施的经济效益。
附图说明
[0044]
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：
[0045]
图1是飞轮-电化学混合一次调频控制方法流程图；
[0046]
图2是飞轮-电化学混合一次调频控制系统简图；
[0047]
图3是参数可变的双下垂曲线；
[0048]
图4是算例典型电网系统；
[0049]
图5是负荷突减时系统频率波动图；
[0050]
图6是负荷突减是飞轮-电化学混合储能系统功率输出图。
[0051]
图7为本发明优选实施例电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0052]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0053]
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
[0054]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0055]
如图1所示，本发明是一种将飞轮-电化学混合储能系统应用于电力系统一次调频的能量管理方法，包括以下方面：
[0056]
根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；
[0057]
对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；
[0058]
向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。
[0059]
其中，飞轮与电化学共用的频率感知模块，将频率偏差分别传递给两种储能系统的一次调频控制中心；飞轮与电化学根据各自的特点采用双下垂控制曲线；根据储能系统的当前状态对双下垂曲线的死区设定、斜率设定、极限功率设定进行即时设定优化，向储能模块传输功率信号。
[0060]
本发明混合系统一次调频方案基于参数可变的双下垂曲线，配合电化学储能的功率爬坡校核，能够充分发挥飞轮储能和电化学储能各自的优势，让储能系统运行在高效的状态，提高电化学的储能系统寿命。
[0061]
本发明所述的混合系统一次调频方案基于参数可变的双下垂曲线，能够充分发挥飞轮储能和电化学储能各自的优势，规避各自的劣势，让储能系统运行在高效的状态，提高储能系统寿命。
[0062]
本发明将参数可变的双下垂曲线应用于飞轮-电化学混合储能系统参与的电力系统一次调频领域，包含以下方面：
[0063]
(1)构建飞轮-电化学混合储能一次调频控制系统，包括频率偏差感知模块，下垂曲线生成模块，虚拟惯性模块，参考功率生成模块，如图2所示。
[0064]
(2)参数可变的双下垂曲线如图3所示，进行一次调频下垂曲线参数设定，可以根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态采用手动调节方式或自动调节方式调整下垂曲线死区、斜率、极值。具体调节方式如下表：
[0065][0066]
其中，pbmax为电化学储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，fbmin为电化学储能输出刚刚达到pbmax(放电)时电网的频率，fbmax为电化学储能输出刚刚达到-pbmax(充电)时电网的频率；pfwmax为飞轮储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，ffwmin为飞轮储能输出刚刚达到pfwmax(放电)时电网的频率，ffwmax为飞轮储能输出刚刚达到-pfwmax(充电)时电网的频率；
[0067]
fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；
[0068]
socb为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；socbmin为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。
[0069]
(3)接收当前交流系统的频率，根据双下垂曲线和虚拟惯性参数分别生成飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率。
[0070]
(4)进行参考功率校核，根据上一时刻的输出功率限制电化学储能输出爬坡率，缺额功率由飞轮储能承担。校核式具体如下(以放电情形为例)：
[0071]
if
[0072][0073]
then
[0074]
[0075][0076]
式中，pb*(t)为t时刻电化学储能的输出功率指令；pb*(t-1)为t-1时刻电化学储能的输出功率指令；kmax为电化学储能最大爬坡系数，单位为mw/s；
△
t为相邻指令生成时间间隔，单位为s；p
fw
*(t)为t时刻飞轮储能的输出功率指令。
[0077]
(5)向混合储能系统传递功率参考值，控制实际的输出功率。
[0078]
本发明基于参数可变的双下垂曲线的一次调频策略的优点体现在：
[0079]
1)双下垂曲线保证了对于频率的小幅度波动，电化学储能不输出功率，避免了频繁充放电；可变参数的下垂曲线保证了下垂策略根据储能的荷电状态及时调整，提高了电化学储能的利用效率。
[0080]
2)参考功率生成后进行的功率校核，有效的限制了电化学储能的输出爬坡率，使得电化学储能由于功率变化过大造成的soc测量误差得到减小，变相减小了电化学储能的离线检修频次。
[0081]
如图4所示的等效电网系统，随着负荷的波动，系统频率随之变化。先在系统内接入飞轮储能(1mw，5mj，最大满放时间5s)和蓄电池(2mw，1mwh，最大满放时间30min)组成的混合储能系统，参与系统的一次调频。
[0082]
(1)1s时负荷突减，系统频率上升，只接入电化学储能，以及接入飞轮-电化学混合储能系统，电网频率波动如图5所示。。
[0083]
(2)接入飞轮-电化学混合储能系统，飞轮储能和电化学储能的输出功率如图6所示。
[0084]
如图2所示，本发明的另一目的在于提出一种混合储能用于一次调频的能量管理系统，包括：
[0085]
频率偏差感知模块，用于获取当前交流系统的频率偏差；
[0086]
虚拟惯性模块，用于得到飞轮储能和电化学储能虚拟惯性参数；
[0087]
下垂曲线生成模块，用于根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；
[0088]
参考功率生成模块，根据获取的当前交流系统的频率偏差，根据双下垂曲线和虚拟惯性参数分别生成飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率；
[0089]
参考功率校核模块，对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。
[0090]
所述根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，具体方法为：
[0091]
[0092][0093]
其中，pbmax为电化学储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，fbmin为电化学储能输出刚刚达到pbmax(放电)时电网的频率，fbmax为电化学储能输出刚刚达到-pbmax(充电)时电网的频率；pfwmax为飞轮储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，ffwmin为飞轮储能输出刚刚达到pfwmax(放电)时电网的频率，ffwmax为飞轮储能输出刚刚达到-pfwmax(充电)时电网的频率；
[0094]
fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；
[0095]
socb为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；socbmin为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。
[0096]
其中，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核具体包括：
[0097]
如果
[0098]
则按照以下方法计算：
[0099][0100][0101]
式中，pb*(t)为t时刻电化学储能的输出功率指令；pb*(t-1)为t-1时刻电化学储能的输出功率指令；kmax为电化学储能最大爬坡系数，单位为mw/s；
△
t为相邻指令生成时间间隔，单位为s；p
fw
*(t)为t时刻飞轮储能的输出功率指令。
[0102]
如图7所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。
[0103]
所述混合储能用于一次调频的能量管理方法包括以下步骤：
[0104]
根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；
[0105]
对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；
[0106]
向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。
[0107]
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。
[0108]
所述混合储能用于一次调频的能量管理方法包括以下步骤：
[0109]
根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；
[0110]
对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；
[0111]
向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。
[0112]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0113]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0114]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0115]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0116]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。2.根据权利要求1所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，所述下垂曲线死区、斜率和极值采用手动调节方式或自动调节方式调整。3.根据权利要求1所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，所述根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，具体方法为：体方法为：其中，pbmax为电化学储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，fbmin为电化学储能输出刚刚达到pbmax(放电)时电网的频率，fbmax为电化学储能输出刚刚达到-pbmax(充电)时电网的频率；pfwmax为飞轮储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，ffwmin为飞轮储能输出刚刚达到pfwmax(放电)时电网的频率，ffwmax为飞轮储能输出刚刚达到-pfwmax(充电)时电网的频率；fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；soc
b
为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；
soc
b
min为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。4.根据权利要求1所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核是根据上一时刻的输出功率限制电化学储能输出爬坡率，缺额功率由飞轮储能承担。5.根据权利要求1所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核具体包括：如果则按照以下方法计算：则按照以下方法计算：式中，p
b
*(t)为t时刻电化学储能的输出功率指令；p
b
*(t-1)为t-1时刻电化学储能的输出功率指令；kmax为电化学储能最大爬坡系数，单位为mw/s；
△
t为相邻指令生成时间间隔，单位为s；p
fw
*(t)为t时刻飞轮储能的输出功率指令。6.一种混合储能用于一次调频的能量管理系统，其特征在于，包括：频率偏差感知模块，用于获取当前交流系统的频率偏差；虚拟惯性模块，用于得到飞轮储能和电化学储能虚拟惯性参数；下垂曲线生成模块，用于根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；参考功率生成模块，根据获取的当前交流系统的频率偏差，根据双下垂曲线和虚拟惯性参数分别生成飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率；参考功率校核模块，对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。7.根据权利要求6所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理系统，其特征在于，所述根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，具体方法为：
其中，pbmax为电化学储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，fbmin为电化学储能输出刚刚达到pbmax(放电)时电网的频率，fbmax为电化学储能输出刚刚达到-pbmax(充电)时电网的频率；pfwmax为飞轮储能在一次调频功能中允许输出的最大功率，ffwmin为飞轮储能输出刚刚达到pfwmax(放电)时电网的频率，ffwmax为飞轮储能输出刚刚达到-pfwmax(充电)时电网的频率；fbgatemax和fbgatemin为电化学储能一次调频功能的频率死区上、下限值；ffwgatemax和ffwgatemin为飞轮储能一次调频功能的频率死区上、下限值；soc
b
为电化学储能当前的荷电状态比例；soc
fw
为飞轮储能当前的荷电状态比例；soc
b
min为电化学储能所允许的最低荷电状态比例；soc
fw
min为飞轮储能所允许的最低荷电状态比例。8.根据权利要求7所述的一种混合储能用于一次调频的能量管理方法，其特征在于，所述对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核具体包括：如果则按照以下方法计算：则按照以下方法计算：式中，p
b
*(t)为t时刻电化学储能的输出功率指令；p
b
*(t-1)为t-1时刻电化学储能的输出功率指令；kmax为电化学储能最大爬坡系数，单位为mw/s；
△
t为相邻指令生成时间间隔，
单位为s；p
fw
*(t)为t时刻飞轮储能的输出功率指令。9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述混合储能用于一次调频的能量管理方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种混合储能用于一次调频的能量管理方法及系统，包括以下步骤：根据飞轮储能和电化学储能当前应用场景和荷电状态调整下垂曲线死区、斜率、极值，并进行飞轮储能和电化学储能的一次调频下垂曲线参数的设定，得到双下垂曲线；对飞轮储能的参考功率与电化学储能的参考功率进行参考功率校核得到校核的功率参考值；向混合储能系统传递校核的功率参考值，用于控制实际的输出功率。该方法能够充分发挥飞轮储能和电化学储能各自的优势，规避各自的劣势，让储能系统运行在高效的状态，提高储能系统寿命。提高储能系统寿命。提高储能系统寿命。


技术研发人员：李铮 郭小江 汤海雁 杨萍 申旭辉 孙栩 赵瑞斌 付明志 潘霄峰 秦猛 李春华 王鸿策 关何格格
受保护的技术使用者：华能集团技术创新中心有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8