技术摘要：
本发明涉及一种控制火电‑储能联合系统参与电网频率调节的方法，属于电力系统频率控制技术领域。本方法根据控制指令和运行状态信息，确定火电‑储能联合系统的调频工作状态；根据联合系统所属工作状态，计算联合系统有功出力的控制目标指令；基于火电机组和储能系统的  全部
背景技术：
在电力系统频率控制中，调频资源需要根据电网控制机构的规定和指令调节自身 有功出力，以帮助电网实现有功平衡和频率稳定。为了对调频资源的调节性能进行考核、鼓 励调频资源提高自身控制水平，电网控制机构对调频资源的调节效果是否满足电网需求进 行了具体规定，并根据规定对调频资源进行考核或补偿，实现奖优罚劣。 火电机组作为独立个体参与电网频率调节时，受限于爬坡速率、启停磨煤机等因 素，其调节性能优化空间有限。为了避免因性能不足受到的惩罚，并尽可能地通过提高调节 性能以对电网调频做出有益贡献从而获得调频收益，火电机组可引入储能系统与之配合， 形成火电-储能联合系统参与电网调频。由于储能系统具有响应时间短、爬坡速率快等优 势，与火电机组可形成有益互补，火电-储能联合系统的调节性能较火电机组单体具有显著 提升。然而，火电-储能联合系统参与电网调频时，存在协调控制问题，如何优化联合系统的 调节性能，充分发挥储能的调节性能优势，又减少储能因电量越限导致的不可用情况，成为 亟待解决的重点问题。 专利“一种火储联合系统的控制方法、储能装置及系统”(专利申请号： CN110768276A)、“储能装置辅助火电机组二次调频的控制方法及系统”(专利申请号： CN109066814A)公开了火电-储能联合系统参与电网二次调频的控制方法，旨在通过利用火 电机组和储能系统的协调，减少联合系统出力与电网指令的偏差。然而，这些控制方法中火 电机组仍采用现有控制模式，火电机组所收到并执行的控制指令与电网要求的指令完全系 统，储能系统对火电机组出力与电网指令的偏差进行补偿。该方法实现简单，但未能充分发 挥火电机组与储能系统的互补作用，可能导致火电机组或储能系统执行不必要的调节过 程；同时，也没有充分考虑储能的电量保护需求。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出一种控制火电-储能联合系统参 与电网频率调节的方法，考虑火电-储能联合系统参与电网一次、二次调频，充分发挥火电 机组与储能系统的互补作用，以提高联合系统在调频过程中的调节性能。 本发明提出的控制火电-储能联合系统参与电网频率调节的方法，该方法包括以 下步骤： (1)控制周期开始时，分别从火电机组的远程终端单元、火电机组的控制中心和储 能系统控制器读取数据，对电网频率的控制状态进行判断，具体步骤如下： (1-1)记电网的二次调频控制周期为T，当前控制周期开始时刻为t，从发电厂远程 终端单元RTU读取电网控制机构下发的二次调频控制指令PAGC(t)，从火电机组控制中心读 6 CN 111555371 A 说　明　书 2/9 页 取火电机组转速ω(t)、火电机组出力PG(t)，从储能系统控制器读取储能系统荷电状态SoC (t)(SoC(t)的取值范围为0-100％)和储能系统出力PE(t)； (1-2)计算火电机组转速偏差Δω(t)： Δω(t)＝ω(t)-ωref 式中，ωref为火电机组额定转速， 根据计算得到的转速偏差Δω(t)，对是否执行电网的一次调频进行判断：若火电 机组转速偏差Δω(t)大于等于电网规定的一次调频死区Δωdeadzone，即Δω(t)≥Δ ωdeadzone，则执行一次调频，将一次调频标志标记为Fprimary(t)＝1，并按照Fprimary(t)、Fprimary (t-T)、Fprimary(t-2T)…的顺序，搜索到第一个一次调频标志等于0的时刻Fprimary(t-mT)，记 当前所属一次调频过程的火电-储能联合系统基准出力为Pprimary(t)＝PG(t-mT) PE(t-mT)， 若Δω(t)＜Δωdeadzone，则将一次调频标志标记为Fprimary(t)＝0，并记Pprimary(t)＝PG(t) PE(t)； (1-3)对当前电网的二次调频阶段状态进行判断，包括如下步骤： (1-3-1)根据步骤(1-1)的火电机组出力PG(t)、储能系统出力PE(t)和二次调频控 制指令PAGC(t)，计算火电-储能联合系统总出力与电网二次调频控制指令PAGC(t)间的偏差 ΔPe-deviation(t)： ΔPe-deviation(t)＝PG(t) PE(t)-PAGC(t) 对偏差ΔPe-deviation(t)进行判断，若|ΔPe-deviation(t)|小于或等于电网规定的二 次调频死区ΔPdeadzone，即|ΔPe-deviation(t)|≤ΔPdeadzone，则火电-储能联合系统已完成二次 调频过程，并将二次调频标志标记为Fsecondary(t)＝0，若|ΔPe-deviation(t)|＞ΔPdeadzone，则 将二次调频标志标记为Fsecondary(t)＝1，并执行步骤(1-3-2)； (1-3-2)按照Fsecondary(t)、Fsecondary(t-T)、Fsecondary(t-2T)…的顺序，搜索到第一个 二次调频标志等于0的时刻Fsecondary(t-nT)，记当前所属二次调频过程火电-储能联合系统 出力的初始值为Psecondary(t)＝PG(t-nT) PE(t-nT)，计算火电-储能联合系统总出力与电网 二次调频出力初始值Psecondary(t)的偏差ΔPs-deviation(t)： ΔPs-deviation(t)＝PG(t) PE(t)-Psecondary(t) 对偏差ΔPs-deviation(t)进行判断，若|ΔPs-deviation(t)|大于或等于二次调频死区 ΔPdeadzone，则当前电网处于二次调频爬坡阶段，将电网二次调频标志标记为Fsecondary(t)＝ 1；若|ΔPs-deviation(t)|小于电网二次调频死区ΔPdeadzone则当前尚未出二次调频控制死区， 将二次调频标志标记为Fsecondary(t)＝2； (2)根据步骤(1-2)的火电-储能联合系统所属一次调频控制状态Fprimary(t)，计算 火电-储能联合系统调频控制目标指令Pcommand(t)： 若Fprimary(t)＝1，则火电-储能联合系统执行一次调频，并使Pcommand(t)＝Pprimary (t)-δ·Δω(t)，其中δ为一次调差系数，δ的取值范围为3-5％，并标记火电-储能联合系统 控制状态StateG&E(t)＝1； 若Fprimary(t)＝0，则火电-储能联合系统执行二次调频，令Pcommand(t)＝PAGC(t)，并 标记火电-储能联合系统控制状态StateG&E(t)＝2； (3)基于火电机组和储能系统的运行约束，建立用于求解火电机组和储能系统控 制指令的优化模型，具体步骤包括： 7 CN 111555371 A 说　明　书 3/9 页 (3-1)确定优化模型的目标函数： 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝1，且Pcommand(t)≥Pprimary(t)，或火 电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Pcommand(t)≥Psecondary(t)，则控制目标J设 定为： 式中，α1、α2、α3和α4为权重系数，α1、α2、α3和α4的取值范围分别为0-1，I[·]为指示 函数，当方括号内的不等式成立时，I[·]＝1，方括号内的不等式不成立时，则I[·]＝0； SoCreference为储能系统荷电状态基准值，SoCreference取值为50％，PG(t iT)、PE(t iT)、SoC(t iT)分别为t iT时刻火电机组出力、储能系统出力和储能系统荷电状态，Nc为控制时域长 度，Prate为火电机组额定容量； 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝1，且Pcommand(t)＜Pprimary(t)，或火 电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Pcommand(t)＜Psecondary(t)，则控制目标J设 定为： (3-2)确定优化模型的约束条件，包括： a、火电机组容量约束和爬坡速率约束： PG,min≤PG(t iT)≤PG,max,i＝1,2,...,Nc PG(t iT)-RG,down·T≤PG(t iT T)≤PG(t iT) RG,up·T,i＝0,1,...,Nc-1 其中，PG,max、PG,min分别为火电机组出力上限和下限，RG,up、RG,down分别为火电机组向 上和向下的爬坡速率极限； b、储能系统功率约束和剩余能量约束： PE,min≤PE(t iT)≤PE,max,i＝1,2,...,Nc SoC(t iT T)＝SoC(t iT) PE(t iT)·T/Erate,i＝0,1,...,Nc-1 SoCmin≤SoC(t iT)≤SoCmax,i＝1,2,...,Nc 8 CN 111555371 A 说　明　书 4/9 页 其中，PE ,max、PE ,min分别为储能系统出力上限和下限，Erate为储能系统额定容量， SoCmax、SoCmin分别为储能系统荷电状态的上限和下限； (4)根据火电-储能联合系统所属控制状态和二次调频阶段，确定目标函数中权重 取值，求解优化控制模型，并向火电机组和储能系统控制装置发送控制指令，具体步骤如 下： (4-1)根据火电-储能联合系统所属控制状态和二次调频阶段，选取目标函数中权 重取值： 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝1，火电-储能联合系统仅执行一 次调频，设置α1＝α2＝0，α3和α4的取值范围分别为0-1； 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Fsecondary(t)＝0，则火电-储 能联合系统已完成二次调频，设置α1＝α2＝0，α3和α4的取值范围分别为0-1； 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Fsecondary(t)＝1，则火电-储 能联合系统处于二次调频爬坡阶段，设置α1＝α3＝0，α2和α4的取值范围分别为0-1； 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Fsecondary(t)＝2，则火电-储 能联合系统尚未出二次调频控制死区，设置α2＝α3＝0，α1和α4的取值范围分别为0-1； (4-2)求解步骤(3)的优化控制模型： 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝1，且Pcommand(t)≥Pprimary(t)，或火 电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Pcommand(t)≥Psecondary(t)，则步骤(3)的优 化控制模型转化为： 满足： PG(t iT) PE(t iT)-Psecondary(t)-ΔPdeadzone≤y1,iM1,i,i＝1,2,...,Nc PG(t iT) PE(t iT)-PAGC(t) ΔPdeadzone≤y2,iM2,i,i＝1,2,...,Nc PG,min≤PG(t iT)≤PG,max,i＝1,2,...,Nc PG(t iT)-RG,down·T≤PG(t iT T)≤PG(t iT) RG,up·T,i＝0,1,...,Nc-1 PE,min≤PE(t iT)≤PE,max,i＝1,2,...,Nc SoC(t iT T)＝SoC(t iT) PE(t iT)·T/Erate,i＝0,1,...,Nc-1 SoCmin≤SoC(t iT)≤SoCmax,i＝1,2,...,Nc 若火电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝1，且Pcommand(t)＜Pprimary(t)，或火 电-储能联合系统控制状态为StateG&E(t)＝2，且Pcommand(t)＜Psecondary(t)，则步骤(3)的优 化控制模型转化为： 9 CN 111555371 A 说　明　书 5/9 页 满足： PG(t iT) PE(t iT)-Psecondary(t) ΔPdeadzone≥-y1,iM1,i,i＝1,2,...,Nc PG(t iT) PE(t iT)-PAGC(t)-ΔPdeadzone≥-y2,iM2,i,i＝1,2,...,Nc PG,min≤PG(t iT)≤PG,max,i＝1,2,...,Nc PG(t iT)-RG,down·T≤PG(t iT T)≤PG(t iT) RG,up·T,i＝0,1,...,Nc-1 PE,min≤PE(t iT)≤PE,max,i＝1,2,...,Nc SoC(t iT T)＝SoC(t iT) PE(t iT)·T/Erate,i＝0,1,...,Nc-1 SoCmin≤SoC(t iT)≤SoCmax,i＝1,2,...,Nc 式中，y1 ,i、y2,i为用以指示不等式约束是否起作用的整数变量，y1 ,i、y2,i的取值分 别为0或1，、M2,i的取值分别为充分大的正数； (4-3)采用混合整数二次规划方法，求解上述优化控制模型，将求解得到的火电机 组出力PG(t T)和储能系统出力PE(t T)作为控制指令，分别发送至火电机组和储能系统的 控制装置，实现对火电-储能联合系统参与电网频率调节的控制。 本发明提出的控制火电-储能联合系统参与电网频率调节的方法，其特点和优点 是： 本发明方法考虑了火电-储能联合系统参与电网一次、二次调频的不同场景，适用 于全工况场景，避免了实时运行过程中的控制策略切换。本发明方法通过建立考虑火电机 组和储能系统模型的优化模型，可充分发挥火电机组与储能系统的互补作用。同时，通过引 入不同调节性能指标，使得控制方法具有较高的灵活性和普适性。 附图说明 图1是本发明提出的控制火电-储能联合系统参与电网频率调节的方法的流程图。