[发明专利]基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能调频控制方法。本发明包括以下步骤：(1)设定频率上下限值，确定储能动作时刻。(2)当系统发生有功缺额，频率越过限值，储能开始参与调频。(3)第一阶段，扰动起始时刻，防止频率快速下滑，满足暂态频率偏差峰值要求，选用惯性和下垂控制；在最大频率偏差对应时刻将控制模式切换为下垂控制(4)第二阶段，当频率偏差达到稳态时刻，下垂控制切换为动态矩阵控制，使频率偏差进一步减小。本发明利用惯性下垂控制和动态矩阵控制对储能系统进行控制，在调频过程中不仅满足暂态频率偏差峰值要求，而且能起到无差调频效果。

技术领域

本发明涉及基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能系统调频控制方法，属于储能技术调频控制领域。

背景技术

当前，我国调频电源主要为火电机组，通过负荷频率控制来满足电网调频需求。但是火电机组响应时间慢，机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节偏差和调节反向等现象。亟需新的调频手段以满足电网调频需求。电池储能系统响应速度快，短时功率吞吐能力强，调节灵活。可在毫秒至秒内实现满功率输出，在额定功率内的任何功率点可以实现精准控制。电池储能系统与常规调频电源相结合，可有效提升系统调频能力。

目前，传统的电池储能系统调频控制方法主要是通过模拟发电机组的下垂特性。电池储能系统采用下垂控制，在微电网负载频繁受到扰动时，会使微电网的频率特性变差，特别是在具有间歇性特点的新能源中，需要抑制频率的频繁波动，防止可再生能源发电机和负载跳闸，同时基于下垂控制方法，这种控制方法只能减小而无法消除频率偏差。同时，防止负荷突增导致频率快速下降，采用惯性和下垂组合控制的方式来控制储能输出。若单独采用动态矩阵控制，调频快速性，抑制频率快速跌落和稳定性难以同时满足。

为了克服上述不足，本发明提出了基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的储能系统调频控制策略。动态矩阵控制是一种预测控制算法，是工业工程应用中最为广泛的预测控制算法之一。早在20世纪70年代起，它就成功地应用在炼油、化工等行业的过程控制中。其预测功能基于对象的开环阶跃响应模型，建模简单，采用滚动式有限时域优化策略，采用实时反馈矫正技术，可以有效地矫正因模型失配、时变和环境等引起地模型误差。动态矩阵控制的这种运行机制使得控制器能够利用过程模型预测系统在一定的控制作用之下未来的动态行为，在给定的约束条件和性能要求滚动地求解最优控制作用并实施当前控制，在滚动的每一步通过检测实时信息修正对未来动态行为地预测。

发明内容

针对传统电池储能系统调频控制器的不足，利用惯性、下垂和动态矩阵分段控制电池储能系统，以获得更好的控制性能，从而满足系统的运行需求。

本发明公开一种基于惯性下垂和动态矩阵分段控制的电池储能系统调频控制策略，包括：

S1：根据不同工况下不同需求，设定频率偏差上下限值，确定频率偏差死区范围，确定储能动作时刻；

S2：当系统发生大量的有功功率缺额，频率偏差越过死区域范围时，储能开始出力；

S3：第一阶段惯性和下垂控制联合控制：

在步骤S3中包括：

S31：在扰动起始时刻t₀，为防止频率快速下滑，满足暂态频率偏差峰值Δf_p的控制要求，以t₀时刻作为储能电池参与调频初始时刻，选用惯性和下垂联合控制模式；

S32：在最大频率频率偏差对应时刻将控制模式从惯性和下垂联合控制切换为下垂控制模式，当频率偏差达到稳态时刻t_ss，此时调频为有差调频，下垂控制模式准备切换为动态矩阵控制，

S4：第二阶段动态矩阵控制：

利用动态矩阵控制策略控制储能出力，给定有功功率输出值，使储能出力跟踪指令信号，使频率偏差进一步减小，接近于0。在步骤S4中包括：