中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻及調(diào)峰的綜合控制策略
丁明, 施建雄, 韓平平, 林子豪, 張宇
（安徽省新能源利用與節(jié)能省級(jí)實(shí)驗(yàn)室（合肥工業(yè)大學(xué)），安徽 合肥 230009）
摘要：針對(duì)新能源發(fā)電逐步取代火電導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)頻能力下降的問題，搭建了一種光儲(chǔ)（photovoltaic-energy storage, PV-ES）系統(tǒng)模型，提出利用逆變器空閑容量參與系統(tǒng)調(diào)頻/調(diào)峰的控制策略；設(shè)置儲(chǔ)能電池禁用區(qū)、調(diào)頻區(qū)、調(diào)峰充電區(qū)、調(diào)峰放電區(qū)4類荷電狀態(tài)分區(qū)，保證儲(chǔ)能電池的調(diào)峰和調(diào)頻2種模式能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行；構(gòu)造了基于荷電狀態(tài)（state of charge, SOC）反饋的儲(chǔ)能電池的最大出力約束系數(shù)來優(yōu)化其出力，延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池的使用壽命；最后，在MATLAB/Simulink軟件中搭建光儲(chǔ)系統(tǒng)仿真模型。典型算例仿真和經(jīng)濟(jì)性分析表明：在所提控制策略下光儲(chǔ)系統(tǒng)能夠利用逆變器空余容量參與電網(wǎng)的調(diào)頻/調(diào)峰，該控制策略有實(shí)際推廣意義。
引文信息
丁明, 施建雄, 韓平平, 等. 光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻及調(diào)峰的綜合控制策略[J]. 中國(guó)電力, 2021, 54(1): 116-123, 174.
DING Ming, SHI Jianxiong, HAN Pingping, et al. An integrated control strategy for photovoltaic-energy storage system participating in frequency regulation and peak shaving of power grid[J]. Electric Power, 2021, 54(1): 116-123, 174.
引言
傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)頻任務(wù)主要由火電機(jī)組承擔(dān)，隨著電網(wǎng)中新能源比例的快速增長(zhǎng)，火電機(jī)組逐漸退出，系統(tǒng)中的調(diào)頻容量迅速減小，電網(wǎng)的調(diào)頻能力下降。因此要求電網(wǎng)中的可再生能源具有調(diào)頻能力，來彌補(bǔ)隨著火電機(jī)組退出而減小的調(diào)頻機(jī)組容量[1-3]。
在光伏系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻[4-5]方面，目前的研究主要分為光伏電站單獨(dú)參與電網(wǎng)調(diào)頻和新能源與儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻2種方式。
在光伏電站單獨(dú)參與電網(wǎng)調(diào)頻的控制策略方面，文獻(xiàn)[6]中并網(wǎng)光伏電站采用功率差值控制模式，針對(duì)不同的光照參數(shù)，使光伏電站在浮動(dòng)的減載水平下運(yùn)行，具備向上/向下調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率的能力；文獻(xiàn)[7]提出一種基于變減載控制的光伏發(fā)電參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的控制方法，依據(jù)電網(wǎng)頻率改變減載率，能夠同時(shí)參與向上/向下的電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)；文獻(xiàn)[8]在光伏、風(fēng)電均采用減載控制的基礎(chǔ)上，考慮到光伏相對(duì)于風(fēng)電功率調(diào)節(jié)更為便捷，提出光伏、風(fēng)電分段參與電網(wǎng)調(diào)頻的控制方案，優(yōu)先采用光伏參與電網(wǎng)調(diào)頻。
然而，這種光伏單獨(dú)參與調(diào)頻的方式，其效果與光伏出力情況密切相關(guān)，預(yù)留光伏出力的調(diào)頻方式會(huì)導(dǎo)致棄光、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性變差，且考慮到光伏出力的波動(dòng)性和隨機(jī)性[9-12]，此方式不宜作為電力系統(tǒng)的主要調(diào)頻方式。因此，當(dāng)前光伏減載調(diào)頻尚未得到實(shí)際的推廣和應(yīng)用。
在新能源與儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻方面，主要依靠?jī)?chǔ)能電池調(diào)節(jié)聯(lián)合系統(tǒng)的出力[13-14]來參與電網(wǎng)調(diào)頻。文獻(xiàn)[15]指出，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)今已具備電網(wǎng)調(diào)頻能力，是儲(chǔ)能在電力領(lǐng)域最接近商業(yè)運(yùn)營(yíng)的典型應(yīng)用。文獻(xiàn)[16]建立了風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)電與光伏系統(tǒng)均采用雙環(huán)控制策略，保證最大功率輸出，儲(chǔ)能電池通過控制并網(wǎng)點(diǎn)頻率確定儲(chǔ)能電池的輸出功率，以平抑風(fēng)光輸出的功率波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)出力，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)頻率影響最小。文獻(xiàn)[17]建立了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，儲(chǔ)能電池優(yōu)先響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)頻任務(wù)。當(dāng)儲(chǔ)能電池調(diào)頻能力不足時(shí)，風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻，有效減少了風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻的動(dòng)作次數(shù)。
在光伏電站中加入儲(chǔ)能電池，使儲(chǔ)能電池與光伏系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合參與電網(wǎng)的調(diào)頻，可以避免光伏系統(tǒng)單獨(dú)參與電網(wǎng)調(diào)頻時(shí)需要預(yù)留光伏出力的不經(jīng)濟(jì)問題或風(fēng)電單獨(dú)調(diào)頻時(shí)頻繁動(dòng)作的問題，且由于儲(chǔ)能電池充放電的可控性和穩(wěn)定性，光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻相較于光伏系統(tǒng)單獨(dú)參與電網(wǎng)調(diào)頻可靠性更高。
但是上述文獻(xiàn)中，并網(wǎng)逆變器均按照新能源與儲(chǔ)能電池最大出力之和配置，光伏只有在中午光照強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)、風(fēng)電只有在風(fēng)力最大時(shí)才能達(dá)到滿發(fā)，除此以外逆變器容量都有空閑，造成浪費(fèi)。另外根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，24 h中99%以上的時(shí)間，系統(tǒng)頻率處于光儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)頻死區(qū)（頻率偏差在±0.06 Hz以內(nèi)）[14, 18-19]，承擔(dān)調(diào)頻功能的儲(chǔ)能電池不動(dòng)作，處于閑置狀態(tài)。
為充分利用逆變器空閑容量以及儲(chǔ)能電池容量，實(shí)現(xiàn)收益最大化，考慮利用逆變器空閑容量和調(diào)頻死區(qū)內(nèi)儲(chǔ)能電池的閑置容量使儲(chǔ)能電池參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)峰。基于此，本文提出了一種光儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)頻和調(diào)峰的綜合控制策略：儲(chǔ)能電池根據(jù)電網(wǎng)頻率確定自己的出力目標(biāo)；對(duì)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行了分區(qū)，確保儲(chǔ)能電池能夠協(xié)調(diào)調(diào)頻/調(diào)峰兩種模式；設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電池基于荷電狀態(tài)反饋的儲(chǔ)能電池最大出力約束系數(shù)，優(yōu)化儲(chǔ)能電池的出力特性。最后，在MATLAB/Simulink軟件中搭建光儲(chǔ)系統(tǒng)模型，進(jìn)行算例仿真和經(jīng)濟(jì)性分析，驗(yàn)證本文所提的光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)峰的綜合控制策略的有效性。
1 光儲(chǔ)系統(tǒng)模型與綜合控制策略
1.1 光儲(chǔ)系統(tǒng)模型
本文方法適用于組串式光伏電站中的單個(gè)組串，組串式光伏并網(wǎng)逆變器采用DC/DC換流器與DC/AC變換器集成化設(shè)計(jì)（型號(hào)為SG30KTL-M），換流器與變換器之間沒有接口，故儲(chǔ)能換流器只能接在光伏并網(wǎng)逆變器直流側(cè)。建立如圖1所示的光儲(chǔ)系統(tǒng)模型。
圖1 光儲(chǔ)系統(tǒng)模型
Fig.1 PV-ES system model
圖1中，光伏并網(wǎng)逆變器分為兩級(jí)，前一級(jí)為DC/DC Boost電路，采集光伏電池輸出電流 IPV 和直流母線電壓 UDC ，用于直流電壓的調(diào)整和最大功率跟蹤，在光照和溫度變化時(shí)仍能獲得光伏電池的最大的輸出功率；后一級(jí)為三相全橋式DC/AC變換器，其輸出功率經(jīng)過升壓后并網(wǎng)。
實(shí)際光伏電站中，光伏并網(wǎng)逆變器中的DC/DC Boost換流器使用了單向開關(guān)管，因此光伏并網(wǎng)逆變器只支持功率由光伏側(cè)向電網(wǎng)側(cè)單向流動(dòng)。在光儲(chǔ)系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池吸收的功率均來自光伏。
儲(chǔ)能換流器為DC/DC Boost電路，根據(jù)本文提出的控制策略來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的充放電。
1.2 綜合控制策略
根據(jù)電網(wǎng)頻率不同，儲(chǔ)能電池可工作于調(diào)頻/調(diào)峰2種工作模式。在這2種模式下，光儲(chǔ)系統(tǒng)的控制包括3個(gè)主要環(huán)節(jié)：（1）光伏系統(tǒng)采用最大功率跟蹤（maximum power point tracking, MPPT）控制，光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)檢測(cè)電網(wǎng)頻率，判定頻率是否處于調(diào)頻死區(qū)。（2）電網(wǎng)頻率處于調(diào)頻死區(qū)內(nèi)時(shí)，儲(chǔ)能電池運(yùn)行于調(diào)峰模式，此時(shí)依據(jù)調(diào)峰時(shí)段，控制儲(chǔ)能電池充放電；電網(wǎng)頻率超出調(diào)頻死區(qū)時(shí)，儲(chǔ)能電池運(yùn)行于調(diào)頻模式，根據(jù)頻率偏移方向得到儲(chǔ)能電池初級(jí)參考功率。（3）與逆變器空閑容量比較，取兩者中較小值作為儲(chǔ)能電池次級(jí)參考功率，經(jīng)儲(chǔ)能電池最大出力約束系數(shù)優(yōu)化后作為儲(chǔ)能電池最終參考功率。得到綜合控制策略流程如圖2所示。
圖2 綜合控制流程
Fig.2 Integrated control flowchart
圖2中，帶箭頭的實(shí)線為功率傳輸線，帶箭頭的虛線為信號(hào)傳輸線。f 為系統(tǒng)檢測(cè)到的電網(wǎng)頻率， Δf=f?50 ， Ppv 為光伏出力， Pvsc 為逆變器最大容量， P′vsc 為逆變器空閑容量， P′ess 為儲(chǔ)能電池初級(jí)參考功率， P′′ess 為儲(chǔ)能電池次級(jí)參考功率， Pess 為儲(chǔ)能電池最終參考功率，λSOC 為儲(chǔ)能電池最大出力約束系數(shù)。
P′ess ， P′vsc ， P′′ess ， λSOC ， Pess 的具體含義將在第2節(jié)中詳細(xì)介紹。
2 儲(chǔ)能電池能量管理策略
基于光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)峰綜合控制策略，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)分區(qū)以及儲(chǔ)能電池在不同的頻率區(qū)間的能量管理策略。
2.1 儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)分區(qū)
在本文所提出的控制策略中，調(diào)頻模式的優(yōu)先級(jí)高于調(diào)峰模式。為確保在調(diào)峰過程中儲(chǔ)能電池為調(diào)頻模式留有容量裕度，對(duì)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)進(jìn)行分區(qū)時(shí)，須考慮2種情況：（1）儲(chǔ)能電池過充/過放會(huì)損傷電池，為避免此情況，調(diào)頻模式下儲(chǔ)能電池充放電的荷電狀態(tài)區(qū)間為（SOCmin，SOCmax），充電達(dá)到上限SOCmax時(shí)不再充電，放電達(dá)到下限SOCmin時(shí)不再放電。（2）為確保儲(chǔ)能電池在調(diào)峰模式下為調(diào)頻模式留有容量裕度，因此設(shè)定儲(chǔ)能電池在調(diào)峰模式下，充電上限為SOChigh，放電下限為SOClow。得到儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)分區(qū)如圖3所示。
圖3 儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)分區(qū)
Fig.3 SOC zone of energy storage battery
2.2 儲(chǔ)能電池調(diào)峰模式數(shù)學(xué)模型
在調(diào)峰模式下，儲(chǔ)能電池充放電的時(shí)長(zhǎng)在小時(shí)級(jí)，因此儲(chǔ)能電池可以根據(jù)自身容量大小，采取較小功率進(jìn)行充放電，以此來延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池的使用壽命。在實(shí)際工程中，未考慮荷電狀態(tài)約束時(shí)，調(diào)峰模式下通常設(shè)置0.3倍儲(chǔ)能電池額定功率為初級(jí)參考功率進(jìn)行充放電。
根據(jù)調(diào)度中心指令，在保證儲(chǔ)能電池不過充/過放的前提下，為儲(chǔ)能電池的調(diào)頻模式留有一定容量裕度。因此設(shè)置儲(chǔ)能電池在調(diào)峰模式下的初級(jí)參考功率與荷電狀態(tài)約束為
式中：Pe 為儲(chǔ)能電池的額定功率；規(guī)定放電為正方向。
2.3 儲(chǔ)能電池調(diào)頻模式數(shù)學(xué)模型
在電網(wǎng)頻率超出調(diào)頻死區(qū)后，儲(chǔ)能電池運(yùn)行于調(diào)頻模式。調(diào)頻模式要求儲(chǔ)能電池能夠在短時(shí)間內(nèi)盡可能多吸收或發(fā)出功率來支撐電網(wǎng)頻率，因此，調(diào)頻模式下設(shè)置儲(chǔ)能電池以額定功率進(jìn)行充放電。
在保證不過充/過放的前提下，儲(chǔ)能電池根據(jù)電網(wǎng)頻率的偏移方向進(jìn)行充放電，設(shè)置儲(chǔ)能電池在調(diào)頻模式下的初級(jí)參考功率與荷電狀態(tài)約束為
2.5 基于SOC反饋的儲(chǔ)能電池最大出力約束設(shè)計(jì)
儲(chǔ)能電池響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)峰需求時(shí)，如果以恒功率充放電，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電池?zé)o法完全充滿或完全釋放電能，從而浪費(fèi)儲(chǔ)能電池的容量，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的儲(chǔ)能電池最大出力約束系數(shù) λSOC ，使儲(chǔ)能電池以變化的充放電功率參與電網(wǎng)的調(diào)頻/調(diào)峰。
（1）當(dāng)儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)較高時(shí)（SOC＞50%），按照 P′′ess 進(jìn)行放電；當(dāng)放電到儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)較低時(shí)（SOC＜50%），為充分利用儲(chǔ)能電池容量以及避免過放，儲(chǔ)能電池以 P′′ess 乘以一個(gè)小于1的 λSOC 進(jìn)行放電，且 λSOC 隨荷電狀態(tài)下降而越小。
（2）當(dāng)儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)較低時(shí)（SOC＜50%），按照 P′′ess 進(jìn)行充電，當(dāng)充電到儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)較高時(shí)（SOC>50%），為充分利用儲(chǔ)能電池容量以及避免過充，儲(chǔ)能電池以 P′′ess 乘以一個(gè)小于1的 λSOC 進(jìn)行充電，且 λSOC 隨荷電狀態(tài)上升而減小。
充放電狀態(tài)下， λSOC 如式（5）、式（6）和圖4所示。
圖4 儲(chǔ)能電池最大出力約束系數(shù)
Fig.4 The maximum output constraint coefficient of the energy storage battery
綜上，當(dāng)儲(chǔ)能電池出力以上述最大出力約束系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以保證儲(chǔ)能電池具有快速響應(yīng)的能力，同時(shí)又能充分利用儲(chǔ)能電池的容量并且避免儲(chǔ)能電池過充/過放，延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池的使用壽命。
3 仿真驗(yàn)證
3.1 仿真參數(shù)設(shè)置
根據(jù)圖1搭建光儲(chǔ)系統(tǒng)仿真模型。其中光伏電池滿發(fā)功率為30 kW，儲(chǔ)能電池額定容量為300 A·h，額定參考功率為10 kW，逆變器容量為30 kW，且有10%的過載能力，即逆變器最大功率為33 kW。設(shè)置 SOCmax=95% ， SOCmin=5% ，考慮到一天中儲(chǔ)能電池在調(diào)頻模式下動(dòng)作時(shí)間短，設(shè)置調(diào)頻預(yù)留容量為儲(chǔ)能電池容量的10%，即 SOChigh=85% ， SOClow=15% 。設(shè)置典型日環(huán)境溫度為25 °C ，日光照強(qiáng)度曲線如圖5a）所示，電網(wǎng)頻率波動(dòng)如圖5b）所示。
圖5 仿真環(huán)境設(shè)置
Fig.5 Simulation environment setting
3.2 調(diào)峰模式充放電時(shí)間設(shè)置
儲(chǔ)能電池運(yùn)行在調(diào)峰模式時(shí)需要根據(jù)調(diào)度中心的指令設(shè)置儲(chǔ)能電池的充放電時(shí)段，本文算例以某省的負(fù)荷峰平谷時(shí)段[20]來代表調(diào)度中心指令，如表1所示。
表1 某省的負(fù)荷峰谷時(shí)段
Table 1 peak and valley time period in a province
儲(chǔ)能電池所吸收的能量來自于光伏，因此儲(chǔ)能電池的充放電時(shí)段設(shè)置，除負(fù)荷變化規(guī)律外還要考慮光照強(qiáng)度變化規(guī)律。
首先，從早上光伏開始出力到第1個(gè)負(fù)荷峰時(shí)段之前，設(shè)置為儲(chǔ)能電池充電時(shí)段。本文算例中，06:00開始有光照強(qiáng)度，故06:00—09:00設(shè)置為儲(chǔ)能電池充電時(shí)段。
其次，12:00—17:00，此時(shí)段光照強(qiáng)度較強(qiáng)，是一天中光伏出力較多的時(shí)段，設(shè)置儲(chǔ)能電池在此時(shí)段充電，這也是一天中儲(chǔ)能電池充電的主要時(shí)段。
再次，在負(fù)荷高峰時(shí)段設(shè)置儲(chǔ)能電池放電。
基于此，設(shè)置儲(chǔ)能電池工作在調(diào)峰模式下，充放電時(shí)段如表2所示。
表2 儲(chǔ)能電池調(diào)峰模式下充放電時(shí)段
Table 2 Charging and discharging time period in the peak shaving modes of energy storage battery
3.3 典型工況仿真結(jié)果
在圖5所示仿真環(huán)境下，依據(jù)本文所提綜合控制策略，光儲(chǔ)系統(tǒng)出力情況如圖6a）所示，儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)如圖6b）所示。
圖6 典型工況仿真結(jié)果
Fig.6 Simulation results of typical operating conditions
根據(jù)儲(chǔ)能電池的充放電策略，00:00—06:00負(fù)荷處于平時(shí)段，儲(chǔ)能電池不需要放電，且由于光伏沒有出力，儲(chǔ)能電池不充電。但是，在00:31:12和00:38:24時(shí)，電網(wǎng)擾動(dòng)導(dǎo)致頻率分別下降到49.91 Hz和上升到50.09 Hz（見圖5）。由圖6可以看到，當(dāng)頻率為49.91 Hz時(shí)，儲(chǔ)能荷電狀態(tài)為50.0%，儲(chǔ)能電池以10.00 kW的功率放電參與調(diào)頻；但是當(dāng)頻率高于50.06 Hz時(shí)，由于光伏沒有出力，因此儲(chǔ)能電池?zé)o法充電參與調(diào)頻。
06:00—09:00為充電時(shí)段，儲(chǔ)能電池充電。由圖6可以看到，06:00—07:00光伏出力為0.72 kW，小于儲(chǔ)能電池參考功率3.00 kW，因此，儲(chǔ)能電池以0.72 kW的功率充電，此時(shí)荷電狀態(tài)上升較慢；07:00—09:00，光伏出力為4.00 kW，07:00時(shí)儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)為51.5%，儲(chǔ)能電池以2.91 kW的功率充電，此期間荷電狀態(tài)上升較快。受荷電狀態(tài)約束，充電功率在07:00—09:00逐漸下降至2.56 kW，光儲(chǔ)系統(tǒng)出力逐漸增加。
09:00—12:00為放電時(shí)段，由圖6可以看到儲(chǔ)能電池在此期間荷電狀態(tài)在50.0%以上，儲(chǔ)能電池以恒功率3.00 kW放電參與調(diào)峰。
由圖6可以看到，09:31:30頻率跌落至49.92 Hz，超出調(diào)頻死區(qū)，此時(shí)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)為61.5%，儲(chǔ)能電池以10 kW的功率放電參與調(diào)頻；09:42:00頻率上升到50.10 Hz，此時(shí)儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)為59.3%，因此以8.14 kW的功率充電參與調(diào)頻；11:12:00頻率上升到50.11 Hz，此時(shí)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)為55%，因此以9.00 kW的功率充電參與調(diào)頻；11:43:11頻率跌落至49.89 Hz，但此時(shí)光儲(chǔ)系統(tǒng)總出力已經(jīng)達(dá)到逆變器最大功率33.00 kW，儲(chǔ)能電池?zé)o法放電參與調(diào)頻。
12:00—17:00處于充電時(shí)段，由圖6可以看到，儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)在此期間由52.3%升至73.5%，受荷電狀態(tài)約束，儲(chǔ)能電池充電功率由2.86 kW降至1.59 kW。
17:00—22:00處于調(diào)峰放電時(shí)段，由圖6可以看到儲(chǔ)能電池在此期間荷電狀態(tài)在50%以上，以恒功率3.00 kW放電參與調(diào)峰。18:46:48頻率跌落至49.89 Hz，超出調(diào)頻死區(qū)，此時(shí)，儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)為65%，因此以10.00 kW的功率放電參與調(diào)頻；19:48:00頻率上升到50.10 Hz，由于此時(shí)沒有光伏出力，儲(chǔ)能電池?zé)o法充電，儲(chǔ)能電池停止放電參與調(diào)頻。
綜上，本文所搭建的光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)，能夠響應(yīng)系統(tǒng)的綜合控制策略，在系統(tǒng)頻率偏離正常值較多時(shí)，快速充放電，為電網(wǎng)頻率提供支撐；當(dāng)系統(tǒng)頻率處于調(diào)頻死區(qū)內(nèi)，儲(chǔ)能電池按照負(fù)荷的變化規(guī)律，調(diào)整充放電功率，減輕常規(guī)機(jī)組的調(diào)峰負(fù)擔(dān)。
4 經(jīng)濟(jì)性分析
本文分析光伏電站加入儲(chǔ)能電池后在儲(chǔ)能電池全壽命周期內(nèi)光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)性。
儲(chǔ)能電池成本和收益計(jì)算中所需參數(shù)如表3所示。
表3 儲(chǔ)能電池經(jīng)濟(jì)性分析相關(guān)參數(shù)
Table 3 Relevant parameters for energy storage battery economic analysis
注：本文算例中儲(chǔ)能電池類型為磷酸鐵鋰電池，安裝成本、運(yùn)維成本、回收價(jià)值系數(shù)、充放電循環(huán)次數(shù)、充放電效率來源為某廠家提供；光伏并網(wǎng)電價(jià)參考了某省多座光伏電站簽訂的并網(wǎng)電價(jià)，并取比較可靠的中間值；調(diào)峰補(bǔ)償成本參考了文件《甘肅省電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則(暫行)》；目前國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)一次調(diào)頻的補(bǔ)償機(jī)制，考慮到調(diào)頻任務(wù)相較于調(diào)峰任務(wù)，對(duì)儲(chǔ)能電池要求更高，因此設(shè)置調(diào)頻價(jià)格高于調(diào)峰價(jià)格。
經(jīng)計(jì)算，在本文算例中儲(chǔ)能全壽命周期成本為95 281元，光伏出力全部并網(wǎng)增加的收益為305 470元，儲(chǔ)能參與調(diào)峰的補(bǔ)償收益為120 395元，儲(chǔ)能參與調(diào)頻的補(bǔ)償收益為1 764元，光伏電站安裝儲(chǔ)能電池后4年能夠收回成本，儲(chǔ)能電池全壽命周期收益為332 348元，年均收益為20 771元。
5 結(jié)論
本文提出一種光儲(chǔ)系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻/調(diào)峰的綜合控制策略，仿真分析表明：（1）本控制策略能夠利用光伏電站中逆變器的空閑容量，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)區(qū)域劃分，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電池調(diào)頻/調(diào)峰功能的協(xié)調(diào)運(yùn)行。（2）該控制策略考慮儲(chǔ)能電池的充放電特性，構(gòu)造了基于荷電狀態(tài)約束的儲(chǔ)能電池最大出力系數(shù)來約束其出力，延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池的使用壽命。（3）該控制策略能夠迅速響應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)頻/調(diào)峰任務(wù)，為系統(tǒng)的調(diào)頻/調(diào)峰任務(wù)提供功率支撐，減少常規(guī)機(jī)組參與調(diào)頻/調(diào)峰任務(wù)的輸出功率。（4）相對(duì)于光伏電站減載調(diào)頻模式來說，在光伏電站中加裝儲(chǔ)能能夠增加光伏電站的收益。
