一种抽水蓄能储能联合调频控制方法、装置及设备与流程

本发明涉及电力调控，具体涉及一种抽水蓄能储能联合调频控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、我国传统的调频机组主要以火电机组为主，另外辅助配备水电机组。对于传统火力发电机组而言，一次能源最终输出电能需要经过一系列的转换。同时，转动惯量导致火电机组对有功功率的响应速度相对较慢，这就引发了调频过程中的一些问题。火电机组在参与一次调频时，往往出现响应速度慢、调频死区设置过大、自身蓄热约束等问题。参与二次调频时，经常出现数据传输延迟，机组爬坡率低导致电网指令不能快速满足等问题。而水电机组受地域，季候限制，响应时间长，调频容量缺乏，也无法实时满足电网的调频需求。综上所述，以传统调频机组为主的调频方式已不能较好地适应和满足电力系统运行发展，因此迫切需要研究一种新的调频手段来辅助传统机组以有效解决电网的频率扰动问题。

2、在这一背景下，各类储能技术得到了快速的发展，抽水蓄能电站(pumped-storagepower station,pps)作为一种常用的调频手段，能够灵活调节、快速启停，在电网调频方面发挥着重要作用。但抽水蓄能电站的建造周期长，备用容量有限，动态调节响应速度慢，不适合作为调频主电厂。另外，抽水蓄能电站在夏日启停机组的过度动作，将导致网间联络线波动变大，会对线路的输电能力产生不良影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抽水蓄能储能联合调频控制方法、装置及设备，以解决现有技术中当前可作为系统调节资源的抽水蓄能电站响应速度慢的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种抽水蓄能储能联合调频控制方法，包括：

3、建立抽水蓄能电站调频控制系统模型和电化学储能电源传递函数模型；

4、建立pid控制器模型；

5、将所述抽水蓄能电站调频控制系统模型、所述电化学储能电源传递函数模型和所述pid控制器模型融合到预设电网频率调节的架构中，得到频率控制系统模型；

6、对pid控制器模型中的参数进行寻优，得出比例参数、积分参数和微分参数，将所述比例参数、积分参数和微分参数代入频率控制系统模型；

7、根据给定的电网系统频率，利用频率控制系统模型自动调节抽水蓄能机组的功率输出。

8、优选的，对pid控制器模型中的参数进行寻优，包括：

9、步骤s21、生成粒子群并对粒子群初始化，将粒子群中的每个粒子设置一组pid参数；

10、步骤s22、依次将每个粒子带入目标函数，计算得到目标函数值，根据目标函数值评估粒子适应度；

11、步骤s23、根据粒子适应度判断是否达到停止条件，若是，获取该粒子适应度对应的粒子设置的pid参数；

12、步骤s24、若没有达到停止条件，则使每个粒子根据其个体最优解和群体最优解更新自己的速度和位置，转为执行步骤s22。

13、优选的，建立抽水蓄能电站调频控制系统模型，包括：

14、建立抽水蓄能水轮机模型，如下：

15、

16、其中，tw为水轮机水起动时间常数，l为引水管长度，u0为水流速度，ag为重力加速度，gt(s)是考虑水锤效应之后的水轮机传统函数；s是频域中传递函数自变量；

17、根据建立抽水蓄能调速器模型，如下：

18、

19、其中，rd为水轮机调速器的调差系数，tr为复位时间，rt为暂态下降率，tg为惯性环节的时间常数，gc(s)为抽水蓄能调速器传递函数；

20、将所述抽水蓄能水轮机模型和所述抽水蓄能调速器模型串联为抽水蓄能电站调频控制系统模型。

21、优选的，建立电化学储能电源传递函数模型，包括：

22、将电化学储能的内部的电流源系统转化为传递函数形式，得到对应的传递函数数学表达式；

23、根据所述传递函数数学表达式建立电化学储能电源传递函数模型；

24、所述传递函数数学表达式如下：

25、

26、

27、

28、

29、

30、δpb(s)＝δib(s)δvb(s)＝δib(s)(δvoc(s)+δvt(s)+δvseries(s)+δvc(s))

31、其中，control(s)为系统的控制信号；δib(s)为电池内部响应电流增量；tb为一阶惯性环节时间常数；δvb(s)为电池前端电压值增量；δvoc(s)为开路电压增量，是soc的函数，其值在为0.2～0.8之间；δvt(s)为暂态电压增量；δvseries(s)为电池内阻电压增量；δvc(s)为连接阻抗电压增量；δpb(s)为实际输出功率偏差；rseries为储能电池内阻；ct、rt分别为过电压电容和电阻；rc表示能量转换系统与储能电池单元模型的连接阻抗；n为串联的电池单体数目；m为储能电池单体串联形成子系统的并联数目；k为所有单元模型数目；cp为电池额定容量；c0为电池初始容量。

32、优选的，建立pid控制器模型，公式如下：

33、

34、其中，gpid表示pid控制器传递函数，kp,ti,td分别为比例参数、积分参数和微分参数。

35、根据本发明实施例的第二方面，提供一种抽水蓄能储能联合调频控制装置，包括：

36、模型建立模块，用于建立抽水蓄能电站调频控制系统模型和电化学储能电源传递函数模型；

37、pid建立模块，用于建立pid控制器模型；

38、模型融合模块，用于将所述抽水蓄能电站调频控制系统模型、所述电化学储能电源传递函数模型和所述pid控制器模型融合到预设电网频率调节的架构中，得到频率控制系统模型；

39、参数寻优模块，用于对pid控制器模型中的参数进行寻优，得出比例参数、积分参数和微分参数，将所述比例参数、积分参数和微分参数代入频率控制系统模型；

40、频率控制模块，用于根据给定的电网系统频率，利用频率控制系统模型自动调节抽水蓄能机组的功率输出。

41、根据本发明实施例的第三方面，提供一种抽水蓄能储能联合调频控制设备，包括：

42、主控器，及与所述主控器相连的存储器；

43、所述存储器，其中存储有程序指令；

44、所述主控器用于执行存储器中存储的程序指令，执行上述任一项所述的方法。

45、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

46、可以理解的是，本发明示出的一种抽水蓄能储能联合调频控制方法，能够建立抽水蓄能电站调频控制系统模型和电化学储能电源传递函数模型；建立pid控制器模型；将建立的上述模型融合到预设电网频率调节的架构中，得到频率控制系统模型；对pid控制器模型中的参数进行寻优，得出比例参数、积分参数和微分参数，将所述比例参数、积分参数和微分参数代入频率控制系统模型；根据给定的电网系统频率，利用频率控制系统模型自动调节抽水蓄能机组的功率输出。可以理解的是，本发明示出的技术方案，引入电化学储能，能够凭借其快速响应、精确跟踪特性来改善调频效果，抽水蓄能储能联合运行，能提高调频响应的支撑能力，通过参数寻优，能够找到最佳参数。

47、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。