[0001] 本发明涉及一种储能控制方法，具体涉及一种储能多场景应用协同控制方法。

[0002] 我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例，发展新能源是我国能源发展的基本方向。2018年，非化石能源发电量占全部发电量的比重约为30％，国家发展改革委、国家能源局在2016年12月29日发布的《能源生产和消费革命战略(2016－2030)》提出2030年比重力争达到50％，必须大力发展风电、光伏等新能源才能实现该目标。根据国际能源署《电力转型—风电、光伏以及灵活性电力系统的经济性》报告，因系统不同，可再生能源年发电量占比达到25％～40％时，亟须对电力系统传统电源配置、运行方式、输电规划等做出重大调整，提出新的电力系统规划、运行和控制方案等。

[0003] 储能技术在提高电网对新能源的接纳能力、电网调频、削峰填谷、提高电能质量和电力可靠性等方面的重要作用已经在国际上达成共识。近年来，随着电化学储能技术的不断成熟、成本的快速下降，我国电化学储能增长迅速，总装机容量从2015年的105MW增长到2018年的1.034GW，年增长114％。储能从时间上对能量灵活搬运功能，可以使得可再生能源发电对电网更加友好、可控，参与电网调峰、调频等辅助服务，为电网安全运行提供支撑，还可以装置于用户侧，为用户提供峰谷调节、提升供电能力、提升供电可靠性等多种需求，因此，储能在发电侧、电网侧和用户侧均取得快速规模化应用，已经成为我国能源清洁化转型和能源互联网发展的重要组成部分和关键支撑技术。

[0004] 储能技术在提高电网对新能源的接纳能力、电网调频、削峰填谷、提高电能质量和电力可靠性等方面的重要作用已经在国际上达成共识。储能的灵活性、特点和应用场景非常多，差异比较大，但根本上都是通过能量的时间转移存储，解决电力系统发用电的即发即用、时刻平衡带来不灵活的缺点，秒级到分钟级的能量平衡归为频率调节需求，小时级的能量平衡归为峰谷调节需求。另一方面，随着新能源的大规模快速增多，由于其发电的刚性，或可调节性较差，对电力系统的不同时间尺度能量平衡要求更高，带来更大的调峰调频需求。

[0005] 从全社会角度看，通过储能进行能量的时间转移存储、发电和负荷曲线更优匹配，增强电力系统消纳更大规模清洁能源能力，提高电能质量，降低电力系统综合投资，达到电力供能更加清洁、综合社会成本更低的目的，从而增强我国工业竞争力、实现社会发展绿色低碳的最终目标。

[0034] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明实施例，而不能理解为对本发明实施例的限制。

[0035] 一种储能多场景应用协同控制方法包括储能参与调峰、储能参与调频、储能参与调压三个应用场景，该方法是在识别出储能需要进行上述三个场景中的两个及以上场景时协调储能有功、无功出力以满足多需求场景，达到充分调配储能，提高储能利用率的目的。其中，在本发明实施例中，调峰为日前计划场景，调频和调压为实时调度场景。由图1可知，本发明实施例的具体步骤如下：

[0036] S1.根据日前负荷预测曲线确定调峰需求，确定当日的调峰需求场景所在时段及调峰所需有功出力ΔPpre；

[0037] S2.根据实时频率和电压数据识别储能当下调频和调压场景中的需求场景；

[0038] S3.根据调频识别指标和调压识别指标大小确定储能所对应的在调频需求场景和调压需求场景下的场景模式；

[0039] S4.根据所述的S2和S3所确定的需求场景以及每个需求场景下的场景模式，通过储能参与单调频场景和储能参与单调压场景的控制方法计算得到调频所需的储能有功出力ΔPreal和调压所需的储能无功出力ΔQreal，其中调峰所需有功出力ΔPpre与调频所需的储能有功出力ΔPreal的代数和为储能期望有功值，调压所需的储能无功出力ΔQreal为储能期望无功值；

[0040] S5.根据储能额定有功出力裕度Pe和储能所连接的PCS容量S的约束判断储能期望有功值和期望无功值是否超过约束限值；若未超过约束限值，则储能期望有功值和储能期望无功值即为储能PCS的有功设定值和无功设定值；

[0041] S6.若超过约束限值，首先满足调峰所需有功出力ΔPpre，将满足调峰后的储能额定有功出力裕度Pe-|ΔPpre|和储能所连接的PCS容量 作为调频场景和调压场景的约束；若调峰后的储能额定有功出力裕度Pe-|ΔPpre|＞0则说明储能可参与调频场景，若储能所连接的PCS容量 则说明储能可参与调压场景；

[0042] S7.判断所述的S1、S2和S3所确定的储能需求场景是否存在调频场景和调压场景，若调频场景和调压场景中根据所述的S1、S2、S3和S6的判断确定该场景存在并且储能可参与该场景，则确定该场景是储能预备参与场景；

[0043] S8.若所述的S7所确定的储能预备参与场景仅有一个，则储能参与这个场景的控制，若所述的S7所确定的储能预备参与场景有两个，即调频场景和调压场景，则判断储能调频对于储能调压来说是正作用还是反作用，若为正作用，则储能优先满足调频，后满足调压，若为反作用，则首先通过优先级指标确定调频场景和调压场景的优先级，优先级指标较大的储能优先满足；

[0044] S9.根据优先级排序先后满足所述的储能预备参与场景，根据所述的调峰后的储能额定有功出力裕度Pe-|ΔPpre|和储能所连接的PCS容量 通过所述的S8所确定的调频和调压的优先级先后确定储能在调频场景和调压场景中的参与模式。

[0045] 其中，所述的S1中确定当日的调峰需求场景所在时段及调峰所需有功出力ΔPpre的方法可以为储能参与调峰定功率控制方法或储能参与调峰变功率控制方法。

[0046] 其中，所述的S3中调频识别指标可以为常规识别方法中的频率偏差Δf，也可以为如下的综合调频识别指标ΔFt：

[0047]

[0048] 其中，Δf为频率偏差，Δfi为实时功率偏差所对应的频率偏差， 为频率变化率，三者均为标幺值；μ1，μ2，μ3分别为三者之间的权重，μ1+μ2+μ3＝1，根据系统的仿真结果确定权重大小。

[0049] 所述的实时功率偏差所对应的频率偏差Δfi推导公式如下：

[0050]

[0051] 其中，KG为机组的单位调节功率；KD为负荷的频率调节效应系数；Δp为实时功率偏差。

[0052] 所述的综合调频识别指标优势在于常规识别指标由于频率变化的时间尺度较小以及系统延迟较大将导致自适应储能控制的频率超调、反调等一系列误操作，而所述的综合调频识别指标引入了实时功率偏差Δp以此弥补在日前计划之外的功率偏差所导致的频率偏差，可预防调频时的误动作，包括迟动作和过动作。

[0053] 由图2可知，S3中所述的确定储能所对应的在调频需求场景下的场景模式具体可以为：设置两个阈值ΔF1、ΔF2以此划分场景模式对于综合调频识别指标的区域，其中当所述的综合调频识别指标ΔFt在区间[0,ΔF1)时，此时调频场景模式为调频死区；当所述的综合调频识别指标ΔFt在区间[ΔF1,ΔF2)时，此时调频场景模式为稳态调频；当所述的综合调频识别指标ΔFt在区间[ΔF2,∞)时，此时调频场景模式为暂态调频。其中可以将ΔF1设置为0.066％(0.033HZ)，将ΔF3设置为0.6％(0.3HZ)。

[0054] 其中，所述的S3中调压识别指标可以为常规识别方法中的电压偏差Δu，也可以为如下的综合调压识别指标ΔUt：

[0055] Δu＝u(t)-uPCCN

[0056] Δui＝∫(uPCCN-u(t))dt

[0057]

[0058] 其中，u(t)为并网点实时电压值；uPCCN为并网电压额定值；Δui为电压累计变化量；为电压变化率；Δu，Δui， 均为标幺值。

[0059] 所述的综合调压识别指标的优势与所述的综合调频识别指标相同。

[0060] 由图3可知，S3中所述的确定储能所对应的在调压需求场景下的场景模式具体可以为：设置两个阈值ΔU1、ΔU2以此划分场景模式对于综合调压识别指标的区域，其中当所述的综合调压识别指标ΔUt在区间[0,ΔU1)时，此时调压场景模式为调压死区；当所述的综合调压识别指标ΔUt在区间[ΔU1,ΔU2)时，此时调压场景模式为稳态调压；当所述的综合调压识别指标ΔUt在区间[ΔU2,∞)时，此时调压场景模式为暂态调压。其中可以根据实际电网调压情况，将调压死区定为10.2—10.5，将稳态调压区间定为10.0—10.7。

[0061] 由图4可知，S4中所述的储能参与单调频场景的控制方法具体可以为：

[0062] 以所述的阈值ΔF1为分界线，当所述的综合调频识别指标ΔFt小于等于阈值ΔF1时，此时系统处于调频死区无需进行调频操作，系统进入预调频应用场景以达到在功率层面预防频率偏差的目的；当所述的综合调频识别指标ΔFt大于阈值ΔF1时，此时系统进入调频阶段，应用常规调频有功计算；单调频场景的有功调度出力计算公式如下：

[0063]

[0064] 其中，ΔPdia为预调频(跟踪计划出力)计算所得有功出力；ΔPfreq为常规调频策略计算所得有功出力。

[0065] 所述的预调频计算中，储能是用来修正预测功率与实时功率的偏差，该偏差包括电源侧计划与实际的功率偏差和负荷侧计划与实际的功率偏差，电源侧计划与实际的功率偏差包括例如火电、水电等传统机组以及风电、光电等新能源机组所产生的偏差。所述的预调频有功出力具体计算公式如下：

[0066] ΔPdia＝ΔPpow-ΔPload

[0067] 其中，ΔPpow为电源计划出力与实际出力的偏差值；ΔPload为负荷计划出力与实际出力的偏差值。

[0068] 更进一步地，

[0069] ΔPdia＝Ppre-Preal＝(Ppowpre+Ploadpre)-(Ppowreal+Ploadreal)

[0070] 其中，Ppowpre和Ploadpre分别为电源和负荷的计划出力；Ppowreal和Ploadreal分别为电源和负荷的实际出力。

[0071] 储能系统可以根据获取的功率信息确定预调频(跟踪计划)的有功出力。所述的计划出力为电网下发到各电源的计划指令以及电网根据日前数据确定的预测负荷功率。所述的实际出力可以通过实时采集传输获得，但考虑到系统延迟所导致的滞后调节误差，也可以通过超短期负荷预测求得。

[0072] 其中，S4中所述的储能参与单调频场景和储能参与单调压场景的控制方法可以为常规的电网调频计算和常规的电网调压计算。

[0073] 通过判断调频所需有功出力ΔPreal与调峰所需有功出力ΔPpre的同异号来判断S8中所述的储能调频对于储能调压来说是正作用还是反作用，若调频所需有功出力ΔPreal与调峰所需有功出力ΔPpre异号，则判断为正作用，因为此时调频所需有功出力ΔPreal与调峰所需有功出力ΔPpre叠加后所述的储能期望有功值的绝对值会减小，将退出部分PCS容量可使调压场景下的无功裕度增大，有利于储能参与调压场景，因此，在判断为正作用时储能在优先调峰后优先调频，其优先级顺序从高到低依次为：调峰、调频、调压；若调频所需有功出力ΔPreal与调峰所需有功出力ΔPpre同号，则判断为反作用，因为此时调频所需有功出力ΔPreal与调峰所需有功出力ΔPpre叠加后所述的储能期望有功值的绝对值会增大，将占用部分PCS容量导致调压场景下的无功裕度减小，不利于储能参与调压场景，因此，在判断为反作用时通过优先级指标判断调频场景和调压场景的优先级。

[0074] 由图5和图6可知，S8中所述的通过优先级指标确定调频场景和调压场景的优先级具体步骤可以为：

[0075] S10.建立分级优先级指标，包括一级优先级指标和二级优先级指标；

[0076] S11.将调频的一级优先级指标和调压的一级优先级指标进行大小比较，若调频的一级优先级指标与调压的一级优先级指标大小差值在容差范围外，则说明一级优先级指标足够区分场景优先级，根据一级优先级指标的大小将调频与调压进行优先级排序；

[0077] S12.若调频的一级优先级指标与调压的一级优先级指标大小差值在容差范围内，则说明一级优先级指标不足以区分优先级，进行调频和调压的二级优先级指标大小计算和判断，若二级优先级指标的大小差值在容差范围内，则调频和调压的优先级相同；

[0078] S13.若调频和调压的二级优先级指标的大小差值在容差范围外，根据二级优先级指标的大小将调频与调压进行优先级排序；

[0079] 其中，所述的S12中优先级相同时，由于储能调频和调压场景的应用定位是自适应消纳力所能及的频率和电压扰动，减小机组和调压设备的动作频率。对于储能接入区域来说，储能参与调压所改善的电压环境比储能参与调频所改善的频率环境的优势更大，因此，在判断优先级相同后可优先调压。

[0080] 所述的一级优先级指标可以为紧急性指标和重要性指标的综合指标，所述的二级优先级指标可以为有效性指标。所述的紧急性指标为衡量调频和调压场景的目标量偏差程度所建立的指标，是为反应当下调频和调压场景的严重程度。该指标由偏差值和变化率两项因子乘积所获得，如下式所示：

[0081]

[0082]

[0083] 其中，a1和a2分别为调频和调压的紧急性指标，为标幺值；|Δfdia|-(fc1-fc0)和|Δudia|-(uc1-uc0)分别为调频和调压的偏差值因子，用以表现实时偏差与死区之间的距离；df/dt·t0和du/dt·t0分别为调频和调压的变化率因子，用以表现在后一时刻的变化量；Δfdia为实时频率偏差，即实时频率与频率基准值的差值；fc0为频率基准值；fc1和fc2分别为频率死区上下限；df/dt为频率变化率；t0为所设的时间间隔，此处设为3s；Δudia为实时电压偏差，即实时电压与电压基准值的差值；uc0为电压基准值；uc1和uc0分别为电压死区上下限；
du/dt为电压变化率。

[0084] 所述的重要性指标为当紧急性指标相同时二者具有同等紧急程度的情况下调频场景和调压场景的优先级问题所设定的经验指标。众所周知，当系统的有功功率和无功功率都不足，应当首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调压场景是有利的。如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率的进一步下降，因而无助于改善系统的运行条件。因此，重要性指标作为专家给定参数其调频的重要性指标b1大于调压的重要性指标b2，具体数值根据紧急性指标的数量级选定。

[0085] 所述的综合指标即一级优先级指标，综合指标的定义式如下，为紧急性指标和重要性指标的乘积。

[0086] αi＝ai·bi

[0087] 所述的有效性指标是为判断储能所设置的满发功率大小是否能满足调频或调压场景下的有功出力或无功出力的期望值，若满发功率与期望值相较甚远，则已知储能对该应用场景的作用较小。因此，有效性指标能充分衡量储能对于调频和调压压应用场景的作用深度，调频和调压的有效性指标计算公式如下。有效性指标较小的应用场景优先级更高。

[0088]

[0089]

[0090] 其中，Pc为有功出力期望值；Qc为无功出力期望值；S0为PCS容量，即视在功率。

[0091] 其中，S9所述的根据优先级排序先后满足所述的储能预备参与场景具体可以为：

[0092] 1、若优先级排序为调峰、调频、调压；在这种情况下根据优先级顺序依次满足调峰、调频、调压，优先级较低的场景用储能满足上一级场景后所剩余的容量来满足该场景的出力需求，在满足调峰后，若有剩余容量则为：储能额定有功出力裕度Pe-|ΔPpre|和储能所连接的PCS容量 在满足调频后，若有剩余容量则为：储能所连接的PCS容量

[0093] 2、若优先级排序为调峰、调压、调频；在这种情况下根据优先级顺序依次满足调峰、调压、调频，优先级较低的场景用储能满足上一级场景后所剩余的容量来满足该场景的出力需求，在满足调峰后，若有剩余容量则为：储能额定有功出力裕度Pe-|ΔPpre|和储能所连接的PCS容量 在满足调压后，若有剩余容量则为：储能所连接的PCS容量调频的反向容量为 调频的正向容量为

[0094] 由图7可知，S9中所述的确定储能在调频场景中的参与模式具体可以为：

[0095] S14.获取实时频率数据，根据常规调频方法计算求得所需的有功出力；

[0096] S15.根据储能剩余容量计算调频场景的有功裕度，判断所需的有功出力与调频场景的有功裕度的大小，若所需的有功出力不大于调频场景的有功裕度，则储能单独承担调频任务；若所需的有功出力大于调频场景的有功裕度，则储能辅助常规机组承担调频任务。

[0097] 目前，现有储能参与电网一、二次调频皆是采用储能辅助常规机组参与一、二次调频的控制策略，这是由于储能容量相对于电网来说数量级较小。但是，由于储能秒级出力的优势，对于持续时间短、幅值较小的小扰动来说还未等机组自适应一次调频储能已经单独平抑该扰动，其平抑效果由于储能相对于机组更快的出力速度与常规机组一次调频的效果相比，幅值降低量更大且更早达到稳态频率，并且由于减少了小扰动下的机组出力，可更大程度地延长机组寿命。对于持续时间长、幅值较大的大扰动来说，目前储能辅助机组参与一、二次调频的控制策略即可证明储能辅助调频的优势。

[0098] 由图8可知，S9中所述的确定储能在调压场景中的参与模式具体可以为：

[0099] S16.获取实时电压数据，根据常规调压方法计算求得所需的无功出力；

[0100] S17.根据储能剩余容量计算调压场景的无功裕度，判断所需的无功出力与调压场景的无功裕度的大小，若所需的无功出力不大于调压场景的无功裕度，则储能单独承担调压任务；

[0101] S18.若所需的无功出力大于调压场景的无功裕度，则求出调压所需的无功出力对单位电容器容量取余的值与单位电容器容量的比值大小，设定阈值并判断所述的比值是否超过所设定的阈值，若超过则说明电容调压将由于单位电容容量的限制而导致过调或超调，所以由储能辅助电容器作精细化调压；若未超过则说明电容器调压足够实现调压精确度，所以由电容器单独承担调压任务。

[0102] 目前，现有调压方式有变比调压、无功补偿、改变线路参数、改变发电机励磁电流。最常用的调压方式为无功补偿，但此种方式需要安装设备接入电网，若储能既能够承担调峰工作又能够承担调压工作将降低设备接入对电网系统的影响并且储能与传统电容结合调压的方式可以达到SVG或SVC的调压效果，此种方法可大大降低设备更换所产生的成本。

[0103] 由于在实时调度中调频场景的不可预知性和不确定性会导致原本满足计划调峰场景的储能电量在参与调频场景后有所改变，本发明提出以下两种方法解决电量守恒问题，具体实施方案如下：

[0104] 方法一：将储能电量分为虚拟计划容量和虚拟调度容量，其中虚拟计划容量用于确定调峰计划出力，根据所划分的虚拟计划容量大小确定调峰场景的削峰线和填谷线；虚拟调度容量用于调频场景的额外增减有功出力，若虚拟调度容量为0时调频场景需要储能放电，则储能不参与调频场景；若虚拟调度容量为最大值时调频场景需要储能充电，则储能不参与调频场景。

[0105] 方法二：设定时间间隔进行储能SOC回准恢复。由图9所示，具体可以为，若在之前一次调频为针对于频率暂降的情况则一次调频场景消耗电量，则储能在电量回准区恒功率充电，如图中区域①所示，充电功率的计算如下式，充电时间从t1开始，在t1+Δt结束；若在之前一次调频为针对于频率突增的情况则一次调频场景储存电量，则储能在电量回准区恒功率放电，如图中区域②所示，放电功率如下式，放电时间从t2-Δt开始，在t2结束。

[0106] 1、区域①功率计算

[0107] (1)目标函数

[0108] max Δt

[0109] min Ppeak-P(t1+Δt)

[0110] (2)约束条件

[0111] [Ppeak-P(t1+Δt)]Δt＝Qre

[0112] 0＜Δt≤t2-t1

[0113] 2、区域②功率计算

[0114] (1)目标函数

[0115] max Δt

[0116] min P(t2-Δt)-Pvalley

[0117] (2)约束条件

[0118] [P(t2-Δt)-Pvalley]Δt＝Qre

[0119] 0＜Δt≤t2-t1

[0120] 其中，Δt为恒功率电量回准的持续时间；t1为储能未动作区域在主调压区与削峰区之间的开始时间；t2为储能未动作区域在主调压区与削峰区之间的结束时间；Ppeak为储能削峰线；Pvalley为储能填谷线。

[0121] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0122] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。