一种区域电网光储场站多时间尺度辅助调频方法

1.本发明涉及电网调控技术领域，尤其涉及一种计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法。


背景技术：

2.近年来，随着全球能源危机及环境污染等问题不断加剧，可再生能源的开发和利用备受关注。其中光伏发电作为一种高效、优质的可再生能源形式，获得了越来越多的青睐，也得到了越来越广泛的应用。
3.然而，随着越来越多的传统同步发电机被通过电力电子设备接入的可再生能源取代，电力系统整体惯性降低，严重危及系统的频率稳定性，进而对供电安全可靠性造成影响。针对上述问题，部分地区已出台相关政策，要求新能源场站具备惯性支撑和频率响应等灵活性调节能力。因此，对于接入电网的光储场站，需要设计一种辅助调频策略来解决上述问题。
4.目前，针对新能源参与频率响应的技术方案多以单类型新能源和单时间尺度调频为主。如部分研究者针对光伏、风电、储能等新能源机组与传统机组的配合，分别提出了其参与惯性支撑、一次调频和二次调频的多种控制方案。但上述技术方案的调控对象较为单一，因此在目前多种类型新能源并存的系统中难以适用。同时，大多方案仅关注某一时间尺度的频率调节，而忽略了各个时间尺度频率响应的配合与协同。基于上述技术的基础和存在的问题，本发明致力于提供一种针对多类型新能源、多时间尺度的光储场站辅助调频策略，从而实现多源、多时间尺度频率支撑，有效缓解新能源高渗透下区域电网频率波动加剧及越限问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，通过光储场站内光伏机组和储能单元的协调配合，以及传统火电机组与光储场站之间的协同控制，实现系统惯性支撑和频率调节，抑制区域系统的频率波动。
6.本发明采用如下的技术方案。一种计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，包括光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配、光储场站内多储能单元的功率分配、光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应、多光储场站协同参与区域电网二次频率调节四个部分；调频控制过程中，从上层至下层的顺序下达指令，先进行多光储场站协同参与区域电网二次频率调节，然后进行光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应，最后进行光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配和光储场站内多储能单元的功率分配；
7.所述光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应是：针对含多个光伏机组及储能单元的光储场站，将光储场站内部的所有光伏机组和储能单元视为一个整体，设计基于虚拟同步发电机控制的光伏场站整体惯量支撑和一次调频控制方法，第i个光储场站的频率控制模型表示为：
[0008][0009]
式中：k
p,i
为第i个光储场站的整体有功下垂系数；ji为第i个光储场站的虚拟惯量；ωi为第i个光储场站并网点处角速度；ω
n,i
为第i个光储场站角速度参考值；di为第i个光储场站阻尼系数；δpi为光储场站整体有功调整量，t为时间。
[0010]
进一步优选，一次调频时光储场站内部的光伏机组和储能单元配合方法如下：
[0011][0012][0013]
式中：δp
pv,i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量，δp
bess,i
为第i个光储场站内储能总调节量，p
prc,i
为当前时刻第i个光储场站内光伏有功备用容量，δpi为第i个光储场站整体有功调整量。
[0014]
进一步优选，针对含多个光储场站的区域电网，建立基于鲁棒控制的二次调频方法，实现多光储场站协同参与区域电网二次频率调节：
[0015]
建立含火电机组和光储场站的区域电网二次频率控制的状态空间模型如下：
[0016][0017]
式中，为状态变量的变化量，z(t)为输出变量，u(t)为控制变量，w(t)为扰动变量，状态变量的矩阵x
t
＝[δf,δace,δpm,δpg,δp
c,g
,δp
pv_bess,i
,δp
c,pv,i
]，扰动变量的矩阵w
t
＝[δp
pv,i
,δp
l
]，控制变量的矩阵u
t
＝[δp
c,g
,δp
c,pv,i
]，其中i＝1,2,
…
,n；a为状态变量的系数矩阵，bu为控制变量的系数矩阵，bw为扰动变量的系数矩阵，c为输出变量的系数矩阵；δf为区域电网频率偏差量，δace为区域频率偏差信号，δpm为火电机组输出功率变化量，δpg为火电机调速器阀门变化量，δp
c,g
为调速器二次调频控制输入，δp
pv_bess,i
为第i个光储场站有功输出变化量，δp
c,pv,i
为第i个光储场站二次调频控制输入，δp
pv,i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量，δp
l
为负荷偏差量；
[0018]
设计基于鲁棒h
∞
控制的系统二次调频控制器u(s)＝k(s)y(s)；通过求解下述优化问题，搜索满足约束的最优解，即可得到区域电网的最优鲁棒h
∞
控制器反馈控制的最优控制率；
[0019]
minζ2[0020]
s.t.
[0021][0022]
x＞0
[0023]
式中：ζ为h
∞
控制器的性能指标；i为单位矩阵，k为反馈控制的最优控制率，x、w为求解过程中的对称正定矩阵，t表示转置。
[0024]
进一步优选，所述光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配是：针对光储场站内部参与辅助调频的光伏机组，根据光伏机组直流侧控制方法设计光伏机组逆变器下垂控制策略，以充分发挥光储场站内各光伏机组的有功调频能力、同时保证各光伏机组的剩余可调容量趋于一致为目标，设计光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配方法，实现光伏机组单机层面的频率跟踪。
[0025]
令光储场站中的一部分光伏机组工作在减载控制模式下，使光伏机组的运行点偏离最大功率点，为参与调频预留一定的有功备用容量；参与频率响应的光伏机组逆变器可以采用pq控制(恒功率控制)，通过跟踪外部指令实现参与电网的一次调频的目标；建立光伏机组l的有功分配权重系数α
l
如下：
[0026][0027]
式中：l为光储场站内接入的光伏机组编号，δp
pv.i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量；α
l
为光伏机组l的有功分配权重系数，n为光伏机组数量，δp
up,l
为光伏机组l可增发的有功功率剩余量；δp
down,l
为光伏机组l可削减的有功功率剩余量；经分配后减载控制模式的光伏机组l输出有功功率的参考值p
prc,ref,l
为：
[0028]
p
prc,ref,l
＝p
e,l
+α
l
·
δp
pv.i
。
[0029]
式中：p
e,l
为光伏机组l当前时刻的有功输出值。
[0030]
进一步优选，所述光储场站内多储能单元的功率分配：针对光储场站内部参与辅助调频的储能单元，根据储能单元参与调频的储能逆变器控制方法，以保持储能单元电荷状态在50％同时降低储能单元动作次数为目标，制定光储场站内多储能单元的功率分配方案，实现光储场站内储能单元辅助光伏机组进行功率跟踪。
[0031]
进一步优选，光储场站内多储能单元的功率分配时，基于模糊算法设计储能单元权重分配策略：当储能放电时，电荷状态高的储能单元放电优先级高，即放电权重大，且其权重随着电荷状态的降低而降低；当储能单元充电时，电荷状态低的储能单元充电优先级高，且其权重随着电荷状态的增大而减小。
[0032]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，综合考虑了新能源高渗透下区域电网内多类型调频资源(光伏、储能)参与频率调节的协同作用，并有针对性地设计了其参与频率调节的控制策略与功率分配方案。同时，本发明还顾及不同时间尺度，针对光储场站，从惯性支撑、一次调频与二次调频三个时间尺度设计了综合控制方案，相对于现有技术来说更完整，也更贴近于实际应用，具有较高参考价值。
[0033]
本发明综合考虑光储场站参与惯量支撑、一次调频和二次调频的多时间尺度频率响应特性，通过一、二次调频控制器建立、功率分配等实现辅助惯量和功率支撑，能够应对
电网中出现的各类频率波动事件。因此，本发明的目的是提供一种区域电网光储场站多时间尺度辅助调频方法，其适用于解决新能源高渗透下区域电网频率波动加剧及越限问题。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。其中：
[0035]
图1为本发明提出的一种区域电网光储场站多时间尺度辅助调频方法框架控制结构示意图；
[0036]
图2为本发明提出的一种光储场站内多储能单元功率分配方法中储能单元soc划分情况示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0038]
本发明提出了一种计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，包括光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配、光储场站内多储能单元的功率分配、光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应、多光储场站协同参与区域电网二次频率调节四个部分。调频控制过程中，如图1所示，从上层至下层的顺序下达指令，先进行多光储场站协同参与区域电网二次频率调节，然后进行光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应，最后进行光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配和光储场站内多储能单元的功率分配。本发明的层级设计过程中，先设计光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配方法，然后制定光储场站内多储能单元的功率分配方案；再设计基于虚拟同步发电机控制的光储场站整体控制方法，实现光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应；最后建立基于鲁棒控制的二次调频方法，实现多光储场站协同参与区域电网二次频率调节。
[0039]
本实施例针对光储场站内部参与辅助调频的光伏机组，根据光伏机组直流侧控制方法设计光伏机组逆变器下垂控制策略，以充分发挥光储场站内各光伏机组的有功调频能力、同时保证各光伏机组的剩余可调容量趋于一致为目标，设计光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配方法，实现了光伏机组单机层面的频率跟踪。
[0040]
为了获取最大功率，光伏机组的直流侧通常采用最大功率点跟踪(mppt)控制。mppt控制虽然保证了光伏能源的最大化利用，但是导致光伏机组有功输出可控性差，无法满足系统调频需求。因此为了实现光伏机组的有功控制，令光储场站中的一部分光伏机组工作在减载控制(prc)模式下，使光伏机组的运行点偏离最大功率点，为参与调频预留一定的有功备用容量。在减载模式下，当电网频率发生波动后，光伏系统能够向上/下调节输出功率，抑制电网频率的波动。
[0041]
工作在减载控制模式下的光伏机组输出有功功率的参考值可以表示为：
[0042]
p
prc,ref,l
＝p
mppt,l
·
γ
l
[0043]
式中：l为光储场站内接入的光伏机组编号；p
prc,ref,l
为减载控制(prc)模式的光伏
机组l输出有功功率的参考值；p
mppt,l
为光伏机组有功最大输出功率的估计值，可以通过测量相邻的工作在mppt模式下的光伏机组获得；γ
l
为光伏机组l有功功率调节因子，γ
l
∈[0,1]，且稳态情况下有γ
l
＝0.5γ
l,max
，其中γ
l,max
为光伏机组l可调有功功率最大值对应的有功调节因子。
[0044]
参与频率响应的光伏机组逆变器可以采用pq控制，通过跟踪外部指令实现参与电网的一次调频的目标。
[0045]
为充分发挥光储场站内各光伏机组的有功调频能力，同时保证各光伏机组的剩余可调容量趋于一致，令一个光储场站内部所有应用减载控制的光伏机组共同按比例接收调频指令。首先计算单台光伏机组的可调有功剩余量：
[0046]
δp
up,l
＝p
mppt,l-p
e,l
[0047]
δp
down,l
＝p
e,l-p
mppt,l
·
γ
l,max
[0048]
式中：δp
up,l
为光伏机组l可增发的有功功率剩余量；δp
down,l
为光伏机组l可削减的有功功率剩余量；p
e,l
为光伏机组l当前时刻的有功输出值。由此定义光伏机组l的有功分配权重系数α
l
如下：
[0049][0050]
式中：δp
pv.i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量；α
l
为光伏机组l的有功分配权重系数，n为光伏机组数量。
[0051]
综上，经分配后减载控制模式的光伏机组l输出有功功率的参考值p
prc,ref,l
为：
[0052]
p
prc,ref,l
＝p
e,l
+α
l
·
δp
pv.i
。
[0053]
本实施例针对光储场站内部参与辅助调频的储能单元，根据储能单元参与调频的储能逆变器控制方法，以保持储能单元电荷状态(soc)在50％同时降低储能单元动作次数为目标，制定光储场站内多储能单元的功率分配方案，实现光储场站内储能单元辅助光伏机组进行功率跟踪。
[0054]
在实际光伏场站中，采用单一的光伏机组进行调频往往受限于其功率调节范围，影响调频效果。因此目前多采用配置储能单元的方式提升光储场站的有功调控能力。参与调频的储能逆变器一般采用下垂控制，模拟装有调速器的发电机组参与电网一次调频时的功频下垂特性，以实现一次调频。由于储能逆变器下垂控制方法已普遍应用，因此不再赘述。对于光储场站内的各储能单元有功参考功率p
bess,ref,i
，将由下述功率分配策略得到。
[0055]
在设计储能功率分配方案时，为避免光储场站内储能单元的功率分配过程中出现过充过放的情况，同时降低储能动作次数，需根据其电荷状态设计合理的动作方案。定义储能单元的电荷状态为soc，soc∈[0,1]，其中soc＝1表示该储能单元能量完全饱和，无法继续吸收能量，soc＝0则表示该储能单元能量已用尽，无法继续释放能量。将soc划分成不同的区间，每个区间对充放电情况的要求不同：
[0056]
1)充电越限区：soc
max
《soc《1，储能单元电量过高，记作“h”，放电时优先级最高，出力范围为0≤p≤p
max
；
[0057]
2)充电警戒区：soc
high
《soc《soc
max
，储能单元电量高，记作“mh”，放电优先级较高，出力范围为-ph《p《p
max
；
[0058]
3)正常工作区：soc
low
《soc《soc
high
，储能单元电量正常，处于可充可放的阶段，记作“m”，出力范围为-p
max
≤p≤p
max
；
[0059]
4)放电警戒区：soc
min
《soc《soc
low
，储能单元电量低，记作“ml”，充电优先级高，出力范围为-p
max
≤p≤p
l
；
[0060]
5)放电越限区：0《soc《soc
min
，储能单元电量过低，记作“l”，充电优先级最高，出力范围为-p
max
≤p≤0。
[0061]
其中，p为储能单元充放电功率，soc
max
为储能单元的电荷状态最大值，soc
max
＝0.9；soc
high
为储能单元的电荷状态高位阈值，soc
high
＝0.6，soc
low
为储能单元的电荷状态低位阈值，soc
low
＝0.4，soc
min
为储能单元的电荷状态最小值，soc
min
＝0.1；p
max
为储能单元最大充放电功率；p
l
为储能单元的电荷状态处于[soc
min
，soc
low
]范围时设定的平滑功率限值；ph为储能单元的电荷状态处于[soc
high
，soc
max
]范围时设定的平滑功率限值，表示为：
[0062][0063][0064]
式中，a为储能单元的电荷状态决定的系数。
[0065]
接下来采用模糊算法进行权重分配。该模糊控制器以步骤s3中计算得到的场站内储能单元总调节功率p
bess,ref
和各储能单元的实时soc作为输入，输出每个储能单元的充放电权重，并根据权重由大到小确定充放电顺序，目标是将各储能单元的soc稳定在0.5左右，保持储能单元处于可充可放状态。
[0066]
定义储能单元的soc模糊子集为5部分，分别为[h，mh，m，ml，l]，代表的含义为[充电越限区，充电警戒区，正常工作区，放电警戒区，放电越限区]。定义权重d(t)的范围为[0,1]，其模糊子集也分为5部分，分别为[d，md，m，mx，x]，代表的含义为[大，较大，中，较小，小]。其对应规则为：当储能单元放电时，soc高的放电优先级高，即权重d(t)大，d(t)随着soc的降低而降低；当储能单元充电时，soc低的充电优先级高，d(t)随着soc的增大而减小。由此得到储能单元的充放电模糊规则如表1、表2所示。
[0067]
表1.充电模糊规则表
[0068][0069]
表2.放电模糊规则表
[0070][0071]
通过上述模糊规则可以得到每种情况下不同储能单元的出力优先级，从而实现光储场站内不同状态储能单元的功率合理分配。
[0072]
本实施例针对含多个光伏机组及储能单元的光储场站，设计基于虚拟同步发电机控制的光储场站整体控制方法，实现光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应，抑制频率动态波动。将光储场站内部的所有光伏机组和储能单元视为一个整体进行光储场站控制设计。光储场站对外可视为一个等效虚拟同步发电机，通过实时获取光储场站并网点功率偏差及功率变化率实现对外动态惯量支撑和一次频率调整；对内设计光伏机组和储能单元的有功功率分配策略，实现快速功率补偿。
[0073]
虚拟同步发电控制结构将同步发电机的惯性和阻尼特性进行等效，将频率与有功功率的关系式表示如下：
[0074][0075]
式中：ω为系统角速度；j为虚拟惯量；d为阻尼系数；ωn为角速度参考值；pm为机械功率，θ为输出功角；pe为有功输出；p
ref
为有功参考值；k
ω
为角速度下垂增益系数；t为时间。
[0076]
类比虚拟同步发电机方程，暂不考虑无功电压控制，第i个光储场站的频率控制模型可以表示为：
[0077][0078]
式中：k
p,i
为第i个光储场站的整体有功下垂系数；ji为第i个光储场站的虚拟惯量；ωi为第i个光储场站并网点处角速度；ω
n,i
为第i个光储场站角速度参考值；di为第i个光储场站阻尼系数；δpi为光储场站整体有功调整量。
[0079]
接下来设计光储场站内部功率分配方法。考虑到光伏机组有功削减会增加弃光成本，且由于弃光限制导致光伏有功调节能力有限。但同时储能单元的造价和维护成本较为昂贵，且频繁启动储能单元将会降低储能单元的使用寿命。基于此，设计一次调频时的光储配合方法如下：
[0080]
[0081][0082]
式中：δp
pv,i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量，δp
bess,i
为第i个光储场站内储能总调节量，p
prc,i
为当前时刻第i个光储场站内光伏有功备用容量，δpi为第i个光储场站整体有功调整量。
[0083]
由上式可知，当光储场站并网点频率超过死区范围后，光储场站下垂控制实时计算得到光储场站整体有功调整量。将光储场站整体有功调整量与当前时刻光储场站内光伏有功备用容量进行比较，如δpi≤p
prc,i
，则仅需要光储场站内光伏参与频率支撑，即δp
pv,i
＝δpi，δp
bess,i
＝0；如则令光储场站内光剩余功率由储能单元补充，即δp
pv,i
＝p
prc,i
，δp
bess,i
＝δp
i-p
prc,i
。
[0084]
本实施例针对含多个光储场站的区域电网，建立基于鲁棒控制的二次调频方法，实现多光储场站协同参与区域电网二次频率调节，降低区域频率的稳态偏差。首先建立区域电网的调频动态模型。以包含火电机组及虚拟同步化光储场站的区域电网为例，同时考虑到光伏出力和负荷等波动的影响，建立区域电网二次频率控制的状态空间模型。
[0085]
区域电网的频率响应模型为：
[0086][0087]
式中：δf为区域电网频率偏差量，h为区域电网惯性系数，d为区域电网负荷阻尼系数，δpm为火电机组输出功率变化量，δp
pv_bess,i
为第i个光储场站有功输出变化量，δp
l
为负荷偏差量，s为复频率。
[0088]
火电机组的调速器模型为：
[0089][0090]
式中：δpg为火电机调速器阀门变化量，tg为调速器时间常数，δp
c,g
为调速器二次调频控制输入，rg为一次调频下垂系数。
[0091]
火电机组的汽轮机模型为：
[0092][0093]
式中：t
ch
为汽轮机时间常数。
[0094]
虚拟同步化光储场站的动态模型为：
[0095][0096]
式中：δp
c,pv,i
为第i个光储场站二次调频控制输入，t
pv,i
为第i个光储场站时间常数。
[0097]
区域频率偏差信号模型：
[0098]
δace＝β
·
δf
[0099]
δace为区域频率偏差信号，β为区域频率偏差系数；
[0100]
由此，得到含火电机组和光储场站的区域电网二次频率控制的状态空间模型如下：
[0101][0102]
式中，为状态变量的变化量，z(t)为输出变量，u(t)为控制变量，w(t)为扰动变量，状态变量的矩阵x
t
＝[δf,δace,δpm,δpg,δp
c,g
,δp
pv_bess,i
,δp
c,pv,i
]，扰动变量的矩阵w
t
＝[δp
pv,i
,δp
l
]，控制变量的矩阵u
t
＝[δp
c,g
,δp
c,pv,i
]，其中i＝1,2,
…
,n；a为状态变量的系数矩阵，bu为控制变量的系数矩阵，bw为扰动变量的系数矩阵，c为输出变量的系数矩阵。
[0103]
在区域电网的调频动态模型的基础上，设计区域电网二次频率控制策略。由于区域电网中存在光伏出力、负荷等不确定功率扰动，使控制模型存在有界误差。因此考虑基于鲁棒h
∞
控制设计二次调频控制器，从而降低各种不确定性扰动对控制的影响，提升系统鲁棒性能。
[0104]
设计鲁棒h
∞
控制器的方法就是求解一个控制器u(s)＝k(s)y(s)，使被控闭环系统满足以下两项性能指标：
[0105]
性能指标ⅰ：闭环系统具有内部的稳定性，即闭环系统状态矩阵的所有特征值均在开复平面的左半边内；
[0106]
性能指标ⅱ：从扰动变量到输出变量的闭环传递函数t
wz
(s)的h
∞
范数小于1，即：
[0107]
||t
wz
(s)||
∞
＜ζ
[0108]
式中ζ为h
∞
控制器的性能指标。通过寻找变量ζ值的范围，确定ζ的最小值，即可求解得到区域电网的最优h
∞
控制器，即使闭环系统的扰动抑制度最小化的控制器。
[0109]
基于前述推导区域电网状态空间方程，性能指标ⅱ可进一步表示为如下形式：
[0110]
||τ
wz
(s)||
∞
＝||(c[si-(α+buk)]-1bw
)||
∞
＜ζ
[0111]
式中：i为单位矩阵，k为反馈控制的最优控制率。
[0112]
若对于给定常数ζ》0，存在满足上述两项性能指标，同时当且仅当存在常数以及对称正定矩阵x、w使得如下矩阵不等式成立，则区域电网能够渐进稳定：
[0113]
minζ2[0114]
s.t.
[0115][0116]
x＞0
[0117]
其中，t表示转置。通过求解上述优化问题，搜索满足约束的最优解，即可得到区域电网的最优鲁棒h
∞
控制器反馈控制的最优控制率。
[0118]
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发
明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，包括光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配、光储场站内多储能单元的功率分配、光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应、多光储场站协同参与区域电网二次频率调节四个部分；调频控制过程中，从上层至下层的顺序下达指令，先进行多光储场站协同参与区域电网二次频率调节，然后进行光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应，最后进行光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配和光储场站内多储能单元的功率分配；所述光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应是：针对含多个光伏机组及储能单元的光储场站，将光储场站内部的所有光伏机组和储能单元视为一个整体，设计基于虚拟同步发电机控制的光伏场站整体惯量支撑和一次调频控制方法，第i个光储场站的频率控制模型表示为：式中：k
p,i
为第i个光储场站的整体有功下垂系数；j
i
为第i个光储场站的虚拟惯量；ω
i
为第i个光储场站并网点处角速度；ω
n,i
为第i个光储场站角速度参考值；d
i
为第i个光储场站阻尼系数；δp
i
为光储场站整体有功调整量，t为时间。2.根据权利要求1所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，一次调频时光储场站内部的光伏机组和储能单元配合方法如下：在于，一次调频时光储场站内部的光伏机组和储能单元配合方法如下：式中：δp
pv,i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量，δp
bess,i
为第i个光储场站内储能总调节量，p
prc,i
为当前时刻第i个光储场站内光伏有功备用容量，δp
i
为第i个光储场站整体有功调整量。3.根据权利要求1所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，针对含多个光储场站的区域电网，建立基于鲁棒控制的二次调频方法，实现多光储场站协同参与区域电网二次频率调节；建立含火电机组和光储场站的区域电网二次频率控制的状态空间模型如下：式中，为状态变量的变化量，z(t)为输出变量，u(t)为控制变量，w(t)为扰动变量，状态变量的矩阵x
t
＝[δf,δace,δp
m
,δp
g
,δp
c,g
,δp
pv_bess,i
,δp
c,pv,i
]，扰动变量的矩阵w
t
＝[δp
pv,i
,δp
l
]，控制变量的矩阵u
t
＝[δp
c,g
,δp
c,pv,i
]，其中i＝1,2,
…
,n；a为状态变量的系数矩阵，b
u
为控制变量的系数矩阵，b
w
为扰动变量的系数矩阵，c为输出变量的系数矩阵；δf为区域电网频率偏差量，δace为区域频率偏差信号，δp
m
为火电机组输出功率变化量，δp
g
为火电机调速器阀门变化量，δp
c,g
为调速器二次调频控制输入，δp
pv_bess,i
为第i
个光储场站有功输出变化量，δp
c,pv,i
为第i个光储场站二次调频控制输入，δp
pv,i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量，δp
l
为负荷偏差量；设计基于鲁棒h
∞
控制的系统二次调频控制器u(s)＝k(s)y(s)；通过求解下述优化问题，搜索满足约束的最优解，即可得到区域电网的最优鲁棒h
∞
控制器反馈控制的最优控制率；minζ2s.t.x＞0式中：ζ为h
∞
控制器的性能指标；i为单位矩阵，k为反馈控制的最优控制率，x、w为求解过程中的对称正定矩阵，t表示转置。4.根据权利要求1所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，所述光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配是：针对光储场站内部参与辅助调频的光伏机组，根据光伏机组直流侧控制方法设计光伏机组逆变器下垂控制策略，以充分发挥光储场站内各光伏机组的有功调频能力、同时保证各光伏机组的剩余可调容量趋于一致为目标，设计光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配方法，实现光伏机组单机层面的频率跟踪。5.根据权利要求4所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，令光储场站中的一部分光伏机组工作在减载控制模式下，使光伏机组的运行点偏离最大功率点，为参与调频预留一定的有功备用容量；参与频率响应的光伏机组逆变器采用恒功率控制，通过跟踪外部指令实现参与电网的一次调频的目标；建立光伏机组l的有功分配权重系数α
l
如下：式中：l为光储场站内接入的光伏机组编号，δp
pv.i
为第i个光储场站的光伏有功总调节量；α
l
为光伏机组l的有功分配权重系数，n为光伏机组数量，δp
up,l
为光伏机组l可增发的有功功率剩余量；δp
down,l
为光伏机组l可削减的有功功率剩余量；经分配后减载控制模式的光伏机组l输出有功功率的参考值p
prc,ref,l
为：p
prc,ref,l
＝p
e,l
+α
l
·
δp
pv.i
。式中：p
e,l
为光伏机组l当前时刻的有功输出值。
6.根据权利要求1所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，所述光储场站内多储能单元的功率分配：针对光储场站内部参与辅助调频的储能单元，根据储能单元参与调频的储能逆变器控制方法，以保持储能单元电荷状态在50％同时降低储能单元动作次数为目标，制定光储场站内多储能单元的功率分配方案，实现光储场站内储能单元辅助光伏机组进行功率跟踪。7.根据权利要求6所述的计及多时间尺度的区域电网光储场站辅助调频方法，其特征在于，光储场站内多储能单元的功率分配时，基于模糊算法设计储能单元权重分配策略：当储能放电时，电荷状态高的储能单元放电优先级高，即放电权重大，且其权重随着电荷状态的降低而降低；当储能单元充电时，电荷状态低的储能单元充电优先级高，且其权重随着电荷状态的增大而减小。

技术总结
本发明公开了一种区域电网光储场站多时间尺度辅助调频方法，包括光储场站内多光伏机组频率响应的功率分配、光储场站内多储能单元的功率分配、光储场站层面的惯性支撑和一次频率响应、多光储场站协同参与区域电网二次频率调节四个部分；针对含多个光伏机组及储能单元的光储场站，设计基于虚拟同步发电机控制的光伏场站整体惯量支撑和一次调频控制方法，针对含多个光储场站的区域电网，建立基于鲁棒控制的二次调频方法，实现多光储场站协同参与区域电网二次频率调节。本发明通过一、二次调频控制建立、功率分配等实现辅助惯量和功率支撑，能够应对电网中出现的各类频率波动事件。能够应对电网中出现的各类频率波动事件。能够应对电网中出现的各类频率波动事件。


技术研发人员：曾伟 窦晓波 熊俊杰 桑丙玉 余侃胜 熊健豪 吴康 赵伟哲 何昊 李克成 朱少杰
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 东南大学 中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/25