大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略

吴限; 李卫东; 李正文; 郑慧聪; 曾辉; 李梓锋

doi:10.7500/AEPS20220809006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略
- Optimal Control Strategy of Active Frequency Response Against Large Disturbance Considering Electrochemical Energy Storage
- 电力系统自动化 2023年47卷第17期页码：118-127
- 作者机构：
  
  1.大连理工大学电气工程学院,辽宁省大连市 116024
  2.国家电网有限公司东北分部,辽宁省沈阳市 110180
  3.国网辽宁省电力有限公司,辽宁省沈阳市 110006
  4.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院,辽宁省沈阳市 110006
- 作者简介：
  
  吴限(1997—)，男，硕士，主要研究方向：动态频率响应运行与控制理论。E-mail：dut15xianwu@163.com
  李卫东(1964—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源电力系统频率稳定分析与控制。E-mail：wdli@dlut.edu.cn
  李正文(1980—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电网运行规划、分析、控制。E-mail：zhengwen_li@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U22A20223);国家电网公司科技项目(2021YF-11)
- DOI：10.7500/AEPS20220809006
  中图分类号：
- 收稿：2022-08-09，
  
  修回：2023-06-14，
  
  网络出版：2023-08-04，
  
  纸质出版：2023-09-10
- 稿件说明：
移动端阅览
吴限,李卫东,李正文等.大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):118-127.

WU Xian,LI Weidong,LI Zhengwen,et al.Optimal Control Strategy of Active Frequency Response Against Large Disturbance Considering Electrochemical Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):118-127.
吴限,李卫东,李正文等.大扰动下考虑电化学储能的主动频率响应优化控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(17):118-127. DOI： 10.7500/AEPS20220809006.

WU Xian,LI Weidong,LI Zhengwen,et al.Optimal Control Strategy of Active Frequency Response Against Large Disturbance Considering Electrochemical Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):118-127. DOI： 10.7500/AEPS20220809006.

摘要

新型电力系统在快速转型中面临严峻的频率稳定局面，隶属于安全稳定控制框架中的防失稳控制防线压力陡增。文中在构建“在线预算、实时匹配”的主动频率响应控制框架的基础上，计及紧急控制成本，提出一种安全与经济相协调的主动频率响应优化控制策略。依据不同调频资源的频率响应动态特征构建区域电网频率响应模型；从经济角度出发，以安全与经济协调为优化目标设计控制原则，构建基于模型预测控制的主动频率响应优化控制策略，通过调频资源动作深度的优化调控，实现频率安全的前提下紧急控制成本进一步降低。仿真分析表明，所提策略可优化协调不同禀赋的调频资源，实现主动频率响应控制的安全与经济协调。

Abstract

The new power system is facing a severe frequency stability situation in the rapid transformation

and the pressure on the anti-destabilization control line belonging to the safety and stability control framework has sharply increased. On the basis of constructing an active frequency response control framework of “online budgeting and real-time matching”

taking into account emergency control costs

this paper proposes an optimal control strategy of active frequency response that coordinates safety and economy. According to the dynamic characteristics of frequency response of different frequency regulation resources

a regional power system frequency response model is constructed. From the economic point of view

the control principle is designed with the safety and economic coordination as the optimization goal

and the active frequency response optimal control strategy based on model predictive control is constructed. Through the optimal regulation of the action depth of frequency regulation resources

the emergency control cost on the premise of frequency safety is further reduced. Simulation analysis shows that the proposed strategy can optimize and coordinate frequency regulation resources with different endowments

while achieving safety and economic coordination of active frequency response control.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

李晖，刘栋，姚丹阳 . 面向碳达峰碳中和目标的我国电力系统发展研判［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 18 ）： 6245 - 6259 .

LI Hui ， LIU Dong ， YAO Danyang . Analysis and reflection on the development of power system towards the goal of carbon emission peak and carbon neutrality ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 18 ）： 6245 - 6259 .

申家锴，刘洋，李卫东，等 . 考虑频率与区间联络线功率安全约束的两区互联电力系统机组组合［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 11 ）： 167 - 175 .

SHEN Jiakai ， LIU Yang ， LI Weidong ， et al . Unit commitment considering safety constraints of frequency and inter-areal tie-line power in two-area interconnected power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 167 - 175 .

舒印彪，张智刚，郭剑波，等 . 新能源消纳关键因素分析及解决措施研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 1 - 9 .

SHU Yinbiao ， ZHANG Zhigang ， GUO Jianbo ， et al . Study on key factors and solution of renewable energy accommodation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 1 - 9 .

周霞，刘懿诗，戴剑丰，等 . 考虑风-储-直参与调频的电力系统频率特征定量分析［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 6 ）： 30 - 44 .

ZHOU Xia ， LIU Yishi ， DAI Jianfeng ， et al . Quantitative analysis of power system frequency characteristics considering wind power-energy storage-flexible HVDC transmission participation in frequency modulation ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 6 ）： 30 - 44 .

王晓茹 . 大规模电力系统频率动态分析［J］. 南方电网技术， 2010 ， 4 （ 1 ）： 11 - 17 .

WANG Xiaoru . Analysis of frequency dynamics in large-scale power systems ［J］. Southern Power System Technology ， 2010 ， 4 （ 1 ）： 11 - 17 .

张恒旭，刘玉田 . 电力系统动态频率响应时空分布特征量化描述［J］. 中国电机工程学报， 2009 ， 29 （ 7 ）： 64 - 70 .

ZHANG Hengxu ， LIU Yutian . Quantitative description of space-time distribution features of dynamic frequency responses ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2009 ， 29 （ 7 ）： 64 - 70 .

李卫东，晋萃萃，温可瑞，等 . 大功率缺失下主动频率响应控制初探［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 22 - 30 .

LI Weidong ， JIN Cuicui ， WEN Kerui ， et al . Active frequency response control under high-power loss ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 22 - 30 .

JIN C C ， LI W D ， SHEN J K ， et al . Active frequency response based on model predictive control for bulk power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 3002 - 3013 .

吴限，李梓锋，李卫东，等 . 背靠背直流互联系统主动频率响应控制策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 1 ）： 232 - 245 .

WU Xian ， LI Zifeng ， LI Weidong ， et al . An active frequency response control strategy for back-to-back DC interconnection system ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 232 - 245 .

廖小兵，刘开培，汪宁渤，等 . 含风电的交直流互联电网AGC两级分层模型预测控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 45 - 50 .

LIAO Xiaobing ， LIU Kaipei ， WANG Ningbo ， et al . Two-level hierarchical model predictive control for AGC of AC/DC interconnected power grid with integration of wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 45 - 50 .

杨德友，蔡国伟 . 含规模化风电场/群的互联电网负荷频率广域分散预测控制［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 3 ）： 583 - 591 .

YANG Deyou ， CAI Guowei . Decentralized model predictive control based load frequency control for high wind power penetrated power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 3 ）： 583 - 591 .

陈达鹏，荆朝霞 . 美国调频辅助服务市场的调频补偿机制分析［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 18 ）： 1 - 9 .

CHEN Dapeng ， JING Zhaoxia . Analysis of frequency modulation compensation mechanism in frequency modulation ancillary service market of the United States ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 18 ）： 1 - 9 .

陈中飞，荆朝霞，陈达鹏，等 . 美国调频辅助服务市场的定价机制分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 12 ）： 1 - 10 .

CHEN Zhongfei ， JING Zhaoxia ， CHEN Dapeng ， et al . Analysis on pricing mechanism in frequency regulation ancillary service market of United States ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 1 - 10 .

陈厚合，李泽宁，姜涛，等 . 基于模型预测控制的智能楼宇用能灵活性调控策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 16 ）： 116 - 124 .

CHEN Houhe ， LI Zening ， JIANG Tao ， et al . Flexible energy scheduling strategy in smart buildings based on model predictive control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 16 ）： 116 - 124 .

张风晓，靳小龙，穆云飞，等 . 融合虚拟储能系统的楼宇微网模型预测调控方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 15 ）： 4420 - 4428 .

ZHANG Fengxiao ， JIN Xiaolong ， MU Yunfei ， et al . Model predictive scheduling method for a building microgrid considering virtual storage system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 15 ）： 4420 - 4428 .

张彦，张涛，刘亚杰，等 . 基于模型预测控制的家庭能源局域网最优能量管理研究［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3656 - 3666 .

ZHANG Yan ， ZHANG Tao ， LIU Yajie ， et al . Optimal energy management of a residential local energy network based on model predictive control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3656 - 3666 .

薛禹胜 . 时空协调的大停电防御框架：（一）从孤立防线到综合防御［J］. 电力系统自动化， 2006 ， 30 （ 1 ）： 8 - 16 .

XUE Yusheng . Space-time cooperative framework for defending blackouts： Part I from isolated defense lines to coordinated defending ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2006 ， 30 （ 1 ）： 8 - 16 .

LIU L ， LI W D ， SHEN J K ， et al . Probabilistic assessment of β for thermal unit using point estimate method adopted to a low-order primary frequency response model ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 1931 - 1941 .

LIU L ， LI W D ， BA Y ， et al . An analytical model for frequency nadir prediction following a major disturbance ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2527 - 2536 .

刘柳，李卫东，唱友义，等 . 大功率缺失下频率最低点估计的低阶仿真模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 17 ）： 78 - 83 .

LIU Liu ， LI Weidong ， CHANG Youyi ， et al . Low-order simulation model for frequency nadir estimation with high power deficit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 17 ）： 78 - 83 .

SHEN J K ， LI W D ， LIU L ， et al . Frequency response model and its closed-form solution of two-machine equivalent power system ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 2162 - 2173 .

黄际元，李欣然，曹一家，等 . 考虑储能参与快速调频动作时机与深度的容量配置方法［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 12 ）： 454 - 464 .

HUANG Jiyuan ， LI Xinran ， CAO Yijia ， et al . Capacity allocation of energy storage system considering its action moment and output depth in rapid frequency regulation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 12 ）： 454 - 464 .

吴启帆，宋新立，张静冉，等 . 电池储能参与电网一次调频的自适应综合控制策略研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3829 - 3836 .

WU Qifan ， SONG Xinli ， ZHANG Jingran ， et al . Study on self-adaptation comprehensive strategy of battery energy storage in primary frequency regulation of power grid ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3829 - 3836 .

李若，李欣然，谭庄熙，等 . 考虑储能电池参与二次调频的综合控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 74 - 82 .

LI Ruo ， LI Xinran ， TAN Zhuangxi ， et al . Integrated control strategy considering energy storage battery participating in secondary frequency regulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 74 - 82 .

周校聿，刘娆，鲍福增，等 . 百兆瓦级储能参与电网双重辅助服务调度的联合优化模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 60 - 69 .

ZHOU Xiaoyu ， LIU Rao ， BAO Fuzeng ， et al . Joint optimization model for hundred-megawatt-level energy storage participating in dual ancillary services dispatch of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 60 - 69 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于频率-转速下垂控制的储能型双馈调相机惯量支撑方法

储能-机组联合调频的动态经济环境跨区灵活性鲁棒优化调度