基于AGC 調度的電池充放電策略的研究

李 輝，剛千惠

（國網遼寧省電力有限公司錦州供電公司，遼寧 錦州 121000）

1 概述

近年，電網對清潔能源發電的接納能力是制約電網安全穩定運行的主要因素之一，為保障電網安全可靠運行，提升電網接納清潔能源發電的能力至關重要。近十年，核電、風電和光伏發電增長迅速，但負荷增長較為緩慢，供大于求的現象較為嚴重，對電網運行帶來較大安全隱患，清潔能源接納問題已較為突出[1]。為更好的利用清潔能源，減少火力發電，保護生態環境，開發建設電池蓄能系統，可通過電網協調調度，控制電池投切，提升電網對清潔能源接納能力。

2 AGC 調節基本理論

出于對北方地區的實際考慮，由于水電資源不豐富，冬季受溫度影響大，只能作為微調的作用，因此不考慮冬季供暖期間的水電作用。建立火電，電池儲能裝置參與AGC 調度系統，系統狀態主要分為四個控制狀態：常規電源控制態，電池放電態，電池充電態，清潔能源控制態四部分組成的AGC 調節系統。工作區域判斷以新能源全部入網為前提，利用極限控制策略，火電機組出力下限和電池機組容量極限為臨界條件，以火電為主，電池為輔，在消納清潔能源的同時保證系統的穩定。系統增加出力時如圖1 所示，系統減少出力時如圖2 所示。

圖1 系統增加出力圖示

對于火電和熱電廠來說，其發電下限具有明確的控制要求，在供熱期間，最小發電能力會有所提升東北地區由于冬季處于供熱期，較多供熱機組下限無法過低。電池儲能參與系統調度是以蓄電池組為控制對象，采用適用于該類負荷的調度方法來實現負荷與電源的平衡，實現電池蓄能的協調運行，實現能源優化配置的目的。電池充，放電區利用儲能元件消納發電量，這種形式的源荷互動是一種主動行為，改變了過去電源被動適應負荷的狀況。儲能元件無法滿足電量過剩時，棄新能源區舍棄部分新能源的消納。

圖2 系統減少發電圖示

由于常規的AGC 調節只能調節火電機組的出力，由于清潔能源的發電量大，浪費嚴重，為盡可能消納新能源，提出了蓄電池組參與的一種AGC 的調度控制方法[2]。

2.1 收集數據

收集的數據包括：被控制對象為：常規電源即參與AGC 調節的常規火電機組的發電功率PG；可控制改變量為：蓄電池充電功率PEC；以及蓄電池放電功率PED；以及清潔能源發電量入網量Pn；不可改變量為：用戶發電量PD；區域之間有幾乎穩定不變的聯絡線功率PC。

2.2 工作區域判斷

由于發電要求火力發電有發電下限PGmin，若火力發電不得低于PGmin，電池充放電控制區域：此時電池進行充電或放電，新能源全部入網，火電機組發電量在PGmin，保持不變。

舍棄新能源區即電儲熱全部投入且仍發電量過剩，為滿足供需平衡，保證系統穩定，再去區域內根據部分需要舍棄部分新能源發電量。

控制區域如圖3 所示：將總的發電控制劃分為四個區域：常規電源區，電池放電區，電池充電區，棄清潔能源區，有三個臨界條件①②③。

在常規電源控制區域中，此時清潔能源全部入網，此時電池組裝置不進行投入或者已經全部投入，僅通過控制調節火力發電量PG來滿足負荷變化的需求[3]。

首先判斷是發電量多還是負荷量大（即用電量大），若負荷大則先將電池已存儲的電量放出，此時保證新能源全部接納，若電池全部放電后仍然不能滿足要求，此時進行火力發電的增發，以滿足負荷用電量需求。

圖3 控制區域

若此時發電量大，則先控制火電在發電下限，然后利用臨界條件①判斷，將數據帶入①若等式左邊小于等于右邊，則區域為常規電源區域。

若帶入①左邊大于右邊則將數據帶入臨界條件②判斷，若②中左邊小于等于右邊，則此區域為電池放電區域。

若帶入②左邊大于右邊則將數據帶入臨界條件③判斷，若③中左邊小于等于右邊，則此區域為電池充電區域。

若帶入③左邊大于右邊則為第四區域，舍棄部分清潔能源，保證系統穩定。

由于清潔能源使用超短期負荷預測，時間為5-15 分鐘，且負荷實時變化，則每次進行調度變化以五分鐘為基準，每五分鐘進行一次區域比較，以便及時進行調度控制，保重系統運行的可靠性和安全性。

2.3 計算臨界條件

臨界條件①：

其中PGmin為火力發電最小值；PC為單位時間聯絡線功率；Pn為單位時間清潔能源發電量；PD為單位時間負荷用電功率；t0-t1為積分時間。

（PS：為滿足供需平衡即t0-t1時間內發電量等于用電量）

臨界條件②：

Ped，i為單位時間電池放電的功率；

由于電池是由m 個小電儲熱組進行布置的，因此單位時間內總的tde,i為電池可最大放電時間，t0-t1為積分時間；

α 為電池狀態系數。若要求充電時間超過當前可充電時間則系數為1 此時充電時間為可蓄電時間，若要求充電時間小于可充電時間則積分時間按照系統分配時間來算此時蓄電池組有充分的可調度容量[4]。

臨界條件③：

其中PGmin為火力發電最小值；PC為單位時間聯絡線功率；Pn為單位時間清潔能源發電量；PD為單位時間負荷用電功率；t0-t1為積分時間；Pec·i為電池充電時間；tce為電池最大可充電時間；α 為電池狀態系數。若要求充電時間超過當前可充電時間則系數為1 此時充電時間為可蓄電時間，若要求充電時間小于可充電時間則積分時間按照系統分配時間來算此時蓄電池組有充分的可調度容量。

3 實例驗證

對系統的火力發電量PG，清潔能源發電量Pn，以及負荷量PN進行測量，火力發電量是由日前計劃對火力發電場提出日發電要求，并依靠實時用電量，利用AGC 自動發電控制，對火力機組進行實時調整。其數據主要通過各個由火電廠上傳至調度終端的數據，通過調度平臺界面進行顯示，從而獲得該地區的總發電量PG，清潔能源發電量主要分為光伏發電Pn1和風力發電Pn2，該數據的獲取主要通過對以往類似天氣的數據對比以及十五分鐘內進行光和風預測從而獲得超短期預測功率清潔能源發電廠的信息測量裝置將信息進行測量采集，利用光纖傳至調度終端調度平臺顯示清潔能源發電量Pn，負荷量是PD是利用電網用戶用電數據集中進行采集，最終獲得該地區的總用電量PD。

3.1 數據選取

某區域火電總額定發電功率為2500MW，下限為1250MW 新能源最大發電量為2500MW，蓄電池組最大投入功率250MW，設當前時刻電池已存電量為150MW（見表1）。

表1 某地區電源負荷調度與控制序列

3.2 狀態判斷

表2

通過對數據1 的判斷可以得出此時發電剩余量為-20MW，由于控制序列，在負荷較大時，應先使電池放電，當電池放電完全后，再增加火力發電的功率，此時電池放電20MW，正好滿足供需關系。

火力發電，新能源發電，以及斷面的交換功率滿足度第一個臨界條件，此時系統位于第一個工作區域

當負荷持續降低，對數據2 進行狀態判斷可以得出此時發電剩余為30MW 此時火電已經無可調余度，要保證新能源的全部入網，此時投入電池裝置對30MW 多余電量進行消納。

此時處于電池充電工作區域，滿足以下等式關系。

當電池可充電時間小于需充電時間時此時充電時間為可充電時間即若α=1，否則α=0。由此當負荷再次降低，此時由臨界條件可以判斷剩余電量已經超過蓄電池組可以接受最大范圍，此時柔性負荷全部投入的同時，對多余的清潔能源發電量進行舍棄。由數據可知，此時電池可用容量為40MW，即可消納新能源為40MW，其余多余的新能源發電量進行舍棄，舍棄量為240MW。

4 結束語

本論文研究的AGC 調度的電池充放電方法不同于以往的AGC 只能控制火力發電的特點，本文中涵蓋電池蓄能的AGC 能夠實現儲能裝置火電機組共同根據需求調度，以保證負荷用電量需求，并最大程度接納新能源。對于控制序列來說，先進行電池儲能的充電和放電，在負荷高峰期放電低谷期充電，起到削峰填谷的作用，減小峰值，避免火力機組運行機組效率低，增強系統穩定性，當容量有限時，再選擇舍棄新能源。