東南大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員張圣祺、袁蓓、季振東、魏曉婧、趙劍鋒，在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文，提出一種考慮分布式BESS參與的二次調(diào)頻控制策略。該控制策略能夠充分利用BESS和傳統(tǒng)機組的調(diào)頻特征，確定各自的動作時機和動作深度，提高區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻效果。
近年來，我國逐步建成“五縱五橫”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，連接西北新能源發(fā)電中心與東南用電中心。江蘇電網(wǎng)作為特高壓受端，面臨并網(wǎng)發(fā)電機組數(shù)量下降，新能源滲透率提高，電力系統(tǒng)慣性下降，調(diào)頻容量不足的問題。其中，由于電池儲能（Battery Energy Storage System, BESS）具有響應(yīng)速度快、控制精度高、投切靈活性強、不受地域限制等優(yōu)勢，利用BESS參與電網(wǎng)調(diào)頻成為上述問題的解決方案之一，受到廣泛關(guān)注。
隨著電池技術(shù)的發(fā)展及建設(shè)成本的下降，未來電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)將會存在大量分布式BESS，這將成為電網(wǎng)調(diào)頻功率容量的重要來源。較傳統(tǒng)機組，BESS在二次調(diào)頻中具有爬坡速率快，但是受容量限制的特點。所以，如何協(xié)調(diào)傳統(tǒng)機組和不同種類、性能的分布式BESS，精確調(diào)度其動作時機和動作深度，發(fā)揮BESS爬坡速率快和傳統(tǒng)電機不受容量限制的優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段考慮分布式BESS參與二次調(diào)頻控制研究中需要解決的問題。
部分專家學(xué)者針對相關(guān)問題進(jìn)行了深入研究。有學(xué)者根據(jù)事先約定的比例在電池儲能和傳統(tǒng)機組之間靜態(tài)分配調(diào)頻責(zé)任。有學(xué)者提出一種基于傳統(tǒng)機組和BESS最大可用調(diào)頻容量的動態(tài)系數(shù)分配方案，構(gòu)建了BESS中荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）的保持效果評價指標(biāo)，但管理效果仍有改進(jìn)空間。
總體而言，以上控制策略延續(xù)了傳統(tǒng)二次調(diào)頻控制的基本思路，沒有充分考慮傳統(tǒng)機組與BESS調(diào)頻特性的區(qū)別，易過度利用BESS，導(dǎo)致其SOC過低而退出運行序列，甚至造成電網(wǎng)頻率的二次跌落。
為了發(fā)揮BESS響應(yīng)迅速的調(diào)頻特點，有學(xué)者提出了按系統(tǒng)二次調(diào)頻信號的頻域特征進(jìn)行分配調(diào)頻責(zé)任的控制策略。有學(xué)者通過離散傅里葉變化，將調(diào)頻信號分解為高頻和低頻分量，并分別指派給BESS和傳統(tǒng)機組。有學(xué)者在研究BESS對儲能資源容量需求的基礎(chǔ)上，對實際系統(tǒng)全天和每小時內(nèi)的高頻分量占比進(jìn)行了定量分析，并將調(diào)頻需求的高頻分量指派給BESS承擔(dān)。
然而，以上這些控制策略中都沒有明確指出高頻和低頻的劃分依據(jù)，也缺乏對SOC的有效管理，無法保證BESS在調(diào)頻中運行的可持續(xù)性。
另外，以上考慮BESS參與的二次調(diào)頻控制策略都是基于集中控制原理，即調(diào)度中心需要和每個BESS建立通信，并采集大量狀態(tài)信息，通過集中運算下達(dá)調(diào)頻控制指令。然而，面對大量分布式BESS的參與，若仍采用集中式控制，調(diào)度中心將面臨巨大的運算和通信壓力。
目前，能夠充分考慮分布BESS調(diào)頻特征，提出電網(wǎng)二次調(diào)頻控制策略的相關(guān)文獻(xiàn)較少。參考對智能電網(wǎng)、微網(wǎng)的有功控制策略，如有學(xué)者將分布式控制應(yīng)用于微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，提出了一種在約束條件下無初值的分布式資源優(yōu)化配置方法。有學(xué)者提出了一種基于交替方向乘子法的分布式算法，用于解決智能電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置問題。
以上文獻(xiàn)中涉及的分布式控制原理對緩解調(diào)度中心面臨大量分布式BESS所帶來的運算和通信壓力，提供了重要的解決思路。
綜上所述，東南大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員基于分布式控制原理，提出一種考慮分布式BESS參與的二次調(diào)頻控制策略。該策略首先通過引入調(diào)頻電源損耗函數(shù)，定量地表示傳統(tǒng)機組和BESS在二次調(diào)頻中產(chǎn)生的損耗，作為分配調(diào)頻責(zé)任的關(guān)鍵指標(biāo)；然后建立每個調(diào)頻電源包括調(diào)頻功率備用、爬坡速率和SOC在內(nèi)的調(diào)頻能力數(shù)學(xué)模型；最后，通過分布式控制原理尋找以區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻損耗最小為目標(biāo)的調(diào)頻電源二次調(diào)頻出力分配方案，完成系統(tǒng)二次調(diào)頻控制。
圖1 BESS二次調(diào)頻控制方法
該策略具有以下優(yōu)勢：①通過定義調(diào)頻電源損耗函數(shù)，可以區(qū)分不同種類、功率和容量的分布式BESS；②充分發(fā)揮BESS快速響應(yīng)的優(yōu)勢，減少其調(diào)頻容量受限的劣勢，通過維持其荷電狀態(tài)，保證運行的可持續(xù)性；③引入BESS充放電效率，使電池模型更符合實際運行工況；④分布式控制降低集中運算負(fù)擔(dān)的同時保證了控制精度和速度，并且減小了通信線路建設(shè)成本，增加控制系統(tǒng)的可靠性。
仿真結(jié)果表明，分布式控制可以將原本調(diào)度中心集中控制的運算負(fù)擔(dān)下發(fā)到每一個分布式控制單元，同時保證了運算精度和運算速度。同時，該控制策略充分考慮每個調(diào)頻電源特征，在滿足系統(tǒng)調(diào)頻需要的基礎(chǔ)上，發(fā)揮BESS爬坡速率快的優(yōu)勢，保障其運行的可持續(xù)性。
以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2，論文標(biāo)題為“基于分布式控制原理的電池儲能系統(tǒng)二次調(diào)頻控制”，作者為張圣祺、袁蓓、季振東、魏曉婧、趙劍鋒。
