陳東海，蔡振華，金 力，李亦凡

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

近年來，隨著電力新技術(shù)的快速發(fā)展，我國風(fēng)機(jī)、光伏裝機(jī)容量快速增長，分布式新能源在電網(wǎng)中的占比日益增大，而新能源難以預(yù)測、低轉(zhuǎn)動慣量的特點(diǎn)，對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定造成了極大的影響，僅僅依靠常規(guī)發(fā)電機(jī)組的AGC（自動發(fā)電控制）系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)頻已經(jīng)無法支撐高滲透率新能源電網(wǎng)的頻率特性要求。

當(dāng)前針對系統(tǒng)頻率方面的研究已有不少，文獻(xiàn)[1]研究了轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響，以及不同機(jī)組的慣量配置問題。文獻(xiàn)[2]研究了高滲透率新能源電網(wǎng)中的機(jī)組組合問題，加入了頻率安全約束，從而保證系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。文獻(xiàn)[3]通過建立計及新能源滲透率的電力系統(tǒng)頻率模型，得出系統(tǒng)頻率特性隨新能源滲透率提高而下降的結(jié)論。

為了保證新能源滲透率增大時的系統(tǒng)頻率特性要求，有研究表明，將具有很強(qiáng)頻率控制能力的電力電子新能源場站直接參與系統(tǒng)調(diào)頻[4-6]，并且認(rèn)為新能源發(fā)電不參與調(diào)頻，會對系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定造成負(fù)面影響[7]。

除了新能源場站直接參與系統(tǒng)調(diào)頻以外，儲能技術(shù)的快速發(fā)展也為高滲透率的電網(wǎng)調(diào)頻提供了新的思路。儲能系統(tǒng)具備快速的雙向功率控制能力、精準(zhǔn)的功率跟蹤能力[8-9]，可以做到實(shí)時應(yīng)對調(diào)頻的指令，滿足多種場景下的調(diào)頻需求，減小系統(tǒng)調(diào)頻備用容量的儲備需求。以美國加利福尼亞州的數(shù)據(jù)為例，儲能參與調(diào)頻的效果是水電機(jī)組的1.7 倍，是燃煤機(jī)組的20 倍[10]。

為了解決當(dāng)前新能源滲透率日益增高引起多源融合電網(wǎng)調(diào)頻能力下降的問題，本文在同時考慮新能源機(jī)組響應(yīng)速度快、成本低，常規(guī)機(jī)組調(diào)頻持續(xù)時間長，儲能電站功率跟蹤能力強(qiáng)的基礎(chǔ)上，提出以常規(guī)機(jī)組調(diào)頻為主，風(fēng)電場、儲能電站調(diào)頻結(jié)合為輔的聯(lián)合控制策略，以實(shí)現(xiàn)多源電網(wǎng)中的聯(lián)合調(diào)頻。同時建立計及調(diào)頻成本、頻率穩(wěn)定指標(biāo)和主體運(yùn)營商收益的多目標(biāo)聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，用于制定多源電網(wǎng)中考慮調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)性調(diào)度方案。最后用1999 年美國阿拉斯加圣保羅島的算例仿真多源融合電網(wǎng)，驗(yàn)證本文所提考慮多源聯(lián)合調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的有效性。

1 多源聯(lián)合調(diào)頻控制策略

電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定本質(zhì)上是發(fā)電側(cè)產(chǎn)生的有功功率與用戶側(cè)消耗的有功功率的實(shí)時動態(tài)平衡。系統(tǒng)中發(fā)生切機(jī)、切負(fù)荷等操作時，就會造成頻率的波動。

1.1 風(fēng)電場站的一次調(diào)頻

常規(guī)發(fā)電機(jī)組因?yàn)檠b機(jī)容量大，慣性時間常數(shù)大，在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率波動后需要較長的反應(yīng)時間才能夠達(dá)到穩(wěn)定的有功輸出增發(fā)，而風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，可以達(dá)到快速跟蹤的效果[6]。

風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)發(fā)電機(jī)組不同，它的轉(zhuǎn)子是通過變頻器控制單元控制轉(zhuǎn)速，不存在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率之間的直接耦合關(guān)系。因此想要讓風(fēng)電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻，就需要對頻率控制器單元增加額外的控制命令，使其在系統(tǒng)發(fā)生頻率波動時，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從而釋放/吸收部分動能提供功率支撐。

通常風(fēng)機(jī)根據(jù)頻率偏差來提供附加轉(zhuǎn)矩，控制方式為下垂控制，如圖1 所示。其功率下垂控制特性如圖2 所示[11]。

圖1 風(fēng)機(jī)的下垂控制

圖2 風(fēng)機(jī)的下垂控制特性

風(fēng)機(jī)頻率ωmeas和系統(tǒng)頻率ω0的偏差乘以系數(shù)KP作為附加轉(zhuǎn)矩，加在風(fēng)機(jī)的初始轉(zhuǎn)矩Tω，ref上形成增發(fā)。

圖2 中DB+和DB-分別為調(diào)頻死區(qū)上、下限，P0為額定輸出功率。

1.2 儲能系統(tǒng)的一次調(diào)頻

1.2.1 虛擬下垂控制

我國儲能系統(tǒng)中裝機(jī)容量占比最大的是抽水蓄能機(jī)組，屬于機(jī)械儲能方式，其運(yùn)行原理類似于常規(guī)水電機(jī)組，且受地理因素的制約嚴(yán)重。本文所提的儲能電站主要指電化學(xué)儲能。

儲能系統(tǒng)主要由儲能元件、變流器和控制系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3 所示。儲能系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)子調(diào)速，直接對系統(tǒng)送出/吸收功率提供頻率支撐。虛擬下垂控制是模擬同步發(fā)電機(jī)參與一次調(diào)頻的頻率下垂特性，通過頻率偏差和下垂特性對儲能單元的有功功率輸出作出相應(yīng)調(diào)整。儲能系統(tǒng)的下垂控制如圖4 所示。

圖3 儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 儲能系統(tǒng)下垂控制

系統(tǒng)測量頻率fgrid和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)頻率fN的偏差Δf 通過死區(qū)控制器（一般設(shè)置死區(qū)為fN±0.02 Hz），乘以系數(shù)KE，再經(jīng)過儲能功率輸出上、下限與功率輸出變化率上、下限控制單元，輸入逆變器進(jìn)行控制。

1.2.2 虛擬慣性控制

儲能系統(tǒng)具備快速的雙向功率控制能力、精準(zhǔn)的功率跟蹤能力，調(diào)頻速度快，可以對系統(tǒng)的頻率突變及時作出響應(yīng)，提供功率支撐。

儲能系統(tǒng)的虛擬慣性控制是儲能系統(tǒng)根據(jù)頻率變化率的大小來近似模擬傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)吸收/釋放能量[6]，用以減緩在頻率突變初期的高變化率，防止頻率擾動進(jìn)一步惡化。

1.3 多源聯(lián)合參與一次調(diào)頻策略

風(fēng)電與儲能均通過頻率偏差和下垂控制的辦法進(jìn)行頻率響應(yīng)，區(qū)別在于不同的調(diào)頻機(jī)組的調(diào)頻死區(qū)不同，聯(lián)合調(diào)頻可以有效抑制因調(diào)頻死區(qū)導(dǎo)致的調(diào)頻機(jī)組不動作或誤動作現(xiàn)象，大大提高了系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。

當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，系統(tǒng)只有正常的切機(jī)與負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率的波動較小，僅由常規(guī)機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻就可以達(dá)到系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的效果；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如負(fù)荷大面積切除導(dǎo)致頻率波動較大，且此時頻率變化率大于儲能單元的虛擬慣性控制死區(qū)時，儲能單元及時提供功率支撐，當(dāng)頻率偏差值大于風(fēng)電機(jī)組的動作死區(qū)時，風(fēng)電機(jī)組調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提供功率；倘若頻率偏差現(xiàn)象一直無法得到改善，而風(fēng)電機(jī)組的備用容量已經(jīng)用完，此時應(yīng)用儲能單元作為一次調(diào)頻的功率支撐保證頻率質(zhì)量。其聯(lián)合調(diào)頻策略如圖5 所示。

圖中DBwind+，DBwind-分別為風(fēng)電機(jī)組一次調(diào)頻的死區(qū)上、下限；DBESS+，DBESS-分別為儲能電站一次調(diào)頻的死區(qū)上、下限；DB+，DB-分別為儲能電站虛擬慣性調(diào)頻的死區(qū)上、下限。

采用MATLAB/Simulink 平臺對多源聯(lián)合調(diào)頻策略與單獨(dú)常規(guī)機(jī)組調(diào)頻進(jìn)行了對比，結(jié)果如圖6 所示。圖6（a）為單獨(dú)常規(guī)機(jī)組調(diào)頻波形，圖6（b）為聯(lián)合調(diào)頻頻率波形。系統(tǒng)在0.2 s 處設(shè)置頻率擾動。對比可見風(fēng)火儲聯(lián)合調(diào)頻在應(yīng)對頻率波動情況下，可以快速反應(yīng)，有效減小頻率波動的最大值，并快速恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。

2 多源聯(lián)合調(diào)頻的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

圖5 聯(lián)合調(diào)頻控制策略

圖6 頻率波形

區(qū)域電網(wǎng)在發(fā)生機(jī)組或負(fù)荷變動時，系統(tǒng)頻率發(fā)生改變，調(diào)度中心會發(fā)布調(diào)頻信號指導(dǎo)機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻，因此每個參與調(diào)頻的機(jī)組，在日常運(yùn)行過程中都要預(yù)留一定的調(diào)頻容量，這就造成機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性成為對立的目標(biāo)，而現(xiàn)有的大多數(shù)機(jī)組參與調(diào)頻的優(yōu)化調(diào)度模型，只能做到局部最優(yōu)，無法兼顧兩者的重要性。為了解決在調(diào)頻過程中，水風(fēng)儲等多源電源的功率分配問題和多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問題，提高調(diào)頻過程中的經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，本文提出多目標(biāo)優(yōu)化的多源聯(lián)合調(diào)頻的功率經(jīng)濟(jì)分配調(diào)度模型。

以參與調(diào)頻的各電源的調(diào)頻成本最小、頻率穩(wěn)定指標(biāo)最好、多源聯(lián)合體收益最高為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮各個調(diào)頻電源的技術(shù)參數(shù)：常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組的爬坡率、調(diào)頻備用容量、儲能系統(tǒng)的SOC（荷電狀態(tài)）、充放電效率等，建立多個等式或不等式約束條件。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

2.1.1 調(diào)頻成本函數(shù)

以發(fā)生頻率擾動時，參與調(diào)頻的各電源的調(diào)頻成本最小化為優(yōu)化目標(biāo)：

式中：Cg，t為常規(guī)機(jī)組在t 時刻的調(diào)頻成本；Cwind，t為風(fēng)電機(jī)組在t 時刻的調(diào)頻成本；CESS，t為儲能系統(tǒng)在t 時刻的調(diào)頻成本。

（1）常規(guī)機(jī)組調(diào)頻成本

常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻成本主要在于其參與調(diào)頻的過程中，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的改變，機(jī)組輸出功率偏離最佳運(yùn)行點(diǎn)，造成性價比更低的燃料損耗問題[12-13]。以機(jī)組偏移功率的二次函數(shù)來描述機(jī)組調(diào)頻成本：

式中：a1為常規(guī)機(jī)組功率偏移增加成本的系數(shù)；Pg，t為常規(guī)機(jī)組在t 時刻承擔(dān)的調(diào)頻有功功率容量。

（2）風(fēng)電機(jī)組調(diào)頻成本

風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻成本主要在于增發(fā)功率需要改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使其偏離當(dāng)前風(fēng)速提供的固定機(jī)械扭矩，額外扭矩的產(chǎn)生需要對應(yīng)的能量供給，同時會因此增加機(jī)組的機(jī)械磨損，可表示為：

式中：a2為風(fēng)電機(jī)組功率偏移增加成本的系數(shù)；Pwind，t為風(fēng)電機(jī)組在t 時刻承擔(dān)的調(diào)頻有功功率容量。

（3）儲能系統(tǒng)的調(diào)頻成本

儲能系統(tǒng)的調(diào)頻成本主要來自于電池工作時因SOC 偏移較大、輸入輸出功率較高導(dǎo)致的電池加速老化和壽命衰減問題，即：

式中：PESS，t為儲能系統(tǒng)在t 時刻承擔(dān)的調(diào)頻有功功率容量；SOCt和SOC0分別為t 時刻的SOC 值和基準(zhǔn)SOC 值；a3和a3分別為因額外功率充放和SOC 偏移增加的成本系數(shù)。

2.1.2 調(diào)頻指標(biāo)

為了能夠評估本文提出的功率經(jīng)濟(jì)分配調(diào)度模型對系統(tǒng)調(diào)頻的改善效果，通過以下幾個指標(biāo)進(jìn)行評價：

（1）最大頻率偏差Δfm。在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率波動直到系統(tǒng)頻率穩(wěn)定期間，頻率最大值與最小值之差。Δfm越小，代表調(diào)頻的效果越好。

（2）頻率偏移度f0。在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率波動直到系統(tǒng)頻率穩(wěn)定期間，頻率偏移標(biāo)準(zhǔn)頻率的方差。f0越小，表示頻率穩(wěn)定性越高，表示為：

式中：n 為采樣點(diǎn)數(shù)；fi為第i 個采樣點(diǎn)的頻率；fN為標(biāo)準(zhǔn)頻率。

調(diào)頻指標(biāo)函數(shù)以最大頻率偏差Δfm和頻率偏移度f0加權(quán)和表示，其中α1代表Δfm的權(quán)重系數(shù)，即：

2.1.3 多源聯(lián)合體收益

（1）供電收益

將水、風(fēng)、儲等多源視作聯(lián)合體，一起給本地用戶負(fù)荷供電，余電上網(wǎng)，則收益的計算公式如下：

式中：b1為每日的平均電量收益系數(shù)（綜合全天峰谷電價）；Ptotal，t為t 時刻聯(lián)合體的總發(fā)電量。

（2）政府補(bǔ)貼收益

參與調(diào)頻的機(jī)組有一部分調(diào)頻容量需要處于備用狀態(tài)，政府會根據(jù)對應(yīng)的調(diào)頻備用容量給予補(bǔ)貼，即：

式中：b2為政府補(bǔ)貼收益系數(shù)；為聯(lián)合體t時刻的調(diào)頻備用容量。

2.2 約束條件

（1）常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組約束條件

機(jī)組出力約束條件為：

機(jī)組爬坡約束條件為：

式中：ut為常規(guī)機(jī)組的開關(guān)機(jī)狀態(tài)，0 為關(guān)機(jī)，1為開機(jī)；R 為常規(guī)機(jī)組的爬坡率。風(fēng)電機(jī)組雷同，此處不贅述。

（2）儲能系統(tǒng)約束條件

對于儲能系統(tǒng)，t 時刻的SOC 狀態(tài)、充放電功率大小與t-1 時刻的SOC 狀態(tài)有關(guān)，可表示為：

式中：η 為儲能系統(tǒng)的充放電效率系數(shù)；SESS為儲能系統(tǒng)的容量；Δt 為采樣時間間隔；PESS，t為正數(shù)時代表儲能放電，為負(fù)數(shù)表示儲能充電。

結(jié)合式（13），儲能系統(tǒng)的SOC 約束條件可以表示為：

式中：PESS，max，PESS，min為儲能系統(tǒng)的功率上、下限；SOCmax，SOCmin為儲能系統(tǒng)的SOC 上、下限。

（3）功率平衡約束條件

調(diào)頻過程中必須保持每個時刻t 提供和需求的有功功率大小相等，即：

式中：PAGC，t代表電網(wǎng)的AGC 系統(tǒng)一次調(diào)頻需要的有功功率總和。

3 模型求解

上節(jié)提出的多源聯(lián)合調(diào)頻調(diào)度模型的求解過程，本質(zhì)上是一個多目標(biāo)的優(yōu)化問題求解，每個目標(biāo)不可能同時達(dá)到最優(yōu)，必須各有權(quán)重。借鑒實(shí)際中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)情況，本文將頻率的穩(wěn)定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化成懲罰成本函數(shù)的形式，加入到調(diào)頻成本函數(shù)中，計作總成本。將成本、頻率、收益的多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)運(yùn)行總收益最高的單目標(biāo)MILP（混合整數(shù)線性規(guī)劃）模型，可以采用成熟的商業(yè)優(yōu)化軟件如CPLEX 等進(jìn)行求解，表示為：

式中：β 為懲罰成本系數(shù)。

頻率穩(wěn)定性情況越差，懲罰成本越高，因此本文取頻率穩(wěn)定性指標(biāo)的倒數(shù)。

4 算例分析

4.1 算例設(shè)置

以IEEE 二機(jī)五節(jié)點(diǎn)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)本文研究內(nèi)容對標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行適當(dāng)改變，電網(wǎng)簡化拓?fù)淙鐖D7 所示。案例中母線1 連接480 V，300 kVA 的同步發(fā)電機(jī)組；母線4 連接480 V，300 kVA 的風(fēng)機(jī)，風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速、轉(zhuǎn)速和輸出特性曲線如圖8 所示；母線4 還連接有一個70 kW 的儲能電站；母線2 連接穩(wěn)定負(fù)荷50 kW；母線5連接變動范圍為0～200 kW 的用戶負(fù)荷，還有一個25 kW 的次級負(fù)荷1 可以隨時接入電網(wǎng)或者從電網(wǎng)中切除，用于模擬系統(tǒng)小干擾階躍信號。電網(wǎng)穩(wěn)定頻率為60 Hz。

圖7 電網(wǎng)簡化拓?fù)?/p>

圖8 風(fēng)機(jī)輸出特性曲線

部分仿真參數(shù)設(shè)置如表1 所示。常規(guī)機(jī)組參照IEEE 標(biāo)準(zhǔn)模型中的默認(rèn)機(jī)組進(jìn)行設(shè)置，風(fēng)機(jī)按文獻(xiàn)[13]中的風(fēng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

表1 仿真參數(shù)

4.2 算例結(jié)果分析

4.2.1 調(diào)度成本分析

由于風(fēng)機(jī)的日預(yù)測出力情況（圖9）、用戶負(fù)荷的用電情況會實(shí)時改變，根據(jù)本文提出的調(diào)頻經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解各機(jī)組最優(yōu)功率輸出情況。案例中電網(wǎng)系統(tǒng)的日調(diào)度情況如圖10 所示。

由圖9、圖10 的風(fēng)機(jī)預(yù)測情況和日調(diào)度情況可以得到以下結(jié)論：

圖9 風(fēng)機(jī)預(yù)測輸出特性曲線

圖10 聯(lián)合調(diào)度情況

（1）風(fēng)電機(jī)組的出力情況受當(dāng)天的天氣情況影響較大，在白天期間（8:00—16:00）波動范圍較大，因此無法依靠風(fēng)機(jī)提供穩(wěn)定的系統(tǒng)調(diào)頻備用容量。

（2）儲能電站可以很好地對風(fēng)電機(jī)組出力的不確定性進(jìn)行時間尺度上的互補(bǔ)，使風(fēng)儲聯(lián)合體在出力過程中保持一個相對均衡的出力效果。在儲能設(shè)備沒有功率交換時（23:00—10:00），儲能設(shè)備能提供一個比較穩(wěn)定的調(diào)頻備用容量。在參與調(diào)頻的過程中能夠稍微消耗些儲存的風(fēng)電能源。

為了能夠體現(xiàn)考慮調(diào)頻成本與頻率穩(wěn)定性指標(biāo)的聯(lián)合調(diào)度模型的優(yōu)勢，本文設(shè)置兩種情況進(jìn)行算例比對。

Case 1：本案例電網(wǎng)中僅使用傳統(tǒng)常規(guī)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻。將母線2 的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)變成額定功率相同的常規(guī)機(jī)組，刪除對應(yīng)儲能裝置。其他條件不變。

Case 2：應(yīng)用本案例電網(wǎng)中的多源聯(lián)合調(diào)度模型與拓?fù)溥M(jìn)行計算。

表2 日調(diào)度成本收益表

由表2 中數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論：

（1）僅靠傳統(tǒng)常規(guī)機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻與調(diào)度將消耗更多的調(diào)頻成本。原因在于每次需要調(diào)頻的過程中，由于傳統(tǒng)常規(guī)機(jī)組的調(diào)頻速率偏慢，導(dǎo)致對應(yīng)頻率穩(wěn)定性偏低，轉(zhuǎn)化的懲罰成本更高。

（2）多源聯(lián)合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻與調(diào)度會有更高的聯(lián)合收益，原因在于風(fēng)力發(fā)電的低成本、政府的新能源補(bǔ)貼與調(diào)頻容量備用的補(bǔ)貼價格。

（3）相比于傳統(tǒng)單一常規(guī)機(jī)組調(diào)度與參與調(diào)頻情況，考慮調(diào)頻成本與調(diào)頻穩(wěn)定性指標(biāo)的多源聯(lián)合系統(tǒng)日常調(diào)度模型能夠減小調(diào)頻成本、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

4.2.2 頻率波動分析

為了驗(yàn)證多源融合環(huán)境下，加入儲能電站后電力系統(tǒng)的調(diào)頻能力，本文在MATLAB/Simulink環(huán)境下，根據(jù)圖7 系統(tǒng)拓?fù)浯罱ǚ抡婺Ｐ?，Simulink 程序如圖11 所示。

本文分別設(shè)置以下三種情景對系統(tǒng)的調(diào)頻能力進(jìn)行仿真。

Case 1：無儲能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻，系統(tǒng)無階躍信號擾動。

Case 2：無儲能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻，系統(tǒng)仿真時間0.2 s 時設(shè)置階躍信號擾動（通過斷路器接入固定負(fù)荷）。

Case 3：設(shè)置儲能電站參與系統(tǒng)調(diào)頻，系統(tǒng)仿真時間0.2 s 時設(shè)置階躍信號擾動。

三種情況下，電力系統(tǒng)的頻率波動情況如圖12 所示。

圖11 Simulink 仿真模型結(jié)構(gòu)

圖12 三種情景電網(wǎng)頻率波動曲線

根據(jù)圖12 頻率波動情況可以得出如下結(jié)論：

（1）由圖12（a）可知，由于風(fēng)機(jī)出力存在波動性，系統(tǒng)頻率一直存在小幅波動。

（2）在電力系統(tǒng)出現(xiàn)階躍響應(yīng)時（0.2 s），頻率會出現(xiàn)波動，之后系統(tǒng)在調(diào)頻備用容量的幫助下能夠恢復(fù)正常運(yùn)行頻率。

（3）圖12（c）有儲能電站參與調(diào)頻的情況下，相較于圖12（b）無儲能電站，系統(tǒng)頻率的波動幅度更小，系統(tǒng)恢復(fù)正常頻率的速度更快。

5 結(jié)語

本文針對當(dāng)前新能源滲透率日益增高的多源融合電網(wǎng)調(diào)頻能力下降的問題，提出以傳統(tǒng)常規(guī)機(jī)組調(diào)頻為主、風(fēng)電機(jī)組與儲能電站調(diào)頻為輔的聯(lián)合調(diào)頻，并根據(jù)不同種類機(jī)組的調(diào)頻死區(qū)制定的聯(lián)合調(diào)頻策略，避免了因調(diào)頻死區(qū)導(dǎo)致的調(diào)頻機(jī)組不動作問題，使得多源聯(lián)合參與系統(tǒng)一次調(diào)頻變成現(xiàn)實(shí)，很好地利用儲能與風(fēng)電機(jī)組的調(diào)頻靈活性與容量，解決了當(dāng)前存在的問題。

其次針對多源聯(lián)合參與調(diào)頻的情況，建立了考慮調(diào)頻成本與調(diào)頻穩(wěn)定性指標(biāo)的多目標(biāo)聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并通過將頻率穩(wěn)定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為懲罰成本函數(shù)，將模型轉(zhuǎn)化為MILP 問題。最后經(jīng)算例仿真驗(yàn)證，該聯(lián)合調(diào)度模型相比于單一常規(guī)機(jī)組參與調(diào)頻與調(diào)度，能夠有效降低成本，提高系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性和主體運(yùn)營商的收益。

最后分析了在儲能電站參與情況下的多源融合電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性問題，儲能電站能夠有效減少電力系統(tǒng)面對小擾動信號時的頻率波動幅度，加快電力系統(tǒng)擾動后的頻率恢復(fù)速度。