摘" 要：為提升儲能參與電網(wǎng)調頻的性能，通過對光儲電站內儲能的特性進行測試和研究。設計AGC動態(tài)變化指令，分別在階躍擾動和連續(xù)擾動工況下，對儲能系統(tǒng)調節(jié)速度、調節(jié)精度和響應時間等指標進行觀測。更進一步地構建儲能AGC調頻效果的綜合評價方法，以評估儲能系統(tǒng)在設定不同調節(jié)速率下的響應時間、穩(wěn)定性和效率。實驗結果表明，在負荷快速變換條件下，部分儲能調頻指標超過標準界限，且不同功率調節(jié)速率對儲能調頻性能也有一定影響。最后，運用層析分析法，選出調頻性能優(yōu)越且合理的功率調節(jié)速率，為后期儲能參與光儲聯(lián)合調頻奠定基礎和積累技術經(jīng)驗。

關鍵詞：AGC調頻；層次分析法；功率調節(jié)速率；光儲電站；評估方法

中圖分類號：TM712" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）36-0071-06

Abstract： In order to improve the performance of energy storage participating in power grid frequency modulation， the characteristics of energy storage in optical storage power station are tested and studied. The AGC dynamic change command is designed to observe the adjustment speed， adjustment accuracy and response time of the energy storage system under the condition of step disturbance and continuous disturbance respectively. Furthermore， a comprehensive evaluation method of the frequency modulation effect of energy storage AGC is constructed to evaluate the response time， stability and efficiency of the energy storage system under different adjustment rates. The experimental results show that under the condition of fast load change， some frequency modulation indexes of energy storage exceed the standard limit， and different power regulation rates also have certain effects on the frequency modulation performance of energy storage. Finally， by using chromatographic analysis， the power adjustment rate with superior frequency modulation performance is selected， which lays a foundation and accumulates technical experience for energy storage to participate in optical storage combined frequency modulation in the later stage.

Keywords： AGC frequency modulation; analytic hierarchy process; power vegulation rate; optical storage power station; evaluation method

隨著兩個“細則”的出臺[1-2]，細則對并網(wǎng)主體的調頻性能提出明確要求，本文以某50 MW光伏配5" MW/5 MWh儲能系統(tǒng)為對象，該站光伏、儲能暫未構成調度聯(lián)動，故當前模式下光儲是兩套相對獨立的運行系統(tǒng)?？紤]到電站實際運行情況，結合調頻理論對儲能系統(tǒng)快速響應、精確跟蹤等調頻性能指標，進行試驗。不同功率調節(jié)速率下，儲能AGC指令響應時間、指令正確執(zhí)行次數(shù)、指令變化速率、系統(tǒng)控制精度等可能存在差異，故引入層次分析法，從多維度考量不同整定參數(shù)下的儲能調頻性能，從而優(yōu)選出系統(tǒng)調頻整定參數(shù)，提升儲能AGC調頻性能，為后期光儲聯(lián)合調頻奠定基礎和積累經(jīng)驗。

1" 儲能調頻

調頻分為一次調頻和二次調頻。一次調頻是指當電力系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時，新能源和儲能等并網(wǎng)主體通過快速頻率響應，調整有功出力減少頻率偏差所提供的服務。二次調頻是指并網(wǎng)主體通過自動功率控制技術，包括自動發(fā)電控制（AGC）、自動功率控制（APC）等，跟蹤電力調度機構下達的指令，按照一定調節(jié)速率實時調整發(fā)用電功率，以滿足電力系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡線功率控制要求的服務，對儲能來說主要是AGC 服務[3]。由于一次調頻在大部分區(qū)域為并網(wǎng)基本要求，不予補償，我們重點關注二次調頻。

2" 儲能調頻性能指標

電化學儲能電站調頻與調峰技術規(guī)范[4]規(guī)定了儲能電站有功功率控制參數(shù)，具體如圖1所示。

圖1中PS為儲能電站有功功率控制目標值；Pd為儲能電站有功功率控制的響應滯后死區(qū)；t0為儲能電站接收到有功功率控制目標起始時刻；t1為儲能電站實測有功功率越過響應滯后死區(qū)的時刻；t2為儲能電站實測有功功率達到有功控制目標值10%的時刻；t3為儲能電站實測有功功率達到有功控制目標值90%的時刻；t4為儲能電站實測有功功率不再超出穩(wěn)態(tài)控制誤差帶的時刻。？啄為穩(wěn)態(tài)控制誤差帶，±1%PS。

《江西電力調頻輔助服務市場運營規(guī)則》中指出綜合調頻性能指標包含調節(jié)速度性能指標、調節(jié)精度性能指標和響應時間，公式如下

調節(jié)速度性能指標K是指AGC響應設點指令的速率，衡量的是調頻單元i第j次調節(jié)過程中響應設點指令實際調節(jié)速度與其應達到的標準速度相比達到的程度。調節(jié)速度性能指標公式如下

式中：K為調頻單元響應AGC控制指令的速率；P為AGC調頻單元i第j次實際調節(jié)過程中的調節(jié)幅度，MW；T為AGC調頻單元i第j次實際調節(jié)過程的調節(jié)時間，s；P為AGC調頻單元i第j次調節(jié)過程最終指令—初始出力，MW；P為AGC調頻單元i結束第j次調節(jié)過程時的實際出力，MW；T為AGC調頻單元i第j次調節(jié)過程計算參數(shù)；T1為AGC調頻單元i第j次調節(jié)補償時間，獨立儲能，光儲取為0～5 s；V0為調頻單元標準速度。

調節(jié)精度性能指標K是AGC響應穩(wěn)定之后其實際出力和設點出力之間的差值，該指標為衡量調頻單元i第j次調節(jié)過程中實際調節(jié)偏差量與其允許達到的偏差值相比達到的程度。調節(jié)精度性能指標公式如下

式中：K指調頻單元響應AGC控制指令精度；e為AGC調頻單元i第j次調節(jié)過程調節(jié)精度。

響應時間K是指系統(tǒng)發(fā)出指令后，AGC出力在原出力點的基礎上，可靠地跨出與調節(jié)方向一致的調節(jié)死區(qū)所用的時間，衡量的是單元i第j次調節(jié)過程中實際響應時間與標準響應時間相對達到的程度。響應時間公式如下

式中：t為調頻單元i第j次調節(jié)的實際響應時間；TN為標準響應時間；T為調頻單元i第j次調節(jié)開始時刻；T為調頻單元i第j次調節(jié)跨出與調節(jié)方向一致的調節(jié)死區(qū)的時刻。

調節(jié)速度性能指標、調節(jié)精度性能指標和響應時間指標是儲能調峰調頻系統(tǒng)性能評估的關鍵因素。通過優(yōu)化這些指標，能夠有效提升儲能系統(tǒng)的響應能力和調節(jié)效果，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行，推動可再生能源的廣泛應用。

3" 調頻性能綜合評價方法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性與定量相結合的多準則決策方法，主要用于解決復雜、決策準則較多且不易量化的決策問題。層次分析法通過構建層次結構，將問題分解為多個層次，利用成對比較和權重計算，幫助決策者在不確定和模糊的情況下做出更為理性的決策。層次分析法建模的大體包含4個步驟：建立遞階層次結構模型、構造判斷矩陣、一致性檢驗及最優(yōu)方案計算[5]。

3.1" 建立遞階層次結構模型

通常包括目標層、準則層和方案層，分別代表決策的目標、評價準則和可選方案，如圖2所示。

3.2" 判斷矩陣的構建

假設子要素的集合為Ap（ap？奐Ap，p=1，2，…，n），然后以上層親要素為基準，對各子要素進行成對比較，一般采用九標法。如第p個元素和第q個元素進行比較，apq就是判斷矩陣A中第p行第q列的元素，apq取值見表1。由此就可以構建出判斷矩陣A：A=（apq）n×n。

3.3" 一致性檢驗

雖然采用了相同的標準進行同一層次重要程度的比較，但標度系統(tǒng)本身的不一致性也是客觀存在的，而這恰恰是導致判斷矩陣基本不一致的一個重要原因。因此判斷矩陣的偏離一致性條件應該有一個度，超過這個度這些判斷就不能真實反映比較自要素間的關系，判斷矩陣一致性檢驗指標如下

C.R.=C.I./R.I. ，（7）

C.I.=（max-n）/（n-1），（8）

式中：n為判斷矩陣的階數(shù)；max為判斷矩陣的最大特征值；C.R.為一致性比例（Consistence Ratio，C.R.），一般認為C.R.lt;0.1時，判斷矩陣的一致性好；C.I.為一致性指標 （Consistence Index，C.I.）；R.I.為平均隨機一致性指標（Random Consistence Index），其取值一般可參照表2[6]。

綜上所述，用層次分析法分析問題的關鍵在于判斷矩陣的一致性檢驗。該方法應用于實際問題的過程中，往往需要進行多次判斷矩陣的一致性檢驗和修正，這也增加了一定的工作量?；谧顑?yōu)傳遞矩陣的改進層次分析法，直接構建了修正后的判斷矩陣，這樣就省去了耗時費力的判斷矩陣一致性檢驗的工作，在生產(chǎn)實際中應用廣泛。

改進層次分析法的一般步驟如下。

首先，建立層次結構模型，采用九標法構造兩兩比較的判斷矩陣A：A=（apq）n×n，p，q=1，2，…，n，其中，app=1，apq=1/aqp，即滿足矩陣A為互反矩陣。

然后，構建以準則層B1為基準的最優(yōu)傳遞矩陣" "：

式中：

最優(yōu)傳遞矩陣特征向量為

式中：

歸一化后得到權重向量為

式中：

同理，可求得wB2，…，wBn和以目標層為基準的wY，最終可求得方案層對于目標層Y的權重向量如下所示

3.4" 最優(yōu)方案計算

將權重審核各個方案的評價，計算出最終的綜合得分。通過比較得分，決策者可以選擇出最優(yōu)方案，幫助實現(xiàn)決策目標。

4" 儲能調頻性能測試

《江西電力調頻輔助服務市場運營規(guī)則》中包含調節(jié)速度性能指標、調節(jié)精度性能指標和響應時間對應的參考值，具體見表3。

首先，在EMS系統(tǒng)中設定儲能系統(tǒng)當前策略模式為“投入跟蹤計劃”。在EMS系統(tǒng)中PCS策略配置下“計劃曲線”，根據(jù)測試工況逐級調節(jié)有功設定值，每個功率設定值保持至少15 s。儲能系統(tǒng)按照設定“計劃曲線”運行，同時EMS系統(tǒng)測量時序功率，以每0.2 s有功功率平均值為一點，記錄實測曲線。計算各點AGC指令下對應的有功功率的控制精度、響應時間和調節(jié)時間。

4.1" 調度AGC充、放電單調遞增指令測試

工況1：AGC充電單調遞增指令測試，逐級調節(jié)有功設定值-0.1 Pn、-0.25 Pn、-0.4 Pn、-0.5 Pn、-0.6 Pn、-0.75 Pn、-0.9 Pn、-1.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況1測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.873 2.188]，綜合調頻性能K值平均值為1.639，具體如圖3所示。

工況2：AGC放電單調遞增指令測試，逐級調節(jié)有功設定值0.1 Pn、0.25 Pn、0.4 Pn、0.5 Pn、0.6 Pn、0.75 Pn、0.9 Pn、1.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況2測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.871 2.027]，綜合調頻性能K值平均值為1.455，具體如圖4所示。

4.2" 調度AGC充、放電單調遞減指令測試

工況3：AGC充電單調遞減指令測試，逐級調節(jié)有功設定值-Pn、-0.75 Pn、-0.5 Pn、-0.25 Pn、-0.1 Pn、0.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況3測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.381 1.824]，綜合調頻性能K值平均值為1.307，具體如圖5所示。

工況4：AGC放電單調遞減指令測試，逐級調節(jié)有功設定值Pn、0.75 Pn、0.5 Pn、0.25 Pn、0.1 Pn、0.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況4測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.701 2.306]，綜合調頻性能K值平均值為1.690，具體如圖6所示。

4.3" 調度AGC充、放電交替遞增、遞減指令測試

工況5：AGC充、放電交替遞增指令測試，逐級調節(jié)有功設定值0.0 Pn、0.25 Pn、-0.25 Pn、0.5 Pn、-0.5 Pn、0.75 Pn、-0.75 Pn、1.0 Pn、-1.0 Pn、0.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況5測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.943 2.303]，綜合調頻性能K值平均值為1.886，具體如圖7所示。

工況6：AGC充放電交替遞減指令測試，逐級調節(jié)有功設定值1.0 Pn、-0.75 Pn、-0.75 Pn、-0.5 Pn、0.5 Pn、-0.25 Pn、0.25 Pn、0.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況6測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.808 2.044]，綜合調頻性能K值平均值為1.651，具體如圖8所示。

4.4" 調度AGC充、放電快速變換指令測試

工況7：AGC充放電快速變換指令測試，逐級調節(jié)有功設定值±1.0 Pn、±1.0 Pn、±1.0 Pn、±1.0 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況7測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.700 2.300]，綜合調頻性能K值平均值為1.705，具體如圖9所示。

工況8：AGC充放電快速變換指令測試，逐級調節(jié)有功設定值±0.75 Pn、±0.75 Pn、±0.75 Pn、±0.75 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況8測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.210 2.626]，綜合調頻性能K值平均值為0.76，具體如圖10所示。

工況9：AGC充放電快速變換指令測試，逐級調節(jié)有功設定值±0.5 Pn、±0.5 Pn、±0.5 Pn、±0.5 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況9測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.946 2.607]，綜合調頻性能K值平均值為1.723，具體如圖11所示。

工況10：AGC充放電快速變換指令測試，逐級調節(jié)有功設定值±0.25 Pn、±0.25 Pn、±0.25 Pn、±0.25 Pn，每個功率設定值保持至少15 s。

工況10測試結果：AGC綜合調頻性能K值范圍為[0.412 2.306]，綜合調頻性能K值平均值為1.767，具體如圖12所示。

5" 功率調節(jié)速率對儲能調頻性能的影響

5.1" 構建基于功率調節(jié)的調頻質量評價方法

目標層為要解決的問題，在本研究中為對AGC調頻質量的評價。準則層為解決問題時需要考慮的要素，在本研究中準則層為儲能AGC指令的響應時間、執(zhí)行指令準確率、響應指令超調量具體見表4。方案層為解決問題的各類可選方案，在本研究中方案層為4種修改PCS功率調節(jié)速率的方法，具體見表5。

通過對AGC充電和放電指令測試，可以評估儲能系統(tǒng)在不同PCS功率調節(jié)速率下的儲能調頻性能，綜合評價過程中會對各指標進行歸一化處理，采用對評價項進行加權處理，具體如下

式中：w1為響應時間權重；w2為執(zhí)行指令正確性權重；w3為效率權重。

用九標度法分別構造方案層對于準則層的判斷矩陣JB1，JB2，JB3；準則層對于目標層的判斷矩陣JY

由公式（9）—（15），計算得到方案層對目標層的權重w

w=[0.70 0.15 0.15]T 。

5.2" 不同功率調節(jié)速率下儲能調頻質量對比

設定PCS功率調節(jié)速率分別為80%Pn，100%Pn，500%Pn，1 000%Pn，對儲能系統(tǒng)進行工況1—工況10系列測試，結果見表6。

6" 結論

1）根據(jù)《江西電力調頻輔助服務市場運營規(guī)則》中指出綜合調頻性能不小于0.9，儲能調頻工況1—工況10性能測試，僅工況8 綜合調頻性能平均K值為0.76。原因為AGC±0.75 Pn快速變化指令，響應時間多次出現(xiàn)大于2 s。

2）由層次分析法可知，儲能功率調節(jié)速率，對調頻質量有一定影響。功率調節(jié)速率100%Pn/500%Pn的調頻質量約為 80%Pn的1.2倍。1 000%Pn功率調節(jié)速率的調頻質量約為80%Pn的1.25倍。500%Pn與100%Pn調頻無顯著差異，故為保證AGC調頻質量，建議PCS功率調節(jié)速率不小于100%Pn。

3）經(jīng)現(xiàn)場測試及與設備廠家溝通，為確保極端情況AGC指令快速變化，建議將PCS功率緩啟速率設定為1 000%Pn。且電站內設定為1 000%Pn后現(xiàn)場運行良好。

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