一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用，包括以电力电子变流器为接口的发电源及场站级能量管理系统，发电源通过唯一的公共耦合点PPC接入其上级电网，发电源利用电力电子变流器实现能量变换并接入本地并网点，场站级能量管理系统通过检测PCC点及各发电源并网端口电压和频率信号，并根据虚拟同步机的控制策略实现对各发电单元的功率调度。通过本发明专利技术提供的一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用，克服了电力电子变流器级虚拟同步机的缺点，通过虚拟同步机的惯性环节，提高系统一次调频及调压特性，适合于高渗透多接入点的分布式及大规模集中式可再生能源发电系统，可大大提高电网的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用
本专利技术涉及虚拟同步机控制系统领域，具体地说是一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用。
技术介绍
随着太阳能、光伏、储能等发电系统的规模化利用，电力系统正从以传统同步发电机的旋转接口转变为数字化控制的电力电子接口。从源的角度，太阳能、风能等可再生能源具有随机性、波动性的特点；从并网接口角度，能量转换单元采用数字化控制，没有惯性，抗过载能力差，这些特性均给电力电子化电力系统的稳定性带来了新的挑战。传统电力系统规模不断扩大，主要归功于同步发电机的天然惯性环节的同步机制。光伏、风电、储能等发电系统均通过电力电子变流器接入电网，如果通过数字化控制使得这些电力电子变流器具有类似同步发电机的运行特性，必将促进电网对可再生能源的消纳吸收，提高高比例电力电子化电力系统的稳定运行。目前，虚拟同步发电机控制策略正成为国内外研究的热点，尤其是国内，很多高校研究结构及企业均展开了这方面的研究，并提出来相应的控制策略与方法，但大部分是从电力电子变流器角度采用数字化控制算法，在变流器的控制环中引入虚拟同步机的惯量环节。该方法中，每台变流器只检测其自身并网点的电压和频率，并根据检测结果按照相应的出力控制，这对于分布式高密度多接入点或集中式规模化电站由于无法获知系统其他节点的潮流分布及电压情况，存在全局控制盲点，存在导致整个电力系统崩溃的风险；快速检测自身并网点的电网信息并制定相应的控制算法，加重了储能变流器控制芯片的数据处理工作，降低了系统的实时性与可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术缺陷，提供一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用，解决了电力电子变流器级虚拟同步机的缺点，通过虚拟同步机的惯性环节，提高系统一次调频及调压特性，适合于高渗透多接入点的分布式及大规模集中式可再生能源发电系统，可大大提高电网的稳定性。本专利技术通过下述技术方案实现：一种场站级虚拟同步机控制系统，包括以电力电子变流器为接口的发电源及场站级能量管理系统，所述发电源通过唯一的公共耦合点PPC接入其上级电网，所述发电源利用电力电子变流器实现能量变换并接入本地并网点，所述场站级能量管理系统通过检测PCC点及各发电源并网端口电压和频率信号，并根据虚拟同步机的控制策略实现对各发电单元的功率调度。进一步的，所述发电源是光伏组件、风电机组或/和储能系统。本专利技术通过下述另一技术方案实现：一种场站级虚拟同步机控制方法，包括步骤：(1)首先能量管理系统检测上级电网PCC点端口侧的电压u和频率f；(2)根据电网频率变化进行一次调频有功出力策略制定：其中P:表示发电站有功出力；P0：电网在额定频率fN范围内的电站出力；TJ：表征虚拟同步发电机模拟传统同步发电机惯性时间常数的特征参数，可根据虚拟同步发电机转动惯量计算得出，根据发电机的不同，一般4s～12s范围内；fN：电网额定频率；PN：发电站额定有功出力；(3)能量管理系统根据公式(1)实时算出整个电站的出力P，并根据每个发电源并网点Gi处的Ui、fi及发电源的发电能力分配每个发电源的出力Pi，使得：(4)虚拟同步机有功功率对频率的调节下垂系数Kf为：有功调频系数Kf应在5～20范围内；(5)当系统电压变化时，虚拟同步发电机应调节其无功变化：其中Q:表示发电站无功出力；Q0：电网在额定频率fN范围内的电站出力；TU：表征虚拟同步发电机模拟传统同步发电机励磁电压调节的特征参数，根据调节方式的不同，范围在2s～10s内；UN：电网额定电压；QN：发电站额定无功出力；无功调压系数Ku推荐为1～10，其计算公式如下：(6)能量管理系统依托后台算法计算出电站需要的出力，并通过快速通讯实现对发电站中各发电源间有功功率及无功功率的调度，发电站的各发电源的电力电子变流器只需执行功率调度指令。进一步的，所述步骤(6)中，虚拟同步发电机参与电网一次调频时，调频启动时间应小于3秒，响应时间应小于12秒，调节时间应小于30s，有功功率调节控制误差不应超过±2％PN。本专利技术通过下述另一技术方案实现：一种场站级虚拟同步机控制系统的应用，采用风光储多种发电形式的发电源，由于该系统中引入了储能系统，使得能量可以双向流动，整个风光储电站按照虚拟同步机的优化策略制定的出力对各发电源的出力进行调度，该系统中储能系统看作是整个系统中能量的仓储缓冲环节。进一步的，储能系统的容量配比如下：E≥PN*T/K(6)式中E：为储能系统所要配置的容量；PN：为整个电站的额定功率；T：为电站虚拟同步机惯量时间，一般为3～12s，推荐为5s；K:为储能系统的设计放电深度，与储能电池的介质有关，优选锂离子电池为0.8；铅碳为0.6；铅酸为0.5。本专利技术的有益效果是：通过本专利技术提供的一种场站级虚拟同步机控制系统、方法及其应用，克服了电力电子变流器级虚拟同步机的缺点，通过虚拟同步机的惯性环节，提高系统一次调频及调压特性，适合于高渗透多接入点的分布式及大规模集中式可再生能源发电系统，可大大提高电网的稳定性，使得可再生能源发电站(场)发电向上级电网输送的功率平滑，并对大电网体现同步发电机的特性，根据负荷的波动，调节自身输出功率，维持了系统频率和电压的稳定，并提高了可再生能源的消纳能力。附图说明图1为本专利技术一种场站级虚拟同步机控制系统的原理示意图；图2为本专利技术实施例3采用光伏或直驱风机电站的原理示意图；图3为本专利技术实施例4采用风力发电的原理示意图；图4为本专利技术实施例5采用风光储发电的原理示意图；具体实施方式下面结合实施例进一步说明本专利技术的实质内容，但本专利技术的内容并不限于此。实施例1如图1所示，一种场站级虚拟同步机控制系统，该系统由以电力电子变流器为接口的可再生能源发电站(场)及场站级能量管理系统组成；发电站(场)通过唯一的公共耦合点PPC接入其上级电网；发电站包括多路发电源，利用电力电子变流器实现能量变换，接入本地并网点Gi，这里的发电源可以是光伏组件、风电机组及储能电池；场站级能量管理系统通过检测PCC点及各发电源并网端口电压和频率信号，并根据虚拟同步机的控制策略实现对各发电单元的功率调度。本专利技术提供的一种场站级虚拟同步机控制系统，克服了电力电子变流器级虚拟同步机的缺点，通过虚拟同步机的惯性环节，提高系统一次调频及调压特性，适合于高渗透多接入点的分布式及大规模集中式可再生能源发电系统，可大大提高电网的稳定性。使得可再生能源发电站(场)发电向上级电网输送的功率平滑，并对大电网体现同步发电机的特性，根据负荷的波动，调节自身输出功率，维持了系统频率和电压的稳定。实施例2如图1所示，利用实施1一种场站级虚拟同步机控制系统的方法，该控制方法，包括步骤：(1)首先能量管理系统检测上级电网PCC点端口侧的电压u和频率f(2)根据电网频率变化进行一次调频有功出力策略制定：其中P:表示发电站有功出力；P0：电网在额定频率fN范围内的电站出力；TJ：表征虚拟同步发电机模拟传统同步发电机惯性时间常数的特征参数，可根据虚拟同步发电机转动惯量计算得出，根据发电机的不同，一般4s～12s范围内，推荐为5s；fN：电网额定频率；PN：发电站额定有功出力。(3)能量管理系统根据公式(1)实时算出整个电站的出力P，并根据每个发电源并网点Gi处的Ui、fi及发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场站级虚拟同步机控制系统，包括以电力电子变流器为接口的发电源及场站级能量管理系统，其特征在于：所述发电源通过唯一的公共耦合点PPC接入其上级电网，所述发电源利用电力电子变流器实现能量变换并接入本地并网点，所述场站级能量管理系统通过检测PCC点及各发电源并网端口电压和频率信号，并根据虚拟同步机的控制策略实现对各发电单元的功率调度。

【技术特征摘要】
2016.12.23 CN 20161120959231.一种场站级虚拟同步机控制系统，包括以电力电子变流器为接口的发电源及场站级能量管理系统，其特征在于：所述发电源通过唯一的公共耦合点PPC接入其上级电网，所述发电源利用电力电子变流器实现能量变换并接入本地并网点，所述场站级能量管理系统通过检测PCC点及各发电源并网端口电压和频率信号，并根据虚拟同步机的控制策略实现对各发电单元的功率调度。2.根据权利要求1所述的一种场站级虚拟同步机控制系统，其特征在于：所述发电源是光伏组件、风电机组或/和储能系统。3.一种场站级虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括步骤：(1)首先能量管理系统检测上级电网PCC点端口侧的电压u和频率f；(2)根据电网频率变化进行一次调频有功出力策略制定：其中P:表示发电站有功出力；P0：电网在额定频率fN范围内的电站出力；TJ：表征虚拟同步发电机模拟传统同步发电机惯性时间常数的特征参数，可根据虚拟同步发电机转动惯量计算得出，根据发电机的不同，取4s～12s范围内；fN：电网额定频率；PN：发电站额定有功出力；(3)能量管理系统根据公式(1)实时算出整个电站的出力P，并根据每个发电源并网点Gi处的Ui、fi及发电源的发电能力分配每个发电源的出力Pi，使得：(4)虚拟同步机有功功率对频率的调节下垂系数Kf为：有功调频系数Kf应在5～20范围内；(5)当系统电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕城，伍春生，龙欢，
申请(专利权)人：北京索英电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11