一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，包括以下步骤：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度；将系统功角振荡周期划分为功角偏移和功角恢复两个阶段；判断功角偏移阶段的衰减速度是否减小，是，继续判断功角恢复阶段的衰减速度是否增大，是，继续判断附加暂态能量转移控制器后系统暂态能量是否减少，是，暂态能量转移控制器提高系统暂态稳定性，结束。本发明专利技术提供的含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，通过在系统中附加暂态能量转移控制器，能够减小系统加速能量的积累，增大减速能量的转化，转移同步发电机承受的暂态能量，从而显著提高系统暂态稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法
本专利技术涉及发电系统控制
，特别是涉及一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法。
技术介绍
目前，大规模光伏电源替代传统发电机并入电网缓解了化石能源压力，但同时也对电力系统稳定运行提出了新的挑战。除光伏出力的随机波动性扰动电力系统稳定运行外，静止的光伏元件导致的系统惯量减少是限制电力系统应对调频、功率振荡能力的主要原因。利用静止的混合储能设备实现与系统的同步耦合运行，可以短时提供比同步发电机更大的转动惯量，从而弥补高渗透率光伏并网系统的惯量不足。混合储能与系统中的发电机同步耦合运行时，在频率变化初期，恒定的虚拟惯量可以有效阻止频率快速抬升或跌落，避免系统出现大幅度的频率变化。然而，在随后的频率恢复期，不变的惯性响应仍会维持抑制频率变化的控制功能，延长系统频率恢复时间。不仅如此，在系统振荡恢复过程中，功角的衰减速度也会因为附加惯量增加而降低，从而延长系统振荡时间。因此，综合改善光伏并网系统频率、功角、阻尼等多种暂态稳定特性，成为新能源并网安全稳定运行的又一关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，利用暂态能量转移控制器，使系统功角具备缓慢偏移和快速恢复的振荡衰减特性，实现暂态能量从同步发电机至混合储能设备的转移，改善系统频率及功角特性，体现出更加友好的并网性能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，该方法包括以下步骤：S1：设计含混合储能的电力系统的暂态能量转移控制器，并将其附加到电力系统中；S2：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度α；S3：将系统功角振荡周期划分为功角偏移和功角恢复两个阶段；S4：判断功角偏移阶段的衰减速度α是否减小，是，转步骤S5；S5：判断功角恢复阶段的衰减速度α是否增大，是，转步骤S6；S6：针对功角偏移阶段，分析暂态能量转移控制器对系统暂态能量E的作用效果，判断附加暂态能量转移控制器后系统暂态能量是否减少，是，暂态能量转移控制器提高系统暂态稳定性，结束。可选的，所述步骤S1中，设计含混合储能的电力系统的暂态能量转移控制器Pv，具体包括：式中，Hv定义为暂态能量转移控制器系数，且Hv>0；ωS为转子角速度ω与同步速ω0的偏差，Pv为暂态能量转移控制器的功率输出。可选的，所述步骤S2：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度α，具体包括：附加暂态能量转移控制器的电力系统中，转子运动方程可表示：式中，Pm表示系统机械功率，Pe表示系统电磁功率，DG为同步发电机阻尼，HG为同步发电机的惯性时间常数；对暂态能量转移控制器进行小扰动分析可得：式中，ωS＝ωS0+ΔωS为转子角速度ω与同步速ω0的偏差，ΔωS为ωS的小扰动变化量，ωS0为ωS的初值，ΔPv为暂态能量转移控制器输出功率的小扰动变化量，Hv为暂态能量转移控制器系数。将上式代入转子运动方程(2)中，得到系统的小扰动方程为：系统特征方程表示如下：式中，HA＝HvωS0为暂态能量转移控制器的惯性时间常数，DA＝Hv(dωS0/dt)2为控制器的附加阻尼，ΔP为同步发电机组的电磁功率输出变化量，δ为系统功角。系统功角衰减速度α定义为：可选的，所述步骤S4：判断功角偏移阶段的衰减速度α是否减小，具体包括：当ωS0>0时，处于功角偏移阶段，此时暂态能量转移控制器的附加惯量为正，附加暂态能量转移控制器使系统总惯量增加，功角偏移阶段的衰减速度α减小。可选的，所述步骤S5，判断功角恢复阶段的衰减速度α是否增大，具体包括：当ωS0<0时，处于功角恢复阶段，此时暂态能量转移控制器的附加惯量为负，系统总惯量减小，功角恢复阶段的衰减速度α增大。可选的，所述步骤S6：针对功角偏移阶段，分析暂态能量转移控制器对系统暂态能量E的作用效果，判断附加暂态能量转移控制器后系统暂态能量是否减少，是，暂态能量转移控制器提高系统暂态稳定性，结束，具体包括：忽略系统阻尼，附加暂态能量转移控制器的电力系统中，转子运动方程可表示为对上式(7)进行积分，则在故障切除后t时刻，附加暂态能量转移控制器后的系统暂态能量E表示为：式中，δ0为系统功角的初始值；δc为故障切除时对应的系统功角；δk为故障切除后的稳定平衡点对应的功角；δt为t刻对应的系统功角；P'e2为故障期间电磁功率；Pe3为故障切除后电磁功率；根据式(8)得出，附加暂态能量转移控制器后的系统暂态能量由同步发电机固有暂态能量和基于混合储能的暂态能量转移控制器产生的附加暂态能量两部分组成：故障发生至故障切除阶段，发电机转子角速度处于区间[ω0，ωc]，功角处于区间[δ0，δc]，暂态能量转移控制器在此期间产生的加速能量EA表示为：此阶段为加速能量的积累阶段，转子角速度增大，(ωc-ω0)3>0，dωS/dt>0，暂态能量转移控制器产生的加速能量EA<0，因此附加的暂态能量转移控制器向混合储能设备转移发电机组承受的加速能量，减小加速能量的积累；故障切除后，发电机转子角速度处于区间[ωc，ωf]，功角处于区间[δc，δf]，暂态能量转移控制器在此期间产生的减速能量ED表示为：此阶段为减速能量的转化阶段，转子角速度减小，(ωf-ω0)3-(ωc-ω0)3<0，dωS/dt<0，暂态能量转移控制器产生的减速能量ED>0，因此附加的暂态能量转移控制器利用混合储能设备提供能量支持，增大减速能量的转化。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，根据频率、功角不同阶段的变化情况，设计暂态能量转移控制器，在抑制频率大幅度变化的基础上，使功角具备缓慢偏移和快速恢复的振荡衰减特性；分析功角偏移阶段系统暂态能量的变化，转移同步发电机承受的暂态能量，从而降低功角首摆振荡幅度，加快功角恢复速度，缩短系统振荡时间，消除由于功角首摆失稳继而引发的功率振荡问题，综合提高系统的频率、功角、阻尼等多种暂态稳定特性；在功角首摆偏移阶段，暂态能量转移控制器能够减小系统加速能量的积累，增大减速能量的转化，转移同步发电机承受的暂态能量，从而显著提高系统暂态稳定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例含混合储能的电力系统暂态能量转移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：设计含混合储能的电力系统的暂态能量转移控制器，并将其附加到电力系统中；/nS2：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度α；/nS3：将系统功角振荡周期划分为功角偏移和功角恢复两个阶段；/nS4：判断功角偏移阶段的衰减速度α是否减小，是，转步骤S5；/nS5：判断功角恢复阶段的衰减速度α是否增大，是，转步骤S6；/nS6：针对功角偏移阶段，分析暂态能量转移控制器对系统暂态能量E的作用效果，判断附加暂态能量转移控制器后系统暂态能量是否减少，是，暂态能量转移控制器提高系统暂态稳定性，结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设计含混合储能的电力系统的暂态能量转移控制器，并将其附加到电力系统中；
S2：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度α；
S3：将系统功角振荡周期划分为功角偏移和功角恢复两个阶段；
S4：判断功角偏移阶段的衰减速度α是否减小，是，转步骤S5；
S5：判断功角恢复阶段的衰减速度α是否增大，是，转步骤S6；
S6：针对功角偏移阶段，分析暂态能量转移控制器对系统暂态能量E的作用效果，判断附加暂态能量转移控制器后系统暂态能量是否减少，是，暂态能量转移控制器提高系统暂态稳定性，结束。


2.根据权利要求1所述的含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，设计含混合储能的电力系统的暂态能量转移控制器Pv，具体包括：



式中，Hv定义为暂态能量转移控制器系数，且Hv>0；ωS为转子角速度ω与同步速ω0的偏差，Pv为暂态能量转移控制器的功率输出。


3.根据权利要求2所述的含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，其特征在于，所述步骤S2：对附加暂态能量转移控制器的电力系统，进行小扰动分析，得到系统特征方程，并定义功角衰减速度α，具体包括：
附加暂态能量转移控制器的电力系统中，转子运动方程可表示：



式中，Pm表示系统机械功率，Pe表示系统电磁功率，DG为同步发电机阻尼，HG为同步发电机的惯性时间常数；
对暂态能量转移控制器进行小扰动分析可得：



式中，ωS＝ωS0+ΔωS为转子角速度ω与同步速ω0的偏差，ΔωS为ωS的小扰动变化量，ωS0为ωS的初值，ΔPv为暂态能量转移控制器输出功率的小扰动变化量，Hv为暂态能量转移控制器系数。
将上式代入转子运动方程(2)中，得到系统的小扰动方程为：



系统特征方程表示如下：



式中，HA＝HvωS0为暂态能量转移控制器的惯性时间常数，DA＝Hv(dωS0/dt)2为控制器的附加阻尼，ΔP为同步发电机组的电磁功率输出变化量，δ为系统功角。
系统功角衰减速度α定义为：





4.根据权利要求3所述的含混合储能的电力系统暂态能量转移控制方法，其特征在于，所述步骤S4：判断功角偏移阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥宇，李凌斐，付媛，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13