考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法技术

本发明专利技术公开一种考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，该方法包括以下步骤：构建含虚拟惯量阻尼控制和低压穿越控制的风机并网系统；分析风机并网电压跌落到不同程度下的有功功率变化特性及系统频率动态特性；对加入虚拟惯量阻尼控制后的系统频率动态特性进行量化分析；根据频率响应指标对控制参数进行配置；考虑低压穿越及系统频率限制，量化分析风电送出系统所需储能容量。本发明专利技术考虑频率支撑需求和低压穿越控制，能够更全面地评估储能容量大小，从而为工程上的储能容量配置提供一定指导意义。提供一定指导意义。提供一定指导意义。

【技术实现步骤摘要】
考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法


[0001]本专利技术涉及评估领域，特别是涉及一种考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法。

技术介绍

[0002]为了响应国家“双碳行动”的指令号召，实现国家能源战略转型，大力发展风电、光伏等新能源是电力系统发展的重要方向。目前，风电的占比越来越高，而风机的变流器控制环节使得风机几乎不响应系统频率的变化，从而削弱了系统的惯量和阻尼，大大降低了系统的频率稳定性。因此，在高比例新能源的电力系统中，储能技术应运而生，利用电池储能系统与风力发电之间的互补特性，在满足频率响应要求的基础上可改善系统运行特性。
[0003]为使得储能变流器能够为电网提供惯量响应支撑和一次调频支撑，学者们提出了多种储能变流器控制策略。其中，已有学者利用锁频环和扩张观测器提出了基于频率微分原理的储能变流器虚拟惯量控制策略，以改善储能变流器的惯量响应能力；有学者通过在储能变流器中引入虚拟惯量控制和下垂控制，从而模拟同步机的惯量响应和一次调频；有学者引入虚拟同步机(VSG)控制，并提出了一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制。因此，确定储能系统的容量大小是利用储能提高风机频率响应能力的基础。
[0004]为了对储能容量进行量化评估，已有学者利用储能控制中的惯性时间常数和一次调频系数量化分析储能对电力系统的影响，并结合频率响应指标确定储能规模。另有学者为了使得储能具有与同步机相似的频率响应能力，通过类比频率变化时同步发电机转子能量变化特性，确定储能的额定功率及容量。有学者考虑风电功率波动情况，基于系统频率偏差指标从而确定储能最小容量。然而现有的储能容量评估研究大多针对风速波动和负荷突变等扰动展开研究，基于短路故障展开储能容量评估的研究较少。且短路故障后引发的储能系统的低电压穿越控制问题，可能会对储能容量需求造成影响，因此如何提出一种综合考虑频率支撑需求和低压穿越控制的储能容量量化方法有待进一步研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，该方法基于短路故障开展储能容量量化评估研究，通过该方法能够更准确更全面的评估储能容量的大小。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，其特征为，包括如下步骤：
[0008]步骤100：构建含虚拟惯量阻尼控制和低压穿越控制的风机并网系统；
[0009]步骤200：分析风机并网电压跌落到不同程度下的有功功率变化特性及系统频率动态特性；
[0010]步骤300：对加入虚拟惯量阻尼控制后的系统频率动态特性进行量化分析；
[0011]步骤400：根据频率响应指标对控制参数进行配置；
[0012]步骤500：考虑低压穿越及系统频率限制，量化分析风电送出系统所需储能容量。
[0013]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：
[0014]本专利技术提出了一种考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，全面考虑了在短路故障情况下的储能容量量化评估问题。在量化分析了短路故障下加入储能前后的频率变化特性的基础上，计及储能系统的低压穿越控制对储能输出有功功率的影响，从而综合考虑了频率支撑需求和低压穿越，全面准确地评估储能容量的大小，并通过时域仿真验证了理论分析的正确性。
附图说明
[0015]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。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法的流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例中利用储能的虚拟惯性阻尼控制框图；
[0018]图3为本专利技术实施例中计及低压穿越控制的风机有功功率的变化曲线图；
[0019]图4为本专利技术实施例的仿真系统等效示意图；
[0020]图5为本专利技术实施例中系统频率仿真曲线和理论曲线对比图；
[0021]图6为本专利技术实施例中的加入储能前后系统频率曲线对比图；
[0022]图7(a)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.9pu时，风机并网点角频率变化曲线；
[0023]图7(b)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.8pu时，风机并网点角频率变化曲线；
[0024]图8(a)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.7pu时，加入储能前后风机并网点角频率变化曲线对比图；
[0025]图8(b)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.7pu时，所需的储能输出有功功率变化曲线；
[0026]图9(a)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.5pu时，加入储能前后风机并网点角频率变化曲线对比图；
[0027]图9(b)为本专利技术实施例中风机并网电压跌落到0.5pu时，所需的储能输出有功功率变化曲线。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]图1为本专利技术实施例中考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：
[0031]步骤100：构建含虚拟惯量阻尼控制和低压穿越控制的风机并网系统，具体包括：
[0032]直驱风电机组模型主要包括直驱永磁发电机、机侧变流器和网侧变流器及其控制系统。储能系统模型包括储能电池、变流器及其控制设备。
[0033]所述的虚拟惯量阻尼控制框图如图2所示，为了使得风机能够具备同样的惯量阻尼特性，利用储能系统为风机提供有功功率支撑。通过引入系统频率的微分环节为风机提供惯性支撑，引入频率的比例环节为风机提供阻尼支撑。其中的系统频率采用风机的并网点的角频率。虚拟惯性阻尼控制策略方程如下所示：
[0034][0035]其中，P
ESS1
、P
ESS2
分别为利用储能装置提供的惯量响应支撑功率和一次调频支撑功率；H
vir
、D
vir
分别为虚拟惯量控制系数和虚拟阻尼控制系数；Δf为系统频率的变化量；P
ESSref
为储能逆变器的有功功率基准值。
[0036]步骤200：分析风机并网电压跌落到不同程度下的有功功率变化特性及系统频率动态特性，具体包括：
[0037]当风机并网点电压跌落到0.9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，其特征在于，考虑短路故障后的频率支撑需求以及低压穿越控制，对储能容量进行量化评估，包括：构建含虚拟惯量阻尼控制和低压穿越控制的风机并网系统；分析风机并网电压跌落到不同程度下的有功功率变化特性及系统频率动态特性；对加入虚拟惯量阻尼控制后的系统频率动态特性进行量化分析；根据频率响应指标对控制参数进行配置；考虑低压穿越及系统频率限制，量化分析风电送出系统所需储能容量。2.根据权利要求1所述的考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，其特征在于，所述构建含虚拟惯量阻尼控制和低压穿越控制的风机并网系统具体包括：直驱风电机组模型主要包括直驱永磁发电机、机侧变流器和网侧变流器及其控制系统。为了使得风机能够具备同样的惯量阻尼特性，利用储能系统为风机提供有功功率支撑。通过引入系统频率的微分环节为风机提供惯性支撑，引入频率的比例环节为风机提供阻尼支撑。其中的系统频率采用风机的并网点的角频率。虚拟惯性阻尼控制策略方程如下所示：其中，P
ESS1
、P
ESS2
分别为利用储能装置提供的惯量响应支撑功率和一次调频支撑功率；H
vir
、D
vir
分别为虚拟惯量控制系数和虚拟阻尼控制系数；Δf为系统频率的变化量；P
ESSref
为储能逆变器的有功功率基准值。3.根据权利要求1所述的考虑频率支撑需求和低压穿越的储能容量量化评估方法，其特征为，所述风机并网电压跌落到不同程度下的有功功率变化特性及系统频率动态特性分析，具体为：短路故障期间，风机有功功率与风机并网电压满足关系式：其中，P
w
为风机输出有功功率，k
iq
为风机无功电流调节系数，k
i
为一常数，通常取为1.05，u
gpu
为短路故障期间风机并网电压。短路故障期间系统有功功率的变化量ΔP
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，王佳明，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：