本发明专利技术公开了一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，包括依次连接的新能源发电装置、直流母线及逆变器，还包括与直流母线相连的超级电容储能装置。超级电容储能装置包括包括依次相连的超级电容器模组、双向DC/DC变换器和惯量阻尼模拟控制模块；惯量阻尼模拟控制模块，包括依次连接的第一加法器、第一增益器、第二加法器、第三加法器、第一积分器、第二增益器、第四加法器、PI控制器及脉宽调制器；还包括第二积分器和第三增益器。惯量阻尼模拟控制模块输出脉冲信号控制双向DC/DC变换器的功率开关器件通断。本发明专利技术利用超级电容储能装置灵活准确地模拟同步电机的惯量阻尼响应特性，实现新能源友好并网。实现新能源友好并网。实现新能源友好并网。
【技术实现步骤摘要】
带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种智能电网控制
，特别涉及一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统及方法。
技术介绍
[0002]目前，随着我国“碳达峰”“碳中和”目标的提出，光伏、风电等可再生能源的发展前景更为广阔。目前，新能源发电大都通过电力电子逆变器接入电网，其功率输出与电网频率解耦，不具备同步发电机的惯量和阻尼特性。随着新能源发电渗透率的不断提高，电力系统的频率调节能力逐渐下降，导致故障下更大的频率变化率、频率偏移和系统振荡，严重时甚至将导致切机及停电事故。
[0003]为解决上述问题，目前主要的方案是采用虚拟同步机(virtual synchronous generator，VSG)技术，一类方案利用同步电机转子运动方程代替锁相环实现电网同步，使逆变器具备同步电机的惯量和阻尼特性。然而，这类方案需要对逆变器控制结构进行重新设计，对已投运的新能源发电设备改造难度较大。另一类方案通过在传统逆变器控制系统中引入附加环路，依据频率变化率动态调整有功环节参考值进行惯量模拟，改造难度低，更易于实施。然而，一方面，由于缺乏对同步电机阻尼特性的模拟，惯量控制环节的加入会显著削弱系统的稳定性；另一方面，频率变化率的测量噪声可能会干扰系统稳定控制。此外，目前惯量模拟的能量来源主要通过新能源减载运行或提取风机转子动能等实现，对新能源发电的经济性和稳定性造成负面影响。
技术实现思路
[0004]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统及方法。
[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，包括依次连接的新能源发电装置、直流母线及逆变器，新能源发电装置输出直流电至直流母线，逆变器维持直流母线电压恒定，并将直流母线的直流电转换为交流电后输出至交流电网；还包括用于吸收或释放电能来模拟同步电机惯量阻尼功率响应的超级电容储能装置，超级电容储能装置与直流母线相连；超级电容储能装置包括依次相连的超级电容器模组、双向DC/DC变换器和惯量阻尼模拟控制模块；双向DC/DC变换器，其输入端与超级电容器模组的正负极连接，其输出端与直流母线连接，其包括功率开关器件；惯量阻尼模拟控制模块，其包括依次连接的第一加法器、第一增益器、第二加法器、第三加法器、第一积分器、第二增益器、第四加法器、PI控制器及脉宽调制器；第一加法器为反相加法器，其正相输入端输入超级电容模组实际电压的平方值，其反相输入端输入超级电容模组参考电压的平方值；第二加法器为同相加法器，其正相输入端之一与第一增益器的输出端相连，其正相输入端之二输入交流电网额定频率；第三加法器为反相加法器，其正相输入端与第二加法器的输出端相连，其反相输入端输入交流电网实际频率；
第四加法器为反相加法器，其反相输入端与第二增益器的输出端相连，其正相输入端输入超级电容模组实际输出功率；PI控制器输出占空比信号至脉宽调制器，脉宽调制器输出脉冲信号控制功率开关器件的通断。
[0006]进一步地，惯量阻尼模拟控制模块还包括第二积分器和第三增益器；第三增益器，其输入端与第三加法器的输出端相连，其输出端与第二积分器的输入端相连；第二积分器的输出端与第一加法器的反相输入端相连。
[0007]进一步地，第三增益器的增益值K3按如下公式计算：
[0008][0009]式中，D
v
表示模拟阻尼系数，S0表示逆变器额定功率，C
SC
表示超级电容模组电容值，f0表示交流电网的额定频率。
[0010]进一步地，第一增益器的增益值K1按如下公式计算：
[0011][0012]式中，C
SC
表示超级电容模组电容值，f0表示交流电网额定频率，H
v
表示模拟惯性时间常数，S0表示逆变器额定功率。
[0013]进一步地，第二增益器的增益值K2按如下公式计算：
[0014][0015]式中，X
v
表示模拟电抗值。
[0016]进一步地，超级电容器模组包括多个串并联组合的超级电容单体。
[0017]进一步地，惯量阻尼模拟控制模块还包括：用于检测实时电网频率的锁相环，用于采集超级电容模组实际电压的超级电容模组电压采集单元，用于测量超级电容模组实际输出功率的超级电容模组功率测量单元。
[0018]进一步地，双向DC
‑
DC变换器包括第一功率开关器件、第二功率开关器件及滤波电感；第一功率开关器件的发射极、第二功率开关器件的集电极及滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与超级电容模组的正极相连，超级电容模组的负极与第二功率开关器件的发射极相连，直流母线的正极与第一功率开关器件的集电极相连，直流母线的负极与第二功率开关器件的发射极相连。
[0019]本专利技术还提供了一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制方法，该方法设置依次连接的新能源发电装置、直流母线及逆变器，新能源发电装置输出直流电至直流母线，逆变器维持直流母线电压恒定，并将直流母线的直流电转换为交流电后输出至交流电网；还设置用于吸收或释放电能来模拟同步电机惯量阻尼功率响应的超级电容储能装置，超级电容储能装置与直流母线相连；超级电容储能装置设置依次相连的超级电容器模组、双向DC/DC变换器和惯量阻尼模拟控制模块；双向DC/DC变换器，其输入端与超级电容器模组的正负极连接，其输出端与直流母线连接，其采用功率开关器件构建；惯量阻尼模拟控制模块用于输出信号控制功率开关器件的工作；
[0020]设置模拟惯性时间常数、模拟阻尼系数和模拟电抗的数值；设置超级电容模组参考电压；采集超级电容模组实际电压，采集交流电网实际频率，采集超级电容模组实际输出
功率；构造惯量阻尼模拟控制模块，使之实现如下功能：
[0021]将超级电容模组实际电压与其参考电压的平方差，乘以增益系数K1，然后与交流电网额定频率相加，得到模拟转子频率；
[0022]其中，增益系数K1按如下公式计算：
[0023][0024]式中：C
SC
表示超级电容模组电容值，f0表示额定电网频率，H
v
表示模拟惯性时间常数，S0表示逆变器额定功率；
[0025]将模拟转子频率与交流电网实际频率的差进行积分处理，得到模拟功角，然后将模拟功角乘以增益系数K2，得到超级电容模组参考输出功率；
[0026]第二增益器的增益值K2按如下公式计算：
[0027][0028]将超级电容模组实际输出功率与超级电容模组参考输出功率的差，进行比例积分处理后，得到占空比信号，将占空比信号发送至脉宽调制器，由脉宽调制器生成对应的脉冲信号控制功率开关器件的通断。
[0029]进一步地，还使惯量阻尼模拟控制模块实现如下功能：
[0030]将当前时间节点的模拟转子频率与交流电网实际频率的差乘以增益系数K3，然后进行积分本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，包括依次连接的新能源发电装置、直流母线及逆变器，新能源发电装置输出直流电至直流母线，逆变器维持直流母线电压恒定，并将直流母线的直流电转换为交流电后输出至交流电网；其特征在于，还包括用于吸收或释放电能来模拟同步电机惯量阻尼功率响应的超级电容储能装置，超级电容储能装置与直流母线相连；超级电容储能装置包括依次相连的超级电容器模组、双向DC/DC变换器和惯量阻尼模拟控制模块；双向DC/DC变换器，其输入端与超级电容器模组的正负极连接，其输出端与直流母线连接，其包括功率开关器件；惯量阻尼模拟控制模块，其包括依次连接的第一加法器、第一增益器、第二加法器、第三加法器、第一积分器、第二增益器、第四加法器、PI控制器及脉宽调制器；第一加法器为反相加法器，其正相输入端输入超级电容模组实际电压的平方值，其反相输入端输入超级电容模组参考电压的平方值；第二加法器为同相加法器，其正相输入端之一与第一增益器的输出端相连，其正相输入端之二输入交流电网额定频率；第三加法器为反相加法器，其正相输入端与第二加法器的输出端相连，其反相输入端输入交流电网实际频率；第四加法器为反相加法器，其反相输入端与第二增益器的输出端相连，其正相输入端输入超级电容模组实际输出功率；PI控制器输出占空比信号至脉宽调制器，脉宽调制器输出脉冲信号控制功率开关器件的通断。2.根据权利要求1所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，惯量阻尼模拟控制模块还包括第二积分器和第三增益器；第三增益器，其输入端与第三加法器的输出端相连，其输出端与第二积分器的输入端相连；第二积分器的输出端与第一加法器的反相输入端相连。3.根据权利要求2所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，第三增益器的增益值K3按如下公式计算：式中，D
v
表示模拟阻尼系数，S0表示逆变器额定功率，C
SC
表示超级电容模组电容值，f0表示交流电网的额定频率。4.根据权利要求1所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，第一增益器的增益值K1按如下公式计算：式中，C
SC
表示超级电容模组电容值，f0表示交流电网额定频率，H
v
表示模拟惯性时间常数，S0表示逆变器额定功率。5.根据权利要求1所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，第二增益器的增益值K2按如下公式计算：式中，X
v
表示模拟电抗值。6.根据权利要求1所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，超级电容器模组包括多个串并联组合的超级电容单体。
7.根据权利要求1所述的带超级电容储能的新能源惯量阻尼模拟控制系统，其特征在于，惯量阻尼模拟控制模块还包括：用于检测实时电网频率的锁相环，用于采集超级电容模组实际电压的超级电容模组电压采集单元，用于测量超...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱介北，王云逸，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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