高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法技术方案

本发明专利技术公开高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，包括以下步骤：1)建立电力系统模型；2)计算振荡模态实部增量；3)根据振荡模态实部增量确定电力系统稳定器和功率振荡器的位置；4)确定储能系统容量。本发明专利技术提出一种新的功率振荡抑制方案，提高了风电渗透率较高的电力系统的暂态稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法


[0001]本专利技术涉及储能系统的优化配置领域，具体是高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法。

技术介绍

[0002]可再生能源尤其是风能的普及有可能取代传统的同步发电机，从而减少对化石能源的依赖，解决全球能源危机。然而，这也给网络安全带来了巨大的挑战。对于阻尼能力较差的电力系统，0.2Hz到2.0Hz的电力系统振荡可能会恶化系统稳定性，甚至引发大规模的停电事故。将风能并入电网将削弱电网应对区域内或区域间振荡的能力，使得电力系统的振荡问题将变得更加复杂。因此，需要对并网的风力涡轮机组进行更多的研究。
[0003]在传统电力系统中，电力系统稳定器通过调节发电机的励磁来为同步发电机提供额外的阻尼。对于高风电渗透的电力系统，由于系统惯性的减小、同步发电机之间同步耦合的降低以及不同功率变换器之间的控制交互作用，风电场的集成将对电力系统振荡阻尼产生不利影响。因此，建议在风电场中安装电力系统稳定器，以增强其对电力系统振荡的响应能力。然而，风电场中电力系统稳定器的顺序论证将不可避免地干扰先前分配的系统特征值，导致系统失稳。为了弥补不足，提出了功率振荡阻尼器的概念，并将其安装在风电场中，为风力涡轮机提供功率振荡阻尼能力。因此，功率振荡阻尼器和电力系统稳定器被协调使用在高风电渗透的电力系统中，以提高电网稳定性。
[0004]目前，关于功率振荡阻尼器和电力系统稳定器的研究大多忽略了真实场景的约束和风力发电的湍流。此外，对于安装功率振荡阻尼器、电力系统稳定器和其他辅助设备的最佳节点的问题，也少有研究讨论。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，包括以下步骤：
[0006]1)建立电力系统模型。
[0007]所述电力系统模型包括风力涡轮发电机模型、同步发电机模型、储能系统模型。
[0008]所述风力涡轮发电机模型包括风电场母线上的功率方程、风力涡轮机的输出功率方程。
[0009]所述风电场母线上的功率方程如下所示：
[0010][0011][0012]式中，d
pj
和d
Qj
是基于本地功率共享协议的阻尼系数，j、k是母线编号，W是装有风
力涡轮机的母线集合，Δω
j
和ΔV
j
分别是角速度和电压的变化量，B
jk
是无损导纳矩阵的第(j,k)项，N
j
是第j条母线的相邻母线集合，δ
jk
定义的是区域间角度，和是稳态功率输出，ΔP
j
和ΔQ
j
是有功和无功功率的变化量。V
j
、V
k
表示电压；
[0013]风力涡轮机的输出功率方程如下所示：
[0014][0015]式中，m
rj
是转子惯性，ω
rj
是风力涡轮机的转子转速，P
mj
为机械功率；P
j
为注入功率。
[0016]所述同步发电机模型如下所示：
[0017][0018][0019]式中，m
j
和d
j
分别表示区域内电力系统的等效惯性常数和阻尼系数。δ
jk
＝δ
j
‑
δ
k
为区域间角度。E
j
、E
k
是第j个、第k个发电机内电压。表示注入功率。N表示区域内的发电机总数。T
′
doj
是转子开路时间常数。E
′
qj
是q轴暂态电势。ΔE
fj
是励磁电压变化量。ΔE
qj
是发电机内电压的q轴分量变化量。Δω
j
是角速度变化量。B
jk
是无损导纳矩阵的第(j,k)项。是同步发电机集合。
[0020]其中，角度δ
j
、转速ω
j
和等效惯性常数m
j
分别如下所示：
[0021][0022][0023][0024]式中，m
i
表示第i个发电机对应的等效惯性常数；i＝1，2，
…
，N。
[0025]储能系统模型包括双馈感应电机的定子电压方程、暂态电势的动态方程、摇摆方程。
[0026]定子电压方程如下所示：
[0027][0028]式中，E
′
d
和E
′
q
分别是d轴和q轴暂态电势，U
ds
、U
qs
、I
ds
和I
qs
分别是d轴和q轴上的定子电压和电流，r
s
是定子电阻，x
′
是暂态电抗。
[0029]暂态电势的动态方程如下所示：
[0030][0031]式中，s
s
是滑移系数，ω0是同步速度。t为时间。T
′
do
是开路时间常数。U
qr
、U
dr
分别是d轴和q轴上的暂态电压。x
m
、x
ss
、X
rr
分别是定子和转子绕组之间的互感电抗、定子绕组的自感电抗和互感电抗之和、转子绕组的自感电抗的和互感电抗之和；x'是暂态电抗；
[0032]摇摆方程如下所示：
[0033][0034]其中，T
j
是惯性时间常数，T
e
是电磁转矩。
[0035]2)计算振荡模态实部增量。
[0036]所述振荡模态实部增量用于反映电力系统稳定器和功率振荡阻尼器在不同位置产生的作用大小。
[0037]计算振荡模态实部增量的步骤包括：
[0038]2.1)对电力系统模型进行线性化处理，得到：
[0039][0040]式中，Δδ是发电机的功角偏差，Δω是发电机角速度偏差，Δz是除功角和角速度以外的其他状态变量组成的向量。K
J
、D
J
、B
J
、A
J23
、A
J31
、A
J32
、A
J33
为线性化系数矩阵；
[0041]其中，基于储能系统的稳定器的阻尼信号偏差ΔV
s
如下所示：
[0042]ΔV
s
＝G(s)C(s)[ΔδΔωΔz]T
ꢀꢀꢀ
(13)
[0043]式中，C(s)是输出矩阵，G(s)是储能系统稳定器的传递函数。
[0044]2.2)建立储能系统稳定器到机电回路的前向传递函数，即：
[0045]F(s)＝
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立所述电力系统模型；2)计算振荡模态实部增量。3)根据振荡模态实部增量确定电力系统稳定器和功率振荡器的位置；4)确定储能系统容量。2.根据权利要求1所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于：所述电力系统模型包括风力涡轮发电机模型、同步发电机模型、储能系统模型。3.根据权利要求2所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于：所述风力涡轮发电机模型包括风电场母线上的功率方程、风力涡轮机的输出功率方程；所述风电场母线上的功率方程如下所示：所述风电场母线上的功率方程如下所示：式中，d
pj
和d
Qj
是基于本地功率共享协议的阻尼系数，j、k是母线编号，W是装有风力涡轮机的母线集合，Δω
j
是角速度的变化量，B
jk
是无损导纳矩阵的第(j,k)项，N
j
是第j条母线的相邻母线集合，δ
jk
定义的是区域间角度，和是稳态功率输出，ΔP
j
和ΔQ
j
是有功和无功功率的变化量；V
j
、V
k
表示电压；风力涡轮机的输出功率方程如下所示：式中，m
rj
是转子惯性，ω
rj
是风力涡轮机的转子转速，P
mj
为机械功率；P
j
为注入功率。4.根据权利要求2所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于，所述同步发电机模型如下所示：量优化方法，其特征在于，所述同步发电机模型如下所示：式中，m
j
和d
j
分别表示区域内电力系统的等效惯性常数和阻尼系数；δ
jk
＝δ
j
‑
δ
k
为区域间角度；E
j
、E
k
是第j个、第k个发电机内电压；表示注入功率；N表示区域内的发电机总数；T
′
doj
是转子开路时间常数；E
′
qj
是q轴暂态电势；ΔE
fj
是励磁电压变化量；ΔE
qj
是发电机内电压的q轴分量变化量；Δω
j
是角速度变化量；B
jk
是无损导纳矩阵的第(j,k)项；是同步发电机集合；其中，角度δ
j
、转速ω
j
和等效惯性常数m
j
分别如下所示：
式中，m
i
表示第i个发电机对应的等效惯性常数；i＝1，2，
…
，N。5.根据权利要求2所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于，储能系统模型包括双馈感应电机的定子电压方程、暂态电势的动态方程、摇摆方程；定子电压方程如下所示：式中，E
′
d
和E
′
q
分别是d轴和q轴暂态电势，U
ds
、U
qs
、I
ds
和I
qs
分别是d轴和q轴上的定子电压和电流，r
s
是定子电阻，x'是暂态电抗。暂态电势的动态方程如下所示：式中，s
s
是滑移系数，ω0是同步速度；t为时间；T
′
do
是开路时间常数；U
qr
、U
dr
分别是d轴和q轴上的暂态电压；x
m
、x
ss
、X
rr
分别是定子和转子绕组之间的互感电抗、定子绕组的自感电抗和互感电抗之和、转子绕组的自感电抗的和互感电抗之和；x'是暂态电抗；摇摆方程如下所示：其中，T
j
是惯性时间常数，T
e
是电磁转矩。6.根据权利要求1所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于，所述振荡模态实部增量用于反映电力系统稳定器和功率振荡阻尼器在不同位置产生的作用大小。7.根据权利要求1所述的高风电渗透率下用于电力系统振荡抑制的储能系统位置和容量优化方法，其特征在于，计算振荡模态实部增量的步骤包括：1)对电力系统模型进行线性化处理，得到：式中，Δδ是发电机的功角偏差，Δω是发电机角速度偏差，Δz是除功角和角速度以外的状态变量组成的向量；K
J
、D
J
、B
J
、A
J23
、A
J31
、A
J32
、A
J33
为线性化系数矩阵；其中，基于储能系统的稳定器的阻尼信号偏差ΔV
s
如下所示：ΔV
s
＝G(s)C(s)[Δδ Δω Δz]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
式中，C(s)是输出矩阵，G(s)是储能系统稳定器的传递函数；2)建立储能系统稳定器到机电回路的前向传递函数，即：F(s)＝
‑
A
J23
(sI
‑
A
J23
)
‑1B
j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中，s为复频率；I为单位矩阵；B
j
为线性化系数矩阵B
J
中的元素；3)对阻尼信号偏差进行重构，得到：ΔV
s
＝G(s)γ
j
(s)ω0Δω
j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)式中，参数参数h1(s)＝(s
‑
A
J33
)
‑1·
(A
J31
+(sA
j32
/ω0))；C为输出矩阵；4)计算基于储能系统的稳定器对第j台发电机机电振荡阻尼扭矩ΔT<...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊林云，郭世威，朱银方，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：