一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法，首先构建了含储能电站的电力系统振荡抑制模型，然后构建了振荡模式

【技术实现步骤摘要】
一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法


[0001]本专利技术属于电力系统稳定控制
，具体涉及一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]电力系统低碳化是实现能源绿色低碳转型发展的关键。为实现碳达峰与碳中和目标，全国碳排放权交易市场将发电行业作为首个纳入该市场的行业，年度碳排放量达到一定规模的火电厂将参与碳排放权交易。这意味着随着碳配额约束趋紧，高碳排放的火电在电力系统能源供给侧的占比将逐步下降，低碳或零碳排放的风电、太阳能发电在电力系统能源供给侧的占比将逐步上升。为保证电力实时平衡和安全可靠供电，风电、太阳能发电的强随机性和高波动性必须由储能电站的跨时间尺度电力平衡来解决。因此，当前技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的抽水蓄能电站以及快响应速度的电化学储能电站等已成为低碳电力系统重要的储能型电源，在跨时间尺度电力平衡、低碳电力系统稳定控制等方面发挥着越来越重要的作用。
[0003]由于低碳电力系统中储能环节的引入，使得低碳电力系统稳定控制由源网荷的电力平衡转变为源网荷储的电力平衡，稳定控制机理更加复杂，影响大电网安全稳定运行的低频功率振荡发生风险显著增大，如何充分发挥储能电站在低碳电力系统稳定控制中的作用迫切需要进行研究，对确保电力系统安全稳定运行、保障电力系统低碳化目标如期实现具有十分重要的意义。目前，电力调度机构对储能电站作用主要定位在：一是调峰，即在负荷需求显著超出电源供给时，储能电站进入发电模式，为电力系统提供新的电源供给，满足负荷需求；二是清洁能源消纳，即在负荷需求不足但是风电、太阳能发电等清洁能源发电满发或大发时，储能电站进入充电模式，为电力系统存储过剩电能，保证电力实时平衡和最大限度消纳清洁能源。但是，电力调度机构对于如何利用储能电站进行低频功率振荡抑制、确保大电网安全稳定运行方面正处于探索阶段，尚无有效的、成熟的、标准化的方法和技术手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法，通过构建振荡模式、储能电站、阻尼控制器参数三者关联关系，并通过对实时采集的振荡模式与知识库中已知振荡模式进行匹配，选择合适的储能电站及阻尼控制器参数对低频功率振荡进行抑制且使之满足预定的阻尼性能，该方法为储能电站进行电力系统振荡抑制提供了有效的方法和手段，有助于提升低碳电力系统安全稳定控制水平。
[0005]为实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法，分为以下步骤：
[0007]S1、根据含储能电站的开环电力系统模型和阻尼控制器模型，构建含储能电站的
电力系统振荡抑制模型。
[0008]S1
‑
1、含储能电站的开环电力系统模型描述如下：
[0009][0010]其中，t表示时间，x
o
(t)、w
o
(t)、u
o
(t)和y
o
(t)分别为开环电力系统的状态变量、代数变量、输入变量和输出变量，为开环电力系统的状态变量对时间t的导数，f(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的动态函数关系，由开环电力系统中的发电机、励磁器、调速器等元件的动态方程组成，其中开环电力系统的发电机动态方程由常规电站发电机动态方程和储能电站发电机动态方程组成，g(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的代数函数关系，由开环电力系统中的潮流方程组成，o(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的输出函数关系，由阻尼控制器的输入信号和输出信号决定。
[0011]储能电站发电机动态方程采用同步发电机模型或虚拟同步发电机模型。同步发电机模型参见《现代电力系统分析》(王锡凡、方万良、杜正春，科学出版社，2011年)。虚拟同步发电机模型为：
[0012][0013]其中，ω
v
、和分别为储能电站接入点处电网电角速度、电网电角速度参考值和电网电角速度导数，P
v
和Q
v
分别为虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率，和分别为虚拟同步发电机输出的有功功率参考值和无功功率参考值，J
v
和K
v
分别为虚拟同步发电机的虚拟转动惯量和虚拟励磁调节惯性系数，D
p
和D
q
分别为虚拟同步发电机的阻尼系数和无功
‑
电压下垂系数，U
v
和分别为储能电站接入点处电网电压和电网电压参考值，E
v
和θ
v
分别为虚拟同步发电机的幅值和相位，和分别为虚拟同步发电机的幅值和相位的导数。
[0014]将含储能电站的开环电力系统模型在电力系统平衡点线性化，得到含储能电站的开环电力系统线性化模型：
[0015][0016]其中，Δx
o
(t)为开环电力系统的状态变量增量，A
o
，B
o
和C
o
分别为开环电力系统的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵。
[0017]S1
‑
2、阻尼控制器的传递函数模型为：
[0018][0019]其中，y
c
(s)为阻尼控制器输出信号的拉普拉斯变换值，u
c
(s)为阻尼控制器输入信号的拉普拉斯变换值，K
c
为阻尼控制器增益，T
w
为阻尼控制器隔直环节时间常数，s为拉普拉
斯变换的复频率，T1、T2、T3和T4分别为阻尼控制器超前滞后环节时间常数。
[0020]将阻尼控制器的传递函数模型转化为状态空间形式，得到阻尼控制器的状态空间模型：
[0021][0022]其中，x
c
(t)为阻尼控制器的状态变量，u
c
(t)为阻尼控制器的输入变量，y
c
(t)为阻尼控制器的输出变量，为阻尼控制器的状态变量对时间t的导数，A
c
，B
c
，C
c
和D
c
分别为阻尼控制器的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵。
[0023]S1
‑
3、根据含储能电站的开环电力系统与阻尼控制器的连接关系，得到含储能电站的开环电力系统输入、输出与阻尼控制器的输入、输出的连接关系模型：
[0024][0025]其中，h(t)为电力系统输出信号传输延迟，h(t)满足
[0026][0027]τ表示电力系统输出信号传输延迟上界即时滞稳定裕度，表示电力系统输出信号传输延迟的变化率，μ表示电力系统输出信号传输延迟的变化率上界。
[0028]联立含储能电站的开环电力系统线性化模型和阻尼控制器的状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于储能电站的低碳电力系统振荡抑制方法，其特征在于，该方法分为以下步骤：S1、根据含储能电站的开环电力系统模型和阻尼控制器模型，构建含储能电站的电力系统振荡抑制模型，具体如下：S1
‑
1、含储能电站的开环电力系统模型描述如下：其中，t表示时间，x
o
(t)、w
o
(t)、u
o
(t)和y
o
(t)分别为开环电力系统的状态变量、代数变量、输入变量和输出变量，为开环电力系统的状态变量对时间t的导数，f(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的动态函数关系，由开环电力系统中的发电机、励磁器、调速器元件的动态方程组成，其中开环电力系统的发电机动态方程由常规电站发电机动态方程和储能电站发电机动态方程组成，g(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的代数函数关系，由开环电力系统中的潮流方程组成，o(
·
，
·
，
·
)为开环电力系统的输出函数关系，由阻尼控制器的输入信号和输出信号决定；将含储能电站的开环电力系统模型在电力系统平衡点线性化，得到含储能电站的开环电力系统线性化模型：其中，Δx
o
(t)为开环电力系统的状态变量增量，A
o
，B
o
和C
o
分别为开环电力系统的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵；S1
‑
2、阻尼控制器的传递函数模型为：其中，y
c
(s)为阻尼控制器输出信号的拉普拉斯变换值，u
c
(s)为阻尼控制器输入信号的拉普拉斯变换值，K
c
为阻尼控制器增益，T
w
为阻尼控制器隔直环节时间常数，s为拉普拉斯变换的复频率，T1、T2、T3和T4分别为阻尼控制器超前滞后环节时间常数；将阻尼控制器的传递函数模型转化为状态空间形式，得到阻尼控制器的状态空间模型：其中，x
c
(t)为阻尼控制器的状态变量，u
c
(t)为阻尼控制器的输入变量，y
c
(t)为阻尼控制器的输出变量，为阻尼控制器的状态变量对时间t的导数，A
c
，B
c
，C
c
和D
c
分别为阻尼控制器的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；S1
‑
3、根据含储能电站的开环电力系统与阻尼控制器的连接关系，得到含储能电站的开环电力系统输入、输出与阻尼控制器的输入、输出的连接关系模型：
其中，h(t)为电力系统输出信号传输延迟，h(t)满足τ表示电力系统输出信号传输延迟上界即时滞稳定裕度，表示电力系统输出信号传输延迟的变化率，μ表示电力系统输出信号传输延迟的变化率上界；联立含储能电站的开环电力系统线性化模型和阻尼控制器的状态空间模型，得到含储能电站的电力系统振荡抑制模型：x(t)＝[Δx
o
(t) x
c
(t)]
T
，，其中，x(t)为电力系统振荡抑制模型的状态变量，由开环电力系统的状态变量增量Δx
o
(t)和阻尼控制器的状态变量x
c
(t)组成；A为电力系统振荡抑制模型的状态矩阵，A
d
为电力系统振荡抑制模型的时滞矩阵；S2、根据含储能电站的电力系统振荡抑制模型中各状态变量对振荡模式参与程度，确定与电力系统振荡模式强相关的储能电站，构建振荡模式
‑
储能电站关联表，具体如下：S2
‑
1、采用参与因子矩阵描述状态变量对振荡模式参与程度参与因子矩阵P如下：P＝[P1，P2，
…
，P
i
，
…
，P
n
]，P
i
为参与因子矩阵P的第i个列向量：其中，i表示矩阵A+A
d
的第i个特征值编号，n表示矩阵A+A
d
的特征值个数，k表示电力系统振荡抑制模型状态变量x(t)的第k个状态变量编号，k的取值范围为1，2，
…
，n；对矩阵A+A
d
进行特征值、右特征向量、左特征向量计算以确定P
i
，具体如下：φ
ki
表示第i个特征值中第k个状态变量参与程度，为矩阵A+A
d
的第i个右特征向量φ
i
的第k个元素，φ
i
通过下式计算得到：(A+A
d
)φ
i
＝λ
i
φ
i
，λ
i
为矩阵A+A
d
第i个特征值；ψ
ik
表示第k个状态变量对第i个特征值的贡献程度，为矩阵A+A
d
的第i个左特征向量ψ
i
的第k个元素，ψ
i
通过下式计算得到：ψ
i
(A+A
d
)＝ψ
i
λ
i
；S2
‑
2、根据矩阵A+A
d
的第i个特征值λ
i
确定待抑制的电力系统振荡模式λ及与其强相关的储能电站
矩阵A+A
d
的第i个特征值λ
i
为复数，将λ
i
写为复数形式：λ
i
＝σ
i
±
jω
i
，其中σ
i
为λ
i
的实部，ω
i
为λ
i
的虚部，j为复数的虚部符号；特征值λ
i
的阻尼比ξ
i
计算如下：若σ
i
大于给定的阻尼因子σ0，或者ξ
i
大于给定的阻尼比ξ0，则λ
i
对应的振荡模式能够自动平息，λ
i
不作为待抑制的电力系统振荡模式λ；若σ
i
小于给定的阻尼因子σ0，或者ξ
i
小于给定的阻尼比ξ0，则将λ
i
确定为待抑制的电力系统振荡模式λ；当状态变量编号k
′
同时满足如下两个条件时：选取第k
′
个状态变量对应的储能电站作为抑制电力系统振荡的机组，其中max{
·
，
…
，
·
}表示取最大值函数；S2
‑
3、根据振荡模式与储能电站的映射关系构建振荡模式
‑
储能电站关联表待抑制的电力系统振荡模式λ与第k
′
个状态变量对应的储能电站之间的映射关系Mapping_1定义为：Mapping_1：待抑制的电力系统振荡模式λ第k
′
个状态变量对应的储能电站其中，表示映射关系符号；根据Mapping_1得到如下元素：(待抑制的电力系统振荡模式λ，第k
′
个状态变量对应的储能电站)，并将其作为振荡模式
‑
储能电站关联表中的一行；矩阵A+A
d
有n个特征值，对于矩阵A+A
d
的第i个特征值λ
i
，当i取值从1到n时，就可以得到具有多行的振荡模式
‑
储能电站关联表；S3、针对与电力系统振荡模式强相关的储能电站，采用时滞依赖稳定条件构建阻尼控制器参数
‑
时滞稳定裕度
‑
阻尼比关联表S3
‑
1、根据含储能电站的电力系统振荡抑制模型采用时滞依赖稳定条件计算得到时滞稳定裕度τ，同时根据矩阵A+A
d
计算得到阻尼比ξ
i
采用的时滞依赖稳定条件为：给定时滞稳定裕度τ和电力系统输出信号传输延迟的变化率上界μ，若存在矩阵和合适维数矩阵N1、N2使得以下线性矩阵不等式成立：矩阵不等式成立：其中，其中，
则系统稳定；由于含储能电站的电力系统振荡抑制模型中状态矩阵A和时滞矩阵A
d
是随阻尼控制器的状态矩阵A
c
、输入矩阵B
c
、输出矩阵C
c
和前馈矩阵D
c
而变化的，因此计算得到的时滞稳定裕度τ是与参数为(K
c
，T
w
，T1，T2，T3，T4)的阻尼控制器对应的；同时根据矩阵A+A
d
计算得到阻尼比ξ
i
，此时ξ
i
也是与参数为(K
c
，T
w
，T1，T2，T3，T4)的阻尼控制器对应的；S3
‑
2、根据阻尼控制器参数及S3
‑
1计算得到的时滞稳定裕度τ和阻尼比ξ
i
，构建阻尼控制器参数与时滞稳定裕度τ、阻尼比ξ
i
的映射关系阻尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：