一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法


[0001]本专利技术涉及新型电力系统频率安全以及惯量支撑
，特别是涉及一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法
。

技术介绍

[0002]目前，现有的微分惯量控制虽能有效抑制扰动初期的频率跌落速度，能约束系统频率变化率在规程范围内，但存在一定的缺陷：一是微分控制导致储能在系统频率恢复期易出现较大的超调现象，削弱了系统频率的稳定性能；二是导致整个风电场在调频阶段所需的调频时间较长，频率恢复较慢
。
为此，本文基于系统频率安全约束条件，提出一种基于频率响应极值时间以及系统惯量需求的储能优化微分惯量控制方法，通过变系数方法使得在满足安全规程下能缩短调频时长，且在频率恢复阶段能抵消部分同步机惯量，减小恢复期的超调量，能有效解决传统微分控制的不足
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法，首先，基于可调频储能构建系统频率响应模型，得到频率响应至最低
/
高值所需时间
、
系统惯量需求以及储能惯量需求；其次，根据频率响应至最低
/
高值所需时间以及储能惯量需求得到优化控制系数，从而缩短调频时间；最后，为减少频率超调量，基于优化控制系数提出一种新型储能虚拟惯量控制策略
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：基于可调频储能构建系统频率响应模型，得到频率响应至最低
/
高值所需时间
、
系统惯量需求以及储能惯量需求；
[0007]步骤2：根据频率响应至最低
/
高值所需时间以及储能惯量需求得到优化控制系数，从而缩短调频时间；
[0008]步骤3：为减少频率超调量，基于优化控制系数提出一种新型储能虚拟惯量控制策略
。
[0009]可选的，所述步骤1：基于可调频储能构建系统频率响应模型，得到频率响应至最低
/
高值所需时间
、
系统惯量需求以及储能惯量需求：
[0010]电力系统若具备充足的惯量，则在受到典型扰动事件时能有效抑制系统频率的瞬时突变
。
为保证系统拥有充足的惯量，应考虑在储能等新型电源设备上设计一种虚拟惯量控制方法
。
为更准确的量化系统以及储能的惯量需求，需通过建立风储频率响应模型进行分析
。
[0011]在扰动初期时，频率变化速度最快，此时需要保证系统频率变化率在安全约束值内
。
在扰动初期时风储调频系统中的频率响应方程可表示为：
[0012](2H
g
p+D
s
)
Δ
f(t)
＝
Δ
P
g
+
Δ
P
b
‑
Δ
P
d
[0013]式中，
H
g
为同步机惯量；
p
为微分算子；
D
s
为系统阻尼系数；
Δ
f(t)
为系统实时频率变化幅值；
Δ
P
g
为同步机有功支撑功率；
Δ
P
b
为储能有功支撑功率；
Δ
P
d
为扰动功率
。
[0014]因此，根据上式可基于频率安全约束值
、
扰动功率以及系统的典型参数值评估系统最小惯量需求值
H
sm
、
储能惯量需求值
H
b
以及频率响应至最低
/
高值所需时间
t
a
，并应用于后续控制系数计算
。
[0015]可选的，所述步骤2：根据频率响应至最低
/
高值所需时间以及储能惯量需求得到优化控制系数，从而缩短调频时间，具体包括：
[0016]传统的微分惯量控制方法虽能在频率跌落阶段释放支撑功率，从而延缓频率跌落速度，但根据频率安全约束评估得到的惯量控制系数由于较为保守，虽能充分保证频率安全，但在初期之后，系统频率变化率已远低于临界安全值，因此若储能虚拟惯量在扰动初期仍不变，导致频率恢复较慢，不符合期望效果
。
除此之外，储能释放的支撑功率大于系统需求，导致电能的浪费，不符合经济性及实用性
。
[0017]为解决上述问题，需设计一种变惯量参数，使储能虚拟惯控制参数在惯性响应时间内逐渐降低
。
即在扰动初期时，由于系统频率跌落速度最为严重，此时系统需要充足的惯量才能保证频率不超过约束值，因此储能提供的惯量应缓慢减少；当扰动初期后，系统频率跌落速度逐渐减小，此时储能提供惯量的减少速度逐渐增加，从而达到供需平衡；当系统频率达到极值时，系统无需补充额外惯量，此时储能停止向系统提供惯性支撑
。
[0018]综上所述，依据步骤1求得的系统频率变化至最低
/
高值所需时间
t
a
以及储能虚拟惯量
H
b
，可设计的储能虚拟惯量控制参数如下所示：
[0019][0020]式中，
H
b
为储能虚拟惯量；
t
a
为系统频率变化至最低
/
高值所需时间；
k
为调频指令，当扰动功率
Δ
P
d
＞0时，
k
＝0；当扰动功率
Δ
P
d
＜0时，
k
＝
1。
[0021]将
K
b
(t)
进行求导，可以得到如下表达式：
[0022][0023]当扰动初期时
(t
＝0+
)
，系统惯量需求最大，此时储能的惯量控制参数变化速度为0，且参数大小为
K
b
(0
+
)
＝
2H
b
，满足惯量需求；当扰动初期后
(t
＞0+
)
，系统惯量需求下降，此时储能的惯量控制参数变化速度逐渐增加，相对于传统微分控制，缩短了调频时间且减少了储能的电能释放；当系统频率变化至最低
/
高值时
(t
＝
t
a
)
，此时储能的优化虚拟惯量控制参数
K
b
(t
a
)
为0，符合上述的要求
。
[0024]可选的，所述步骤3：为减少频率超调量，基于优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
本发明公开了一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于可调频储能构建系统频率响应模型，得到频率响应至最低
/
高值所需时间
、
系统惯量需求以及储能惯量需求；步骤2：根据频率响应至最低
/
高值所需时间以及储能惯量需求得到优化控制系数，从而缩短调频时间；步骤3：为减少频率超调量，基于优化控制系数提出一种新型储能虚拟惯量控制策略
。2.
根据权利要求1所述的一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法，其特征在于，所述步骤1：基于可调频储能构建系统频率响应模型，得到频率响应至最低
/
高值所需时间
、
系统惯量需求以及储能惯量需求：电力系统若具备充足的惯量，则在受到典型扰动事件时能有效抑制系统频率的瞬时突变，为保证系统拥有充足的惯量，应考虑在储能等新型电源设备上设计一种虚拟惯量控制方法，为更准确的量化系统以及储能的惯量需求，需通过建立风储频率响应模型进行分析；在扰动初期时，频率变化速度最快，此时需要保证系统频率变化率在安全约束值内，在扰动初期时风储调频系统中的频率响应方程可表示为：
(2H
g
p+D
s
)
Δ
f(t)
＝
Δ
P
g
+
Δ
P
b
‑
Δ
P
d
式中，
H
g
为同步机惯量；
p
为微分算子；
D
s
为系统阻尼系数；
Δ
f(t)
为系统实时频率变化幅值；
Δ
P
g
为同步机有功支撑功率；
Δ
P
b
为储能有功支撑功率；
Δ
P
d
为扰动功率；因此，根据上式可基于频率安全约束值
、
扰动功率以及系统的典型参数值评估系统最小惯量需求值
H
sm
、
储能惯量需求值
H
b
以及频率响应至最低
/
高值所需时间
t
a
，并应用于后续控制系数计算
。3.
根据权利要求1所述的一种基于优化调频时间及频率超调的储能微分惯量控制方法，其特征在于，所述步骤2：根据频率响应至最低
/
高值所需时间以及储能惯量需求得到优化控制系数，从而缩短调频时间：传统的微分惯量控制方法虽能在频率跌落阶段释放支撑功率，从而延缓频率跌落速度，但根据频率安全约束评估得到的惯量控制系数由于较为保守，虽能充分保证频率安全，但在初期之后，系统频率变化率已远低于临界安全值，因此若储能虚拟惯量在扰动初期仍不变，导致频率恢复较慢，不符合期望效果，除此之外，储能释放的支撑功率大于系统需求，导致电能的浪费，不符合经济性及实用性；为解决上述问题，需设计一种变惯量参数，使储能虚拟惯控制参数在惯性响应时间内逐渐降低，即在扰动初期时，由于系统频率跌落速度最为严重，此时系统需要充足的惯量才能保证频率不超过约束值，因此储能提供的惯量应缓慢减少；当扰动初期后，系统频率跌落速度逐渐减小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥宇，朱永健，魏宇，付媛，张保泽，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：