一种光储发电虚拟惯量控制方法与流程

本发明涉及一种光储发电虚拟惯量控制方法，属于光储发电虚拟惯量控制。

背景技术：

1、随着新能源机组装机容量不断增加，同步机组在电网中的占比逐渐减少，而风机、光伏等新能源机组并不具有同步机的惯性响应能力，无附加控制时无法参与到频率调节过程中，系统等效惯量逐渐降低。当发生功率扰动时，可再生能源电网频率的偏移量和变化率相较于传统电网大幅增加，频率稳定性大大降低。

2、随着新能源发电占比的日益升高，基于电力电子装置并网的新能源机组挤占了传统同步机组的空间，且风光为不可控资源，风电、光伏机组出力具有随机性、波动性的特征。因此含高比例可再生能源和电力电子装置的现代电力系统展现出了低惯量、弱阻尼的特征，频率稳定性面临着更大的挑战。为了丰富现代电力系统的频率稳定控制体系，需加快对光伏、储能等静止发电元件参与惯量支撑和调频的研究。

3、目前，国内外学者围绕光伏发电系统进行频率响应的控制措施做了大量研究，主要的控制方式有减载控制法、虚拟惯量法和储能协同法。减载控制会降低光伏机组的经济性，难以应用到现场生产中。传统同步机组由于转子始终处于旋转状态，其转速与系统频率相耦合，可以快速将旋转动能转化为有功输出进行惯量支撑。同理，可以通过对并网变换器施加控制策略，将其他元件中储存的能量能够转换为有功输出，以模拟同步机的惯性。利用储能辅助新能源机组具有更好频率支撑性能的控制策略也已非常丰富，使储能协同光伏机组进行惯量控制可具有更佳性能。

4、目前针对该问题的研究大多聚焦于光伏减载和储能辅助控制等单一手段，难以应对负荷和光伏出力连续变化带来的频率波动问题，且少有光储发电虚拟惯量协同控制的研究。

技术实现思路

1、本发明目的是提供了一种光储发电虚拟惯量控制方法，通过电容释放储存的能量，减少功率不平衡量的数值，避免光伏发电产生出力骤降现象，以减少电力系统频率的快速波动，同时使电化学储能辅助电容调控，提高光伏发电系统惯量响应性能。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、计算光伏发电并网系统的频率变化量，将频率变化量与设定的频率变化阈值进行比较；

4、当频率变化超过阈值，通过升压变换器两端电容释放能量ph，使其具有惯量响应能力；

5、同时，增加储能装置，并利用pd控制器对储能装置附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行；

6、综合电容和储能装置的惯量响应，调控光储发电，使其具备良好的惯量响应性能。

7、优选的，所述频率变化量δf计算方式如下：δf＝fm-fn，

8、式中：fm为频率测量值，fn为工频。

9、优选的，通过基于比例控制环节确定并改变升压变换器两端电容的电压，控制电容释放能量大小。

10、优选的，所述所述电容电压计算公式如下：

11、uh＝uh0-δuh＝uh0-kpδf；

12、式中，uh表示电容两侧电压，uh0表示高压侧直流电容初始电压，kp为频率变化影响电容电压的比例系数

13、在放电过程中，电容释放能量的功率ph计算公式为：

14、

15、式中：ch表示高压侧直流电容大小；

16、优选的，所述储能装置参与虚拟惯量调节的输出功率为：

17、

18、式中：k1为比例系数，k2为微分系数。

19、优选的，光伏发电系统通过前级dc/dc变换器使光伏阵列工作于最大功率跟踪状态，dc/ac变换器基于电压电流的双闭环控制实现光伏发电虚拟惯量控制。

20、本发明的优点在于：本发明类比传统同步机组提供惯量支撑的机理，提出了改变高压侧直流电容电压来释放电容储存的能量以具有惯量响应能力的方法，在此基础上通过设置比例控制环节确定了附加功率的大小。

21、本发明考虑到电容中储存的能量有限，使光伏发电系统协同电化学储能运行，对储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，以使储能可以辅助惯量响应，使光储发电具有了更优的惯量响应性能。

技术特征：

1.一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述频率变化量δf计算方式如下：δf＝fm-fn，

3.根据权利要求1所述的光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，通过基于比例控制环节确定并改变升压变换器两端电容的电压，控制电容释放能量大小。

4.根据权利要求3所述的光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述所述电容电压计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述储能装置参与虚拟惯量调节的输出功率为：

6.根据权利要求1所述的光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，光伏发电系统通过前级dc/dc变换器使光伏阵列工作于最大功率跟踪状态，dc/ac变换器基于电压电流的双闭环控制实现光伏发电虚拟惯量控制。

技术总结
本发明提供了一种光储发电虚拟惯量控制方法，包括以下步骤：计算光伏发电并网系统的频率变化量，将频率变化量与设定的频率变化阈值进行比较；当频率变化超过阈值，通过升压变换器两端电容释放能量，使其具有惯量响应能力；同时，增加储能装置，并利用PD控制器对储能装置附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行；综合电容和储能装置的惯量响应，调控光储发电，使其具备良好的惯量响应性能。通过电容储能能够释放储存的能量，减少功率不平衡量的数值，避免光伏发电产生出力骤降现象，以减少电力系统频率的快速波动，同时使电化学储能能够辅助电容，提高光伏发电系统惯量响应性能。

技术研发人员：马欢,程定一,张冰,周宁,马琳琳,朱元振,汪挺,田浩,乔立同,李山,李新,赵康,武诚,蒋哲,刘文学,房俏,邢法财,张志轩
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13