一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统的制作方法

本发明属于新型构网型储能领域。

背景技术：

1、新能源发电用到大量电力电子设备，传统电力电子设备无法为电力系统提供类似旋转电机具备的转动惯量，这会造成电力系统对频率调节能力严重削弱，无法抑制因为功率波动造成的频率扰动，甚至造成新能源大面积脱网，严重影响电力系统稳定性。

2、储能与风电、光伏等新能源采用直流组网形式，可以使储能与新能源之间的互连简单、高效，直流组网形式无需考虑无功优化问题，也不存在谐波污染。在新能源储能微电网dc/ac换流器中采用诸如虚拟惯量控制、下垂控制、虚拟同步机等策略，可以为微电网提供虚拟惯量支撑具备频率调节能力。现有方法1在微电网换流器频率控制环节增加虚拟惯量响应模块，保证微电网输出频率与大电网频率变化偏差率一致，通过微电网中储能吸收/释放能量做到频率偏差瞬时响应。现有方法2为了提升系统同步惯量支撑能力，在储能换流器控制系统内引入频率微分信号实现惯量模拟，进一步添加鲁棒控制器来改善储能输出频率特性。文献分析送端、受端因为功率不平衡造成的区域电网频率振荡机理，采用虚拟同步机控制策略，将虚拟惯量用频差变化率表征，提升虚拟同步机对电网的惯量支撑性能。

3、直流微电网中电力电子设备之间通过直流母线连接，直流电压稳定维持在一定范围内，在面对功率波动时具备电压调节鲁棒性，是在并网换流器惯量控制领域的一个研究重点。现有方法3提出一种模拟虚拟直流电机的惯量控制方案，将虚拟惯量用直流电压变化率进行表征，自适应调节虚拟惯量的加速电压恢复至稳态。现有方法4通过分析储能系统在电压跌落故障前后的功角特性，以减小加速面积为控制目标，提出系列措施来维持储能输出电压在故障期间稳定。现有方法5将新能源微网直流母线电压作为负反馈信号引入并网换流器电压外环中积分环节，将线路阻抗用可调虚拟阻抗代替，实现了直流电压动态可调。

4、然而现有方法无法实现储能直流虚拟惯量支撑。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的在于提出一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，用于提升直流微电网惯量支撑能力。

3、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，包括：

4、光伏板，风机，超级电容，直流母线，交流主网，其中，

5、所述光伏板通过dc/dc换流装置与所述直流母线连接；

6、所述风机通过ac/dc整流装置与所述直流母线连接；

7、所述超级电容通过dc/dc换流装置与所述直流母线连接，用于快速释放/吸收电能；

8、所述直流母线通过dc/ac换流器及工频升压变与所述交流主网连接，在交流输电线路上配置有交流负荷；所述dc/ac换流器用于通过模拟惯量算法实现对所述新能源储能微电网的惯量支撑。

9、另外，根据本发明上述实施例的一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统还可以具有以下附加的技术特征：

10、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述dc/ac换流器，还用于：

11、通过检测直流电压还原新能源储能微电网的频率变化。

12、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于新能源储能微电网的虚拟惯量控制方法，应用于如前所述的新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，其特征在于，包括：

13、通过配置超级电容储能快速释放/吸收电能，以及在dc/ac换流器采用模拟旋转同步电机惯量控制方法，提升所述新能源储能微电网的惯量支撑能力。

14、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述模拟旋转同步电机惯量控制方法，包括：

15、定义旋转同步电机转子旋转动能ek表示为：

16、

17、其中，p为电机极对数；jsg、ωsg分别为电机转动惯量及机械角速度；

18、旋转同步电机惯量h表示为：

19、

20、其中，ωn、n分别为电机额定机械角速度及额定容量；

21、旋转动能ek对时间求导，并引入惯量h，得到旋转同步电机转子运动方程为：

22、

23、其中，p、pm、pe分别为旋转同步电机输出功率、机械功率、电磁功率；ω0、ω分别为初始机械角速度和当前机械角速度；

24、在直流微电网中配置超级电容提供模拟惯量所需的动能，通过电压变压实现所述超级电容释放/吸收电能，其充放电功率pc表示为：

25、

26、其中，c、sc、uc分别为所述超级电容的储能电容值、额定容量、输出电压；

27、通过所述超级电容储能释放/吸收电能模拟所述旋转同步电机转子运动方程，得到超级电容惯量支撑方程为：

28、

29、其中，hc为超级电容储能虚拟惯量；ωc0、ωc分别为超级电容储能初始虚拟角频率和当前虚拟角频率。

30、进一步地，在本发明的一个实施例中，其特征在于，还包括：

31、通过检测直流电压还原新能源储能微电网的频率变化。

32、进一步地，在本发明的一个实施例中，其特征在于，所述通过检测直流电压还原新能源储能微电网的频率变化，包括：

33、在新能源储能微电网dc/ac换流器中采用直流电压-频率虚拟惯量控制方案，表示为：

34、udc＝kdc(ω-ω0)+udc0，

35、其中，udc、udc0分别为直流母线电压当前值和初始值；ω、ω0分别为交流侧电网当前角频率和初始角频率，kdc为直流惯量增益；

36、根据超级电容惯量支撑方程和直流电压-频率虚拟惯量控制方案，得到直流虚拟惯量增益，表示为：

37、

38、本发明实施例提出的新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，通过配置超级电容储能快速释放/吸收电能，在并网dc/ac换流器采用模拟惯量算法，可以提升直流微电网惯量支撑能力。

技术特征：

1.一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，所述dc/ac换流器，还用于：

3.一种基于新能源储能微电网的虚拟惯量控制方法，应用于如权利要求1所述的新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模拟旋转同步电机惯量控制方法，包括：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过检测直流电压还原新能源储能微电网的频率变化，包括：

技术总结
本发明提出一种新型构网型超级电容储能惯量支撑系统，包括，光伏板，风机，超级电容，直流母线，交流主网，其中，光伏板通过DC/DC换流装置与直流母线连接；风机通过AC/DC整流装置与直流母线连接；超级电容通过DC/DC换流装置与直流母线连接，用于快速释放/吸收电能；直流母线通过DC/AC换流器及工频升压变与交流主网连接，在交流输电线路上配置有交流负荷；DC/AC换流器用于通过模拟惯量算法实现对新能源储能微电网的惯量支撑。本发明提出的系统可以提升直流微电网惯量支撑能力。

技术研发人员：李耀亮,杨沛豪,兀鹏越,寇水潮,郭昊,殷悦,李菁华,孙梦瑶,康祯,代本谦,王劼文,郭新宇,薛晓峰,杨振,张宗桢,徐广涛,詹新民,游联欢,戴海鹏
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15