一种构网型储能系统的控制方法及系统与流程

本发明涉及储能，尤其涉及一种构网型储能系统的控制方法及系统。

背景技术：

1、近年来，可再生能源(renewable energy sources，res)如光伏和风电得到了迅速发展，电力电子器件在可再生能源发电中得到广泛应用，推动传统电力系统向新型电力系统的转变。在这一转变过程中，电力系统的“双高”特性将更加显著。高比例的新能源和电力电子设备接入电网导致系统转动惯量减少，抗干扰能力下降，进而影响电网的安全稳定性。这一趋势凸显了新型电力系统面临的挑战，需要通过有效的技术和管理手段来应对系统运行中的新问题。

2、由于新能源发电的不稳定性，为了应对新能源发电功率波动、增强电网调峰能力以及提升电网对新能源的接纳水平，储能技术在电力系统中显得至关重要。而传统储能是以跟网型控制(grid-following，gfl)就是利用锁相环实现设备与电网频率和相位同步，然而随着电力电子器件在新型电力系统中的逐渐增多，系统可能面临“低惯量”和“弱阻尼”等问题，并且不具备提供电压支撑、孤岛运行等能力。因此构网型储能随即被提出。构网型储能是指在新能源附近增加储能，通过构网控制技术(grid forming，gfm)进行接入。而构网型控制(gfm)本质为电压源控制模式(voltage control mode，vcm)，能够自主产生端口电压和相位，与电网同步运行，并且能够提供电压支撑，提高系统转动惯量，并且能够提升新能源系统的稳定性。相较于传统跟网型储能系统，构网型储能不仅提高了电力系统的稳定性和灵活性，并且能够根据具体应用场景优化储能系统的经济效益。

3、当前构网型控制主要研究方向是虚拟同步发电机控制(virtual synchronousgenerator，vsg)。vsg不仅继承了同步发电机的外在特征，而且具备调节惯性和阻尼参数的灵活性。因此也会使vsg会在电网电压跌落、断线等大扰动时发生暂态功角稳定问题，并且可能会产生较大的过电流。如果未能及时采取措施，电力电子器件可能会受损，并引发系统脱网的危险。在极端情况下，这可能会导致连锁反应，对新型电力系统的安全性造成严重破坏。因此，为了电网安全稳定运行，vsg的暂态功角稳定是尤为重要的。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种构网型储能系统的控制方法及系统，用于控制有功功率偏差，进而抑制功角增大，保持暂态功角稳定，并对过电流进行抑制。

2、第一方面，本发明提供了一种构网型储能系统的控制方法，所述构网型储能系统包括构网型储能设备，所述构网型储能设备位于新能源发电系统的交流侧；所述构网型储能系统的控制方法包括：

3、对暂态期间的所述构网型储能系统的有功-功率环设置功角偏差反馈机制，建立基于功角偏差反馈的有功-功率环函数，化简得到自适应系数方程；

4、建立构网型储能系统的并网输出有功功率和无功功率函数，根据无功环的影响，获得关于vsg输出电压实际值u的方程，将自适应系数方程代入，根据暂态功角裕度确定自适应系数的值；

5、基于自适应系数的值对所述构网型储能系统进行自适应功角偏差反馈，以使所述构网型储能系统保持暂态功角稳定并抑制过电流。

6、可选地，所述暂态期间功角失稳，并存在过电流；

7、所述功角失稳包括第一故障失稳和第二故障失稳；

8、根据所述第一故障失稳绘制ⅰ型故障功角曲线，所述ⅰ型故障功角曲线与有功功率指令值存在交点c和交点e，所述交点c为稳定平衡点，所述交点e为不稳定平衡点，交点e对应的功角为临界功角；所述第一故障失稳状态下，所述构网型储能系统越过不稳定平衡点，系统暂态失稳；

9、根据所述第二故障失稳绘制ⅱ型故障功角曲线，所述ⅱ型故障功角曲线与有功功率指令值无交点，所述第二故障失稳状态下，有功功率指令值始终大于有功功率输出值。

10、可选地，所述功角偏差反馈的有功-功率环函数为：

11、

12、其中，为有功功率指令值，为有功功率实际值；ω为vsg的角速度，为额定角速度；j为vsg虚拟惯量系数，d为阻尼系数；δ为vsg功角；k1为自适应系数；

13、将上式化简，得到自适应系数k1的表达式：

14、

15、其中，为变量。

16、可选地，所述构网型储能系统的并网输出有功功率和无功功率函数为：

17、

18、其中，u为vsg输出电压实际值；为线路等效阻抗；为无功功率实际输出值；为电网电压。

19、可选地，将所述构网型储能系统的并网输出有功功率和无功功率函数代入vsg无功-电压下垂控制方程：

20、

21、得到关于u的方程：

22、

23、其中，为无功功率指令值；为无功下垂系数，k为无功调节系数；为输出电压额定值；e为vsg内部生成电势幅值。

24、可选地，将代入所述关于u的方程，令，得到关于u的函数：

25、

26、结合暂态功角裕度，对u进行不同状态下最优取值。

27、可选地，所述对u进行不同状态下最优取值包括：

28、给定初始u=0；

29、对所述关于u的函数解微分方程得到暂态功角；

30、记u=0时的暂态功角为，为无扰动下稳定功角；

31、判断-与0.3的大小，当->0.3时，对u进行迭代计算取值；

32、当-≤0.3时，暂态功角对应的u即为最优值。

33、可选地，所述对u进行迭代计算取值具体为：

34、当-大于0.3时，令=+0.1，将代入所述关于u的函数，再次解微分方程得到；

35、判断-与0.3的大小，当->0.3时，对u继续进行迭代计算取值；当-≤0.3时，对应的即为最优值。

36、可选地，所述暂态功角裕度取0.3rad。

37、第二方面，本发明还提供一种构网型储能系统的控制系统，所述构网型储能系统包括构网型储能设备，所述构网型储能设备位于新能源发电系统的交流侧；所述构网型储能系统的控制系统包括：

38、分析单元，用于分析所述构网型储能系统是否处于暂态期间；

39、计算模块，用于建立基于功角偏差反馈的有功-功率环函数，根据暂态功角裕度计算自适应系数；

40、反馈模块，用于将计算模块计算得到的自适应系数反馈至所述构网型储能系统的有功-功率环，将构网型储能系统的暂态期间的功角调整至稳定状态，并抑制过电流。

41、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：以构网型储能为研究对象，以功角稳定范围、有功功率偏差为依据，提出一种基于功角偏差反馈的控制系统及方法，可根据不同电网跌落程度自适应进行功角偏差反馈，减小有功功率偏差，保持暂态功角稳定，抑制过电流。

技术特征：

1.一种构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述构网型储能系统包括构网型储能设备，所述构网型储能设备位于新能源发电系统的交流侧；所述构网型储能系统的控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述暂态期间功角失稳，并存在过电流；

3.根据权利要求1所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述功角偏差反馈的有功-功率环函数为：

4.根据权利要求1所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述构网型储能系统的并网输出有功功率和无功功率函数为：

5.根据权利要求4所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，将所述构网型储能系统的并网输出有功功率和无功功率函数代入vsg无功-电压下垂控制方程：

6.根据权利要求5所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，将代入所述关于u的方程，令，得到关于u的函数：

7.根据权利要求6所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述对u进行不同状态下最优取值包括：

8.根据权利要求7所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述对u进行迭代计算取值具体为：

9.根据权利要求1所述的构网型储能系统的控制方法，其特征在于，所述暂态功角裕度取0.3rad。

10.一种构网型储能系统的控制系统，其特征在于，所述构网型储能系统包括构网型储能设备，所述构网型储能设备位于新能源发电系统的交流侧；所述构网型储能系统的控制系统包括：

技术总结
本发明涉及一种构网型储能系统的控制方法及系统，涉及储能技术领域，包括构网型储能设备，构网型储能设备位于新能源发电系统的交流侧；构网型储能系统的控制方法包括：对暂态期间的构网型储能系统的有功‑功率环设置功角偏差反馈机制，建立基于功角偏差反馈的有功‑功率环函数，根据暂态功角裕度确定自适应系数的值；基于自适应系数的值对构网型储能系统进行自适应功角偏差反馈，如此，可有效控制有功功率偏差，保持功角稳定，并抑制过电流。

技术研发人员：李超,任永峰,王林飞,孙压宁,刘鹏,杨国婧,岳磊,赵智星,贾云鹏,王东
受保护的技术使用者：中国三峡新能源（集团）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21