一种光储发电虚拟惯量控制方法及系统与流程

本发明属于光储发电控制，涉及一种光储发电虚拟惯量控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种光储发电虚拟惯量控制方法及系统。在光伏发电系统面临功率波动时，使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，使光伏发电系统惯量响应性能更优。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种光储发电虚拟惯量控制方法，包括以下步骤：

4、基于光伏发电系统的基本结构，确定高压侧直流电容储存的能量和高压侧直流电容两侧电压的关系；

5、改变所述电容两端的电压，释放电容储存的能量；

6、考虑到电容中储存的能量有限，在电网频率变化超过阈值时，增加电化学储能，对电化学储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行，构成联合系统，并在联合控制时将电容虚拟惯量控制与电化学储能虚拟惯量控制相结合。

7、作为可选择的实施方式，确定高压侧直流电容储存的能量和高压侧直流电容两侧电压的关系的具体过程包括：

8、当高压侧直流电容c两侧电压为u时,此时储存在电容中的能量e表示为：

9、

10、作为可选择的实施方式，改变所述电容两端的电压，释放电容储存的能量的具体过程包括：

11、当检测到电网频率变化超过阈值时，通过比例控制环节改变电容两端的电压，改变后的电压为改变前的电压、减去频率变化影响电容电压的比例系数和测量频率与额定工频的差值的乘积。

12、作为可选择的实施方式，释放电容储存的能量的具体过程中，

13、电容释放能量的功率表达式为：

14、

15、作为可选择的实施方式，对储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行的具体过程包括：使光伏发电系统协同电化学储能运行，对电化学储能的变换器附加下垂控制与虚拟惯量控制，以进行惯量补偿。

16、作为进一步的，所述电化学储能的功率输出表示为：

17、

18、其中，k1、k2分别为系数，δf为测量频率与额定工频的差值，fm为测量频率。

19、作为可选择的实施方式，电网频率变化超过阈值时，增发的有功出力有直流电容储能和电化学储能/外置储能两部分来源。

20、作为可选择的实施方式，将电容虚拟惯量控制与所述储能虚拟惯量控制相结合的具体过程包括：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。

21、作为可选择的实施方式，将电容虚拟惯量控制与所述储能虚拟惯量控制相结合的具体过程中，联合惯量常数为：

22、

23、其中，所述pes为电化学储能的功率输出，ph为电容释放能量的功率。

24、一种光储发电虚拟惯量控制系统，包括：

25、直流电容储能计算模块，被配置为基于光伏发电系统的基本结构，确定高压侧直流电容储存的能量和高压侧直流电容两侧电压的关系；

26、释放电容储能模块，被配置为改变所述电容两端的电压，释放电容储存的能量；

27、联合控制模块，被配置为考虑到电容中储存的能量有限，在电网频率变化超过阈值时，增加电化学储能，对电化学储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行，构成联合系统，并在联合控制时将电容虚拟惯量控制与电化学储能虚拟惯量控制相结合。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、(1)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。

30、(2)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；

31、(3)综合直流电容储能和外置储能两部分惯量来源，提出了一种光储发电虚拟惯量控制方法，本发明提出的方法使光储发电具有了更优的惯量响应性能。

32、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，确定高压侧直流电容储存的能量和高压侧直流电容两侧电压的关系的具体过程包括：

3.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，改变所述电容两端的电压，释放电容储存的能量的具体过程包括：

4.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，释放电容储存的能量的具体过程中，

5.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，对储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，协同光伏发电系统运行的具体过程包括：使光伏发电系统协同电化学储能运行，对电化学储能的变换器附加下垂控制与虚拟惯量控制，以进行惯量补偿。

6.如权利要求5所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，所述电化学储能的功率输出表示为：

7.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，电网频率变化超过阈值时，增发的有功出力有直流电容储能和电化学储能/外置储能两部分来源。

8.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，将电容虚拟惯量控制与所述储能虚拟惯量控制相结合的具体过程包括：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。

9.如权利要求1所述的一种光储发电虚拟惯量控制方法，其特征在于，将电容虚拟惯量控制与所述储能虚拟惯量控制相结合的具体过程中，联合惯量常数为：

10.一种光储发电虚拟惯量控制系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供了一种光储发电虚拟惯量控制方法及系统。基于光伏发电系统的基本结构，确定高压侧直流电容储存的能量和高压侧直流电容两侧电压的关系；改变所述电容两端的电压，释放电容储存的能量；考虑到电容中储存的能量有限，在电网频率变化超过阈值时，增加电化学储能，对电化学储能附加下垂控制与虚拟惯量控制，在联合控制时将电容虚拟惯量控制与电化学储能虚拟惯量控制相结合。在光伏发电系统面临功率波动时，使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，使光伏发电系统惯量响应性能更优。

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