一种超级电容混合储能耦合火电机组调频系统和方法与流程

本申请涉及电网调频，尤其涉及超级电容混合储能耦合火电机组调频系统和方法。

背景技术：

1、作为能源变革关键技术支撑之一的大规模储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。由锂离子电池与超级电容组成的混合储能设备，具有功率调节迅速、应用模式多样等优点。锂离子电池功率调配灵活，超级电容充放电快速，混合储能系统通过换流器与火电机组相连，具备功率双向流动能力，具有功率调节迅速、应用模式多样等优点。

技术实现思路

1、本申请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，本申请的第一个目的在于提出一种超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，解决了现有方法无法准确响应调频指令的问题，确保在响应调频指令时，吸收/释放功率精确。

3、本申请的第二个目的在于提出一种超级电容混合储能耦合火电机组调频方法。

4、为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，包括超级电容混合储能设备、换流器pcs、火电机组，其中，

5、超级电容混合储能设备包括超级电容和锂离子电池，超级电容混合储能设备通过超级电容和锂离子电池进行储能，超级电容混合储能设备通过换流器pcs将直流电转换为交流电，通过升压变接入电厂用电系统中，耦合火电机组参与电力系统调频，超级电容混合储能设备通过换流器pcs根据下垂模式参与电力系统调频，其中，下垂模式的无功-电压下垂控制中包括虚拟电感无功调节环节。

6、本申请实施例的超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，具体涉及由超级电容和锂离子组成的超级电容混合储能系统，超级电容混合储能设备通过换流器pcs将直流电转换为交流电，通过升压变接入6kv厂用电系统中，耦合火电机组参与电力系统调频，更进一步在超级电容、锂离子电池pcs中采用功率分配策略，确保超级电容混合储能系统在响应调频指令时，吸收/释放功率精确。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，调频系统采用优先调用超级电容的控制策略，控制策略包括：

8、若调频指令为小指令，控制超级电容响应；

9、若调频指令为大指令，控制超级电容全功率响应，并控制锂离子电池作为补充。

10、可选地，在本申请的一个实施例中，下垂模式的生成过程包括：

11、构建超级电容混合储能有功-频率和无功-电压的下垂控制方程；

12、在下垂控制方程的无功-电压下垂控制中添加虚拟电感无功调节，生成更新后的下垂控制方程；

13、超级电容混合储能设备还用于：

14、基于更新后的下垂控制方程控制超级电容和锂离子电池参与电力系统调频。

15、可选地，在本申请的一个实施例中，下垂控制方程表示为：

16、

17、其中，、分别为pcs额定频率和参考频率，、分别为pcs的额定电压和参考电压，kp、kq分别为有功下垂系数和无功下垂系数，p0、q0分别为额定有功功率和额定无功功率，p、q分别为pcs输出的有功功率和无功功率。

18、可选地，在本申请的一个实施例中，更新后的下垂控制方程表示为：

19、

20、其中，、分别为pcs额定频率和参考频率，、分别为pcs的额定电压和参考电压，kp、kq分别为有功下垂系数和无功下垂系数，p0、q0分别为额定有功功率和额定无功功率，p、q分别为pcs输出的有功功率和无功功率，elm表示虚拟电感无功补偿电压，所述虚拟电感无功补偿电压的时域表达式为：

21、

22、其中，elm(s)表示虚拟电感无功补偿电压的时域表达式，s表示拉普帕斯算子，kres表示无功偏差调节系数，，lm,max表示虚拟电感最大值，，q(s)表示超级电容混合储能pcs输出无功功率，q0(0)表示初始无功功率值，qs为超级电容混合储能额定无功功率。

23、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，包括：通过超级电容混合储能设备进行储能，通过换流器pcs将超级电容混合储能设备的直流电转换为交流电，并通过升压变接入电厂用电系统中，耦合火电机组参与电力系统调频，其中，超级电容混合储能设备包括超级电容和锂离子电池，超级电容混合储能设备通过换流器pcs根据下垂模式参与电力系统调频，下垂模式的无功-电压下垂控制中包括虚拟电感无功调节环节。

24、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括，采用优先调用超级电容的控制策略，控制策略包括：

25、若调频指令为小指令，控制超级电容响应；

26、若调频指令为大指令，控制超级电容全功率响应，并控制锂离子电池作为补充。

27、可选地，在本申请的一个实施例中，根据下垂模式参与电力系统调频，包括：

28、构建超级电容混合储能有功-频率和无功-电压的下垂控制方程；

29、在下垂控制方程的无功-电压下垂控制中添加虚拟电感无功调节，生成更新后的下垂控制方程；

30、基于更新后的下垂控制方程控制超级电容混合储能设备参与电力系统调频。

31、可选地，在本申请的一个实施例中，下垂控制方程表示为：

32、

33、其中，、分别为pcs额定频率和参考频率，、分别为pcs的额定电压和参考电压，kp、kq分别为有功下垂系数和无功下垂系数，p0、q0分别为额定有功功率和额定无功功率，p、q分别为pcs输出的有功功率和无功功率。

34、可选地，在本申请的一个实施例中，更新后的下垂控制方程表示为：

35、

36、其中，、分别为pcs额定频率和参考频率，、分别为pcs的额定电压和参考电压，kp、kq分别为有功下垂系数和无功下垂系数，p0、q0分别为额定有功功率和额定无功功率，p、q分别为pcs输出的有功功率和无功功率，elm表示虚拟电感无功补偿电压，所述虚拟电感无功补偿电压的时域表达式为：

37、

38、其中，elm(s)表示虚拟电感无功补偿电压的时域表达式，s表示拉普帕斯算子，kres表示无功偏差调节系数，，lm,max表示虚拟电感最大值，，q(s)表示超级电容混合储能pcs输出无功功率，q0(0)表示初始无功功率值，qs为超级电容混合储能额定无功功率。

39、本申请附加的方面和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，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，其特征在于，包括超级电容混合储能设备、换流器pcs、火电机组，其中，

2.如权利要求1所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，其特征在于，所述调频系统采用优先调用超级电容的控制策略，所述控制策略包括：

3.如权利要求1所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，其特征在于，所述下垂模式的生成过程包括：

4.如权利要求3所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，其特征在于，所述下垂控制方程表示为：

5.如权利要求4所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频系统，其特征在于，所述更新后的下垂控制方程表示为：

6.一种超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，包括：

7.如权利要求6所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，其特征在于，还包括，采用优先调用超级电容的控制策略，所述控制策略包括：

8.如权利要求6所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，其特征在于，所述根据下垂模式参与电力系统调频，包括：

9.如权利要求8所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，其特征在于，所述下垂控制方程表示为：

10.如权利要求9所述的超级电容混合储能耦合火电机组调频方法，其特征在于，所述更新后的下垂控制方程表示为：

技术总结
本申请提出了一种超级电容混合储能耦合火电机组调频系统和方法，涉及电网调频技术领域，其中，该系统包括：超级电容混合储能设备、换流器PCS、火电机组，其中，超级电容混合储能设备包括超级电容和锂离子电池，超级电容混合储能设备通过超级电容和锂离子电池进行储能，超级电容混合储能设备通过换流器PCS将直流电转换为交流电，通过升压变接入电厂用电系统中，耦合火电机组参与电力系统调频，超级电容混合储能设备通过换流器PCS根据下垂模式参与电力系统调频，其中，下垂模式的无功‑电压下垂控制中包括虚拟电感无功调节环节。采用上述方案的本申请确保在响应调频指令时，吸收/释放功率精确。

技术研发人员：杨沛豪,兀鹏越,薛晓峰,孙钢虎,李阳,寇水潮,郭昊,殷悦,李菁华,梁舒婷,潘喜良,林开俊,林怡玢,张宗桢,庄淑熙,张晨曦
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：2024/1/16