储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法与流程

本发明涉及变流器稳态建模，特别涉及储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法。

背景技术：

1、当前，新能源技术在电力系统中的渗透率不断提高，为系统带来频率稳定问题。利用含储能的构网型变流器提供频率支撑是一种顺应新能源发展趋势的应对系统频率问题的解决方式，为更好地了解系统运行情况，需要将其纳入调度层面，因此对含储能的构网型变流器提供频率支撑的稳态建模展开研究显得尤为重要。现有的对构网型变流器的研究多针对于其控制策略，缺少其频率支撑能力的稳态模型，不利于在调度层面将其纳入考虑。国内外目前在构网型变流器的频率支撑控制策略方面已经有了丰富的研究成果，如文献1“电力系统变流器构网控制技术的现状与发展趋势”(许诘翊,刘威,刘树,常富杰,谢小荣.电网技术,2022,46(09):3586-3595.)对构网控制的现状与发展趋势进行了综述，比较了构网控制技术与跟网型控制技术的差异,介绍了4类构网控制策略，对其在新能源并网的应用场景中的重要作用进行论述。文献2“构网型变流器稳定性研究综述”(詹长江,吴恒,王雄飞,田杰,王新宝,卢宇.中国电机工程学报,2023,43(06):2339-2359.)进一步从稳态工作点的存在性，小信号稳定和大信号稳定三个层面，对现有构网型变流器稳定性分析成果进行系统的梳理和总结，归纳了提升构网型变流器稳定性的控制方法，为构网型变流器大规模工程应用提供理论基础支撑。文献3“新能源场站快速有功控制及频率支撑技术综述”(高丙团,胡正阳,王伟胜,朱凌志,王满亮,全相军,李少林.中国电机工程学报:1-16)梳理了光伏/风电为代表的新能源的快速有功控制及频率支撑发展现状，分析了频率检测、通信延时和控制响应模式等因素对频率响应快速性的影响，对当前利用电力电子器件并网的新能源场站的频率支撑控制策略进行总结，为应对高比例新能源系统的频率稳定问题提供解决思路。文献4“结合超速备用和模拟惯性的双馈风机频率控制策略”(丁磊,尹善耀,王同晓,姜吉平,程法民,司君诚.电网技术,2015,39(09):2385-2391.)基于对双馈风机的运行特性进行分析，提出一种超速减载和虚拟惯量控制相结合的有功频率控制策略，使风机在正常运行时工作在超速减载状态获得一定的一次调频备用容量并提高自身的旋转动能，而在系统频率变化时模拟同步机组的机电暂态过程参与调频，在有效支持系统惯性调频的同时避免转速恢复过程带来的二次频率冲击。文献5“一种基于储能技术的风电场虚拟惯量补偿策略”(刘巨,姚伟,文劲宇,艾小猛,罗卫华,黄莹.中国电机工程学报,2015,35(07):1596-1605.)进一步考虑储能对新能源频率支撑能力的提升作用，基于模糊逻辑控制提出一种利用储能装置补偿风电场惯量的控制策略，通过检测风电场出口母线处的系统频率信号，动态补偿风电场惯量，在改善系统的频率特性的同时提高了系统运行的经济性。根据各类研究成果，已有多种涉及利用构网型变流器提供快速频率支撑的控制策略方面的专利申请。如专利1“一种具有多尺度调频能力的混合整流器控制方法”(蒋璐岭,孟鑫,贺明智,曾成碧.cn115021593a,2022-09-06.)提出了一种具有多尺度调频能力的混合整流器控制方法，其中辅助变换器的电压源型变换器采用虚拟同步电机控制策略，实现惯量阻尼补偿等短时间/小功率/低能量尺度的频率调节，同时控制辅助变换器的直流母线电压稳定，通过建立触发角和系统频率间的下垂控制关系，实现长时间/大功率/高能量尺度频率调节。专利2“构网型风电-储能系统一次调频协同控制方法及装置”(张泽宇,孙丹,年珩,马骏超,王晨旭,熊鸿韬,潘星,陆承宇.cn116599089a,2023-06-29.)提出了一种构网型风电-储能系统一次调频协同控制方法及装置，建立了风机和储能电容是否参与一次调频控制的判断依据，并设计了风机和储能电容的调频控制策略，提升了构网型风电-储能系统的频率支撑能力，保证了风机和储能电容安全稳定运行。

2、但针对构网型变流器惯量支撑能力的研究存在如下不足：

3、目前研究多针对构网型变流器提供惯量支撑的控制策略层面，没有对储能辅助的新能源提供惯量支撑能力进行稳态建模，构建储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的模型有助于在稳态运行将其纳入考虑。

4、鉴于此，需要一种储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中研究多针对构网型变流器提供惯量支撑的控制策略层面，没有对储能辅助的新能源提供惯量支撑能力进行稳态建模的问题，本发明提供了储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法，能够实现对储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的频率动态行为进行稳态建模，更为精确地刻画储能辅助的新能源提供惯量支撑能力，使其能嵌入日前调度。具体技术方案如下：

2、一种储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法，包括以下步骤：

3、构建新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的调控策略，具体为基于其惯量支撑能力的基础，采用虚拟惯量控制来模拟惯量响应过程；

4、基于新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的调控策略，构建通过构网型变流器控制的新能源提供惯量支撑能力模型；

5、基于新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的调控策略，构建储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的联合调控策略，采用储能应对新能源出力的不确定性与灵活调节能力的有限性；

6、结合构网型变流器控制的新能源提供惯量支撑能力模型、储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的联合调控策略，构建储能辅助的新能源提供惯量支撑能力模型。

7、优选的，所述惯量包括内部新能源的惯量、储能的惯量和直流链路电容器的惯量，且所述惯量受到器件容量约束。

8、优选的，所述新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的调控策略采用虚拟惯量控制，用来模拟惯量响应过程，其调控模型为：

9、

10、其中，pi'为构网型变流器内部资源i的实际输出功率，pi为构网型变流器内部资源i的参考输出功率，hi为构网型变流器内部资源i的惯量，f0为系统额定频率，ωres为构网型变流器内部的可再生能源集合，f为系统实时频率，t为时间；

11、所述构网型变流器内部采用直流输电系统，采用下垂控制使直流母线电压响应交流系统频率变化，其控制策略为：

12、

13、其中，u'dc为实际直流母线电压，udc为参考直流母线，kfv为直流母线电压的下垂控制系数。

14、优选的，所述通过构网型变流器控制的新能源提供惯量支撑能力模型h'gfm包括内部新能源的惯量模型hr和直流链路电容器的惯量模型hc，所述新能源的惯量模型hr如下：

15、

16、hr为可再生能源r的惯量常数，dr％为可再生能源r的减载率，为可再生能源r的出力预测值；

17、所述直流链路电容器的惯量模型hc如下：

18、

19、cf为直流链路电容器的电容，u'dc为实际直流母线电压，kfv为直流母线电压的下垂控制系数，f0为系统额定频率。

20、优选的，所述储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的联合调控策略中具体为结合所述新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的调控策略，构建储能辅助新能源联合调控模型，所述储能辅助新能源联合调控模型为：

21、

22、其中，pi'为构网型变流器内部资源i的实际输出功率，pi为构网型变流器内部资源i的参考输出功率，hi为构网型变流器内部资源i的惯量，f0为系统额定频率，ωres为构网型变流器内部的可再生能源集合，ωess为构网型变流器内部的储能集合，f为系统实时频率，t为时间。

23、优选的，所述储能辅助的新能源提供惯量支撑能力模型hgfm包括所述通过构网型变流器控制的新能源提供惯量支撑能力模型h'gfm和储能的惯量支撑能力模型hs，所述储能的惯量支撑能力模型hs如下：

24、

25、为储能s的最大瞬时输出功率，ps为储能s的日前计划出力，正数表示放电，负数表示充电，f0为系统的额定频率，rocofmax为系统允许的最大频率变化率；

26、储能辅助的新能源提供惯量支撑能力模型hgfm具体如下：

27、

28、

29、其中，hr为可再生能源r的惯量，hc为直流链路电容器c的惯量，hs为储能s的惯量，pgfm和qgfm为构网型变流器输出的有功功率和无功功率，rocofmax为系统允许的最大频率变化率，f0为系统的额定频率，为构网型变流器的容量限制。

30、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法。

31、一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行如上所述的储能辅助新能源通过变流器提供惯量支撑的稳态建模方法

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、本发明可以实现对储能辅助新能源通过构网型变流器提供惯量支撑的频率动态行为进行稳态建模，更为精确地刻画储能辅助的新能源提供惯量支撑能力，使其能嵌入日前调度。