一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法与流程

本发明涉及微电网，具体涉及一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法。

背景技术：

1、可再生能源发电大量接入电网系统，导致微电网的惯性和阻尼显著降低，从而使电力系统的频率控制更具挑战性。由于缺乏转动惯量和阻尼会导致更快的动态和更大的频率偏差。为了减轻潜在的稳定性问题并提高低惯量系统的弹性，需要快速频率控制等新的辅助服务。传统控制策略利用了下垂特性用于调节变换器的有功和无功功率输出。然而，大多数提出的控制策略仅关注储能变换器的交流侧，忽略了过程中的直流母线动态，并做出简化假设，即直流侧电储能单元可提供无限量的功率和能量。指定恒定的下垂增益可以在小频率偏差下实现控制目标。

2、传统上，主频率控制与系统的转动惯量一起足以控制紧急情况下的频率偏移。然而，随着系统惯量和频率动态时间常数的减小主控制响应时间无法满足在扰动发生后立即将频率保持在限制范围内的要求。这就提出了对在更短时间尺度上运行的控制方案的需求；理想情况下，可以通过将储能单元连接到电网的变流器的快速有源电力传输来实现。目前主要采用集中式控制方法其控制器在微电网中心控制器中执行，通过低带宽通讯网络进行数据交换，然后执行相应的频率恢复控制。集中式控制最大缺陷就是如果微电网中心控制器出现故障，系统将无法完成频率控制功能，因此可靠性较低。

技术实现思路

1、本发明针对传统频率控制，响应速度慢，受通信延迟与干扰影响大的缺点，通过引入状态扩张观测器提出一种新的快速频率控制方法，具体技术方案如下：

2、一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法，包括如下过程：

3、步骤1：采集储能变流器输出数据，通过通信网络在各个储能变流器之间进行数据交换；

4、步骤2：判断各个储能变流器间频率是否一致，一致转步骤8，否则转步骤3；

5、步骤3：通过一致性算法得到所需的功率交换值；

6、步骤4：将功率交换值与功率给定值通过扩张状态观测器得到控制信号；

7、步骤5：将输出控制信号通过下垂控制的有功功率控制部分，调节输出相位角；

8、步骤6：将输出电压相位角和电压幅值，通过电压电流双闭环控制对变流器进行控制；

9、步骤7：实现对于变流器输出频率的控制；然后返回步骤1；

10、步骤8：控制方法不激活；然后返回步骤1。

11、优选地，所述步骤3的功率交换值通过如下方法得到，

12、

13、其中，pi为本地输出有功功率值，pj为相邻的变流器的输出有功功率值，aij权重系数。

14、优选地，所述步骤4通过本地获取储能变流器的实时功率值，通过扩张状态观测器实施跟踪，其中，x1＝pi*和u0＝δpi为扩张状态观测器的输入信号，x2为扩张状态变量，k1和k2是状态观测器控制增益，采用扩张状态观测器可以实现对功率偏差值的实时跟踪；其设计如下：

15、

16、优选地，所述步骤5用控制信号ui调节有功功率控制环节，其中，功率控制环节采用下垂控制策略产生电压幅值vi和相位ωi，给到电压电流双闭环控制，实现频率的调节；下垂控制如下式所示：

17、

18、其中，pi*、是给定的有功、无功参考值；kp、kq分别为有功、无功支路下垂系数，分别为角频率、电压幅值的额定值。

19、本发明作为一种用于微电网快速调频的控制方法，本发明通过引入状态扩张观测器，通过引入基于状态观测器的监控层来提高低惯量系统的频率响应速度，旨在发电机断电和负载突然变化时做出反应并稳定系统，简化了控制结构；同时，控制方法仅需与相邻的控制器交换功率控制变量，减少了控制所需的数据交换数量，并且不需要提高通信的频率，减轻了通信负担；可以有效地提高系统应对通信延迟以及抗干扰的能力。

技术特征：

1.一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法，其特征在于，包括如下过程：

2.根据权利要求1所述一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法，其特征在于，所述步骤3的功率交换值通过如下方法得到，

3.根据权利要求1所述一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法，其特征在于，所述步骤4通过本地获取储能变流器的实时功率值，通过扩张状态观测器实时跟踪，其中，x1＝pi*和u0＝δpi为扩张状态观测器的输入信号，x2为扩张状态变量，k1和k2是状态观测器控制增益，采用扩张状态观测器可以实现对功率偏差值的实时跟踪；其设计如下：

4.根据权利要求1所述一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法，其特征在于，所述步骤5用控制信号ui调节有功功率控制环节，其中，功率控制环节采用下垂控制策略产生电压幅值vi和相位ωi，给到电压电流双闭环控制，实现频率的调节；下垂控制如下式所示：

技术总结
本发明涉及微电网技术领域，具体涉及一种适用于微电网的构网型储能变流器快速频率控制方法。方法包括如下过程：采集储能变流器输出数据，通过通信网络在各个储能变流器之间进行数据交换；判断各个储能变流器间频率是否一致；通过一致性算法得到所需的功率交换值；将功率交换值与功率给定值通过扩张状态观测器得到控制信号；将输出控制信号通过下垂控制的有功功率控制部分，调节输出相位角；将输出电压相位角和电压幅值，通过电压电流双闭环控制对变流器进行控制；实现对于变流器输出频率的控制；本发明简化了控制结构；减轻了通信负担；可以有效地提高系统应对通信延迟以及抗干扰的能力。

技术研发人员：李明,亚夏尔·吐尔洪,郑云平,焦春雷,张伟骏,张龙,宋朋飞,亢朋朋,甫日甫才仁,李智诚,宗思佳,马建功,克帕依吐·吐尔逊,苏麦雅·艾克帕尔,赵清华
受保护的技术使用者：国网新疆电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27