本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法及系統(tǒng)，包括：構(gòu)建基于下垂控制的虛擬同步機，計算得到交流微電網(wǎng)負載擾動量ΔP<subgt;ac</subgt;與頻率變化量Δf的關(guān)系，即所述虛擬同步機的等效慣量模型；建立與所述等效慣量模型響應(yīng)一致的混合儲能系統(tǒng)，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)；所述混合儲能系統(tǒng)通過BIC的控制環(huán)路調(diào)節(jié)，實現(xiàn)并入交流微電網(wǎng)，完成混合儲能系統(tǒng)的與交流微電網(wǎng)的互聯(lián)互通。本發(fā)明專利技術(shù)通過對BIC的控制環(huán)路的設(shè)計，實現(xiàn)了混合儲能系統(tǒng)的與交流微電網(wǎng)的互聯(lián)互通，達到友好并網(wǎng)的目的，為混和儲能系統(tǒng)參與交流微電網(wǎng)的一次調(diào)頻提供了基礎(chǔ)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電氣工程，具體地，涉及一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法及系統(tǒng)，尤其涉及交流微電網(wǎng)中基于等效慣量模型的混合儲能系統(tǒng)的控制設(shè)計和分析。
技術(shù)介紹
1、大力發(fā)展可再生能源是改善我國能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源安全、實現(xiàn)“雙碳”目標的必然選擇?？稍偕茉吹拇笠?guī)模開發(fā)利用，可以有效減少對傳統(tǒng)化石能源和進口能源的依賴，降低環(huán)境污染和溫室氣體排放。然而，隨著光伏、風電等可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，由于可再生能源通常通過無慣性的快速響應(yīng)電源變換器與電網(wǎng)耦合，電網(wǎng)系統(tǒng)慣量大幅減小。當慣性不足時，負載的變化會使電網(wǎng)頻率產(chǎn)生超出閾值的波動，會導(dǎo)致計劃外的負載削減、級聯(lián)故障甚至電力系統(tǒng)停電等問題。
2、為了增加系統(tǒng)慣量，增強電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)能力，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，儲能系統(tǒng)調(diào)頻得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的儲能設(shè)備可分為能量型與功率型兩類。能量型設(shè)備如蓄電池儲能，其能量密度大，但瞬時響應(yīng)能力較弱，適合平滑系統(tǒng)低頻功率的波動，功率型設(shè)備如超級電容(supercapacitor,sc)儲能，其具有功率密度大的優(yōu)勢，因此適合響應(yīng)系統(tǒng)高頻功率，但其容量一般比蓄電池小，不適合過度充放。
3、混合儲能系統(tǒng)通過整合多種儲能單元，可以在一定程度上解決傳統(tǒng)儲能設(shè)備存在的問題，但仍需考慮與交流微電網(wǎng)之間的互聯(lián)互通。由于儲能系統(tǒng)的功率響應(yīng)一般與直流電壓相關(guān)，因此需要設(shè)計雙向功率變換器(bidirectionalinterlinkingconverter,bic)的控制環(huán)路來實現(xiàn)友好并網(wǎng)，發(fā)揮出混合儲能系統(tǒng)對交流微電網(wǎng)頻率的支撐作用。
4、文獻h.ali,"a?hybrid?energy?storage?system?based?on?supercapacitor?andelectric?vehicle?batteries?for?frequency?stability?improvement?of?islandedmicrogrids,"2022?23rd?international?middle?east?power?systems?conference(mepcon),cairo,egypt,2022,pp.1-6，公開了一種由超級電容器(sc)和電動汽車(ev)電池組成的混合儲能系統(tǒng)來增強孤島微電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性的策略。其中，采用sc具有高功率密度提供虛擬慣性特性，采用ev電池具有高能量密度提供虛擬阻尼特性，從而改善虛擬慣性。但是該文獻所設(shè)計的功率分配方式過于簡單，對并網(wǎng)后系統(tǒng)整體的慣量分析不友好。本文基于虛擬同步機的等效慣量模型設(shè)計了混合儲能系統(tǒng)的功率分配方式，迎合了電網(wǎng)中存在多種以虛擬同步機方式運行的復(fù)合式能源的特性，更方便并網(wǎng)和系統(tǒng)慣量分析。
5、文獻陳崇德.混合儲能參與光伏電站一次調(diào)頻研究[d].華北電力大學(北京),2024，公開了一種基于改進的自適應(yīng)噪聲完備集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的混合儲能參與光伏一次調(diào)頻容量優(yōu)化配置方法,通過將光伏一次調(diào)頻需求功率分解重構(gòu)為高頻和低頻分量,分別作為飛輪和鋰電池儲能的調(diào)頻指令，提升了光伏電站的頻率穩(wěn)定性。但是該文獻的計算方法復(fù)雜。而本文的混和儲能系統(tǒng)面向虛擬同步機的等效慣量進行建模，數(shù)學推導(dǎo)和傳遞函數(shù)更加簡單的同時，也有效地實現(xiàn)了對交流微電網(wǎng)頻率的快速支撐。
6、針對上述問題，本文基于虛擬同步機的等效慣量模型，提出一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法及系統(tǒng)，有助于增加交流微電網(wǎng)中的系統(tǒng)慣量，同時為混合儲能系統(tǒng)的控制提供全新的思路。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法及系統(tǒng)。
2、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，包括：
3、步驟s1：構(gòu)建基于下垂控制的虛擬同步機，計算得到交流微電網(wǎng)負載擾動量δpac與頻率變化量δf的關(guān)系，即所述虛擬同步機的等效慣量模型；
4、步驟s2：建立與所述等效慣量模型響應(yīng)一致的混合儲能系統(tǒng)，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)；
5、步驟s3：所述混合儲能系統(tǒng)通過bic的控制環(huán)路調(diào)節(jié)，實現(xiàn)并入交流微電網(wǎng)，完成混合儲能系統(tǒng)的與交流微電網(wǎng)的互聯(lián)互通。
6、優(yōu)選地，所述基于下垂控制的虛擬同步機是在下垂控制環(huán)路中增加了虛擬慣性環(huán)節(jié)；
7、所述交流微電網(wǎng)負載擾動量δpac與頻率變化量δf的關(guān)系如下所示：
8、
9、式中，rac表示頻率下垂系數(shù)；，h表示交流網(wǎng)慣性系數(shù)，d表示交流網(wǎng)負載阻尼常數(shù)。
10、優(yōu)選地，所述混合儲能系統(tǒng)包括sc和蓄電池兩個儲能單元。
11、優(yōu)選地，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)的方式包括：基于虛擬同步機的等效慣量模型，對兩個儲能單元進行合理的功率分配；
12、混和儲能系統(tǒng)的負載功率變化δpd時sc和蓄電池兩個儲能單元的在拉普拉斯域中功率分配的情況如下：
13、
14、式中，ph表示sc的輸出功率，pl表示蓄電池的輸出功率，s表示拉普拉斯算子，d表示等效阻尼因子，m和n表示儲能單元的特性參數(shù)；
15、根據(jù)上式，得到功率輸出δpd與直流電壓變化量δvds的關(guān)系，如下式：
16、
17、蓄電池和sc兩個儲能單元分別適用于低頻功率響應(yīng)和高頻功率響應(yīng)。
18、優(yōu)選地，步驟s3包括將直流電壓變化量標幺值和頻率變化量標幺值經(jīng)過一個比例積分控制器后提供了bic的功率參考值pref，如下所示：
19、
20、式中，δvds表示直流電壓變化量，vref為混合儲能系統(tǒng)直流電壓參考值，fref為交流微電網(wǎng)頻率參考值，kp表示比例積分控制器的比例系數(shù)，ki表示比例積分控制器的積分系數(shù)，s表示拉普拉斯算子。
21、然后，利用標幺化的混和儲能系統(tǒng)直流電壓和交流微電網(wǎng)頻率之間的差值提供功率參考。
22、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，包括：
23、模塊m1：構(gòu)建基于下垂控制的虛擬同步機，計算得到交流微電網(wǎng)負載擾動量δpac與頻率變化量δf的關(guān)系，即所述虛擬同步機的等效慣量模型；
24、模塊m2：建立與所述等效慣量模型響應(yīng)一致的混合儲能系統(tǒng)，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)；
25、模塊m3：所述混合儲能系統(tǒng)通過bic的控制環(huán)路調(diào)節(jié)，實現(xiàn)并入交流微電網(wǎng)，完成混合儲能系統(tǒng)的與交流微電網(wǎng)的互聯(lián)互通。
26、優(yōu)選地，所述基于下垂控制的虛擬同步機是在下垂控制環(huán)路中增加了虛擬慣性環(huán)節(jié)；
27、所述交流微電網(wǎng)負載擾動量δpac與頻率變化量δf的關(guān)系如下所示：
28、
29、式中，rac表示頻率下垂系數(shù)；，h表示交流網(wǎng)慣性系數(shù)，d表示交流網(wǎng)負載阻尼常數(shù)。
30、優(yōu)選地，所述混合儲能系統(tǒng)包括sc和蓄電池兩個儲能單元。
31、優(yōu)選地，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)本文檔來自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護點】
1.一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，所述基于下垂控制的虛擬同步機是在下垂控制環(huán)路中增加了虛擬慣性環(huán)節(jié)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，所述混合儲能系統(tǒng)包括SC和蓄電池兩個儲能單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)的方式包括：基于虛擬同步機的等效慣量模型，對兩個儲能單元進行合理的功率分配；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，步驟S3包括將直流電壓變化量標幺值和頻率變化量標幺值經(jīng)過一個比例積分控制器后提供了BIC的功率參考值Pref，如下所示：
6.一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于下垂控制的虛擬同步機是在下垂控制環(huán)路中增加了虛擬慣性環(huán)節(jié)；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述混合儲能系統(tǒng)包括SC和蓄電池兩個儲能單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)的方式包括：基于虛擬同步機的等效慣量模型，對兩個儲能單元進行合理的功率分配；
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，模塊M3包括將直流電壓變化量標幺值和頻率變化量標幺值經(jīng)過一個比例積分控制器后提供了BIC的功率參考值Pref，如下所示：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，所述基于下垂控制的虛擬同步機是在下垂控制環(huán)路中增加了虛擬慣性環(huán)節(jié)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，所述混合儲能系統(tǒng)包括sc和蓄電池兩個儲能單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，使混和儲能系統(tǒng)以虛擬同步機的方式入網(wǎng)的方式包括：基于虛擬同步機的等效慣量模型，對兩個儲能單元進行合理的功率分配；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合儲能系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)頻率控制方法，其特征在于，步驟s3包括將直流電壓變化量標幺值和頻率變化量標幺值經(jīng)過一個比例積分控制器后提供了bic的功率參考值pref，如下所示：
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林鵬峰，朱淼，陳書恒，孟慶祚，熊俊杰，萬子鏡，魏澤濤，簡婧，李睿，詹亮星，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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