一种增加黑启动供电恢复阶段储能系统鲁棒性方法与流程

1.本发明涉及一种增加黑启动供电恢复阶段储能系统鲁棒性方法，具体涉及一种在储能控制系统中采用频率、电压非线性补偿模块作为储能有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制的非线性补偿器，增加黑启动供电恢复阶段新能源储能
‑
火电并列运行时，新能源储能频率、电压稳定性的方法。


背景技术：

2.随着新能源发电渗透率不断提高，电力系统网架结构变的越加复杂，在新能源场站配套相应规模储能设备已经成为行业共识。大规模储能技术作为能源变革关键技术之一，因为可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种服务，近年来发展迅速。
[0003]“黑启动”作为电网应急响应辅助服务之一，可以协助停电区域快速恢复供电、减少经济损失。通过新能源场站储能设备启动输电线路对侧火电厂辅机设备，使火电机组恢复运行，逐步扩大电力系统恢复范围，最终实现整个电力系统的恢复。
[0004]
当新能源微网恢复供电，输电线路空充完毕，此时启动对侧火电厂辅机，新能源储能
‑
火电并列运行，扩大黑启动供电恢复面。不同与传统电机，储能逆变装置因为无惯性环节，在有功、无功调节过程中，常常存在频率、电压暂态波动，对整个系统稳定性带来不利影响，严重时将导致黑启动失败。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种增加黑启动供电恢复阶段储能系统鲁棒性方法，该方法在储能控制系统中采用频率、电压非线性补偿模块作为储能有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制的非线性补偿器，增加黑启动供电恢复阶段新能源储能
‑
火电并列运行时，新能源储能频率、电压稳定性。
[0006]
本发明采取如下技术方案来实现的：
[0007]
一种增加黑启动供电恢复阶段储能系统鲁棒性方法，包括以下步骤：
[0008]
1)建立新能源储能输出有功功率、无功功率表达式；
[0009]
2)根据储能输电系统实际运行过程中，输电线路阻抗呈阻性特性，将步骤1)得到的新能源储能输出有功功率、无功功率表达式进行化简；
[0010]
3)通过模拟同步发电机下垂外特性实现对储能逆变装置的控制，根据步骤2)新能源储能输出有功功率、无功功率化简表达式，得到有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程；
[0011]
4)为了增加黑启动供电恢复阶段储能下垂控制系统的鲁棒性，根据步骤3)有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程定义频率调节偏差和电压调节偏差；
[0012]
5)在步骤4)频率调节偏差和电压调节偏差中添加调节偏差积分项，得到偏差量实时调节补偿量；
[0013]
6)将步骤5)得到的偏差量实时调节补偿量与步骤3)有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程相结合，得到含有实时调节补偿量的有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程；
[0014]
7)采用步骤6)得到的含有实时调节补偿量的有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程作为储能换流器下垂控制方程，达到减少黑启动供电恢复阶段输电线路频率、电压暂态波动的目的。
[0015]
本发明进一步的改进在于，步骤1)建立新能源储能输出有功功率、无功功率表达式：其中：u0为储能系统输出电压；z＝r jx为输电线路阻抗；r为输电线路电阻；x为输电线路电抗；u
s
为微网交流母线电压；δ为功角。
[0016]
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据储能输电系统实际运行过程中，输电线路阻抗呈阻性，即r≈z，x≈0，r>>x，电压相角δ满足cosδ≈1，将步骤1)得到的新能源储能输出有功功率、无功功率表达式进行化简：
[0017]
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：通过模拟同步发电机下垂外特性实现对储能逆变装置的控制，根据步骤2)新能源储能输出有功功率、无功功率化简表达式，得到有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程：其中：ω是储能逆变装置输出电压频率；ω0是空载输出电压频率参考值；m是有功下垂系数；u是储能逆变装置输出电压幅值；u0是空载输出电压幅值参考值；n是无功下垂系数。
[0018]
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：为了增加黑启动供电恢复阶段储能下垂控制系统的鲁棒性，根据步骤3)有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程定义频率调节偏差和电压调节偏差：其中：δp为有功功率调节量；δq为无功功率调节量。
[0019]
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：在步骤4)频率调节偏差δω和电压调节偏差δu中添加调节偏差积分项，得到偏差量实时调节补偿量：其中：k
pω
、k
pu
分别为频率、电压偏差pi调节中的比例相；k
iω
、k
iu
分别为频率、电压偏差pi调节中的积分相；s为拉普拉斯因子。
[0020]
本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：将步骤5)得到的偏差量实时调节补偿量与步骤3)有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程相结合，得到含有实时调节补
偿量的有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程：
[0021]
本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：采用步骤6)得到的含有实时调节补偿量的有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制方程作为储能换流器下垂控制方程，达到减少黑启动供电恢复阶段输电线路频率、电压暂态波动的目的。
[0022]
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0023]
1.本发明提出一种频率、电压非线性补偿模块作为储能有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制的非线性补偿器，可以有效增加黑启动供电恢复阶段储能系统鲁棒性。
[0024]
2.本发明将频率调节偏差、电压调节偏差进行二次控制实现频率、电压的偏差修复，将偏差值反馈至下垂控制一次系统中，使储能逆变装置输出电压频率及幅值控制更加精确。
附图说明
[0025]
图1为储能输电系统化简电路图；
[0026]
图2为下垂特性示意图，其中图2(a)为有功
‑
频率下垂控制，图2(b)为无功
‑
电压下垂控制；
[0027]
图3为非线性补偿模块控制框图，其中图3(a)为频率控制环节，图3(b)为电压控制环节。
具体实施方式
[0028]
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0029]
u0∠δ为储能系统输出电压；z＝r jx为输电线路阻抗；u
s
∠0
°
为微网交流母线电压。
[0030]
储能输出有功、无功功率可表示为：
[0031][0032]
在储能输电系统实际运行过程中，因为输电线路阻抗呈阻性(r≈z，x≈0，r>>x)；电压相角δ很小则式(1)可简化为：
[0033][0034]
如图2所示，本发明在储能黑启动全过程中，通过模拟同步发电机下垂外特性实现对储能逆变装置的控制。有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制，下垂控制方程为：
[0035][0036]
式(3)中：ω是储能逆变装置输出电压频率；ω0是空载输出电压频率参考值；m是有功下垂系数；u是储能逆变装置输出电压幅值；u0是空载输出电压幅值参考值；n是无功下垂系数。
[0037]
如图3所示，当新能源微网恢复供电，输电线路空充完毕，此时启动对侧火电厂辅机，新能源储能
‑
火电并列运行，扩大黑启动供电恢复面。不同与传统电机，储能逆变装置因为无惯性环节，在有功、无功调节过程中，常常存在频率、电压暂态波动，对整个系统稳定性带来不利影响，严重时将导致黑启动失败。
[0038]
为了增加黑启动供电恢复阶段储能下垂控制系统的鲁棒性，采用频率、电压非线性补偿模块作为有功
‑
频率、无功
‑
电压下垂控制的非线性补偿器。为了得到其表达式，首先根据式(3)下垂控制方程定义频率调节偏差δω、电压调节偏差δu为：
[0039][0040]
式(4)中：δp为有功功率调节量；δq为无功功率调节量。为了使频率、电压调节偏差为0，在式(4)右侧添加δω、δu的比例积分项，根据偏差量实时调节补偿量，即：
[0041][0042]
式(5)中：k
pω
、k
pu
分别为频率、电压偏差pi调节中的比例相；k
iω
、k
iu
分别为频率、电压偏差pi调节中的积分相；s为拉普拉斯因子。
[0043]
将式(5)得到的非线性补偿器与式(3)下垂控制方程相结合，减少黑启动供电恢复阶段输电线路频率、电压暂态波动：
[0044][0045]
根据式(6)可知：将频率调节偏差δω、电压调节偏差δu进行二次控制实现频率、电压的偏差修复，将偏差值反馈至下垂控制一次系统中，使储能逆变装置输出电压频率及幅值控制更加精确。
[0046]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。