储能电压型换流器的下垂控制方法及系统与流程

1.本技术涉及换流器控制领域，尤其涉及储能电压型换流器的下垂控制方法及系统。


背景技术：

2.作为能源变革关键技术之一的储能技术，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。为了实现储能系统友好型并网，为电网提供稳定电压、频率支撑，需要开展储能换流器控制策略研究。
3.目前在储能换流器控制领域，大多采用双闭环控制、无差拍控制来实现电压、频率动态响应。但常规控制策略无法维持分布式电源高渗透率下非同步储能换流器控制系统稳定。传统储能换流器无功电流-电压控制中，下垂系数n为定值，储能换流器输出电压有效值与无功电流调节量成线性关系，当网侧因为大负荷投切出现功率缺口或者负荷波动时，储能换流器没有做出及时响应，会造成储能换流器输出电压暂态波动，一些对电压稳定性敏感的设备会因此停行，导致电网不能够稳定的运行。


技术实现要素：

4.本技术提供储能电压型换流器的下垂控制方法及系统，以至少解决电网不能够稳定的运行的技术问题。
5.本技术第一方面实施例提出一种储能电压型换流器的下垂控制方法，所述方法包括：获取储能电压型换流器输出的有功电流值、无功电流值、额定有功电流值、额定无功电流值、电压有效值变化率；根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；基于所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值和无功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。
6.优选的，所述根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值，包括：根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定有功电流差值；根据所述有功电流差值，并采用定有功下垂系数m控制方法确定所述储能电压型换流器的输出角频率，然后基于所述角频率确定所述储能电压型换流器的功角；基于所述功角确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值。
7.进一步的，所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值的计算式如下：
式中，为储能电压型换流器的有功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为储能电压型换流器的功角。
8.优选的，所述根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值，包括：根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值及额定无功电流值确定无功电流差值；根据所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率选择下垂控制系数；基于所述无功电流差值和选择的所述下垂控制系数确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值。
9.进一步的，所述根据所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率选择下垂控制系数，包括：当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率大于等于预设的电压变化率阈值时，选择自适应无功电流下垂系数；当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率小于预设的电压变化率阈值时，选择定无功下垂系数。
10.进一步的，所述自适应无功电流下垂系数的计算式如下：式中，为自适应无功电流下垂系数，为定无功下垂系数，为储能电压型换流器输出的电压有效值变化率,e为储能电压型换流器输出的电压有效值，，为第一电压调节系数，，为最小自适应惯性下垂系数，为储能电压型换流器输出的电压有效值变化率最大值，为第二电压调节系数，为无功电流最大调节量对应的储能电压型换流器输出电压有效值，为无功电流最大调节量。
11.进一步的，所述储能电压型换流器输出的电压有效值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器输出额定电压，为定无功下垂系数，为无功电流差值，为预设的电压变化率阈值。
12.进一步的，所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值的计算式如下：
式中，为储能电压型换流器的无功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为电网输电线路阻抗角。
13.本技术第二方面实施例提出一种储能电压型换流器的下垂控制系统，所述系统包括：获取模块，用于获取储能电压型换流器输出的有功电流值、无功电流值、额定有功电流值、额定无功电流值、电压有效值变化率；第一确定模块，用于根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；第二确定模块，用于根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；控制模块，用于基于所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值和无功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。
14.本技术第三方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的方法。
15.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本技术提出了储能电压型换流器的下垂控制方法及系统，所述方法包括：获取储能电压型换流器输出的电流值、额定电流值、电压有效值变化率；根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。本技术提出的技术方案，基于储能电压型换流器的有功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率及电压进行控制，可以为电网提供稳定的电压及频率支撑，进而保障了电网的稳定运行。
16.本技术附加的方面以及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，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.本技术上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本技术一个实施例提供的一种储能电压型换流器的下垂控制方法的流程图；图2为根据本技术一个实施例提供的有功电流-频率下垂控制及无功电流-电压下垂控制的示意图；图3为根据本技术一个实施例提供的一种储能电压型换流器的下垂控制系统的结构图；图4为根据本技术一个实施例提供的第一确定模块的结构图；
图5为根据本技术一个实施例提供的第二确定模块的结构图。
具体实施方式
18.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
19.本技术提出的储能电压型换流器的下垂控制方法及系统，所述方法包括：获取储能电压型换流器输出的电流值、额定电流值、电压有效值变化率；根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。本技术提出的技术方案，基于储能电压型换流器的有功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率及电压进行控制，可以为电网提供稳定的电压及频率支撑，进而保障了电网的稳定运行。
20.下面参考附图描述本技术实施例的储能电压型换流器的下垂控制方法及系统。
21.实施例一图1为根据本技术一个实施例提供的一种储能电压型换流器的下垂控制方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：步骤1：获取储能电压型换流器输出的有功电流值、无功电流值、额定有功电流值、额定无功电流值、电压有效值变化率；步骤2：根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；在本公开实施例中，所述步骤2具体包括：步骤2-1：根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定有功电流差值；其中，所述有功电流差值的计算式如下：式中，为有功电流差值，为储能电压型换流器输出的有功电流值，为储能电压型换流器的额定有功电流值。
22.步骤2-2：根据所述有功电流差值，并采用定有功下垂系数m控制方法确定所述储能电压型换流器的输出角频率，然后基于所述角频率确定所述储能电压型换流器的功角；其中，所述储能电压型换流器的输出角频率的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的输出角频率，为额度角频率，为定有功下垂系数。
23.所述储能电压型换流器的功角的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的功角。
24.步骤2-3：基于所述功角确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值。
25.其中，所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的有功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为储能电压型换流器的功角。
26.步骤3：根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：步骤3-1：根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值及额定无功电流值确定无功电流差值；步骤3-2：根据所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率选择下垂控制系数；其中，当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率大于等于预设的电压变化率阈值时，选择自适应无功电流下垂系数；当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率小于预设的电压变化率阈值时，选择定无功下垂系数。
27.进一步的，所述自适应无功电流下垂系数的计算式如下：式中，为自适应无功电流下垂系数，为定无功下垂系数，为储能电压型换流器输出的电压有效值变化率,e为储能电压型换流器输出的电压有效值，，为第一电压调节系数，，为最小自适应惯性下垂系数，为储能电压型换流器输出的电压有效值变化率最大值，为第二电压调节系数，为无功电流最大调节量对应的储能电压型换流器输出电压有效值，为无功电流最大调节量。
28.所述储能电压型换流器输出的电压有效值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器输出额定电压，为定无功下垂系数，为无功电流差值，为预设的电压变化率阈值。
29.需要说明的是，自适应无功电流下垂系数随着电压有效值的变化率增大而减小，可以有效抑制电压过大变化，同时可以根据储能电压型换流器性能，选择不同电压调节系
数k1、k2，增强储能电压型换流器对系统的惯性支撑作用，即当有电压暂态波动时根据电压调节量自适应调节自适应无功电流下垂系数，提高对电压暂态波动的抑制能力，增加惯性支撑。
30.步骤3-3：基于所述无功电流差值和选择的所述下垂控制系数确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值。
31.其中，所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的无功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为电网输电线路阻抗角。
32.步骤4：基于所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值和无功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。
33.需要说明的是，采用有功电流-频率下垂控制，实现对储能电压型换流器输出频率的控制，采用无功电流-电压下垂控制，实现对储能电压型换流器输出电压的控制。
34.结合图2中的有功电流-频率下垂控制及无功电流-电压下垂控制对上述控制方法进行说明：如图2所示，所述有功电流偏差计算环节1-1，计算储能电压型换流器额定有功电流i
d0
与储能电压型换流器输出有功电流id之间差值即有功电流差值，可表示为：；所述有功电流下垂控制环节1-2，采用定有功下垂系数m控制方法，输出角频率可表示为：；所述功角计算环节1-3，可以通过控制功角进行调节有功电流，功角相位控制可以通过调节角频率实现，功角可表示为：；当输电线路线路阻抗为感性时，所述有功电流输出计算环节1-4输出有功电流可表示为：，然后将所述有功电流值发送到有功电流偏差计算环节1-1进行有功电流-频率下垂控制，实现对储能电压型换流器输出频率的控制。
35.如图2所示所述有无功电流偏差计算环节2-1，计算储能电压型换流器额定无功电流与储能电压型换流器输出无功电流之间差值即无功电流差值，可表示为：；所述无功电流下垂系数选择环节2-2，根据电压波动进行下垂系数选择，当储能电压型换流器输出电压有效值的变化率时，选择所述无功电流定下垂信号生成环
节2-3，当储能电压型换流器输出电压有效值的变化率时，选择所述自适应无功电流下垂信号生成环节2-4；所述无功电流定下垂信号生成环节2-3采用定无功下垂系数n控制方法，输出无功电流定下垂信号表示为：。
36.所述自适应无功电流下垂信号生成环节2-4，自适应无功电流下垂系数可表示为：，其中：为第一电压调节系数，为第二电压调节系数，根据储能电压型换流器额定容量及最大允许电压偏差设定，第一电压调节系数k1可表示为：，其中：为最小自适应惯性下垂系数，决定于储能电压型换流器极限无功功率，可表示为：，其中：自适应无功电流下垂系数随着电压有效值的变化率增大而减小，有效抑制电压过大变化，同时根据储能电压型换流器性能，选择不同电压调节系数，增强储能电压型换流器对系统的惯性支撑作用，其中，图中s为在下垂控制中的微分算子。
37.所述无功电流下垂控制环节2-5输出储能电压型换流器输出的电压有效值e可表示为：；当输电线路线路阻抗为感性时，所述无功电流输出计算环节2-6输出无功电流可表示为：，然后将所述有功电流值发送到有无功电流偏差计算环节2-1进行无功电流-电压下垂控制，实现对储能电压型换流器输出电压的控制。
38.综上所述，本实施例提出的一种储能电压型换流器的下垂控制方法，采用有功电流-频率下垂控制单元，实现对储能电压型换流器输出频率的控制，通过采用无功电流-电压下垂控制单元，实现对储能电压型换流器输出电压的控制，而且当有电压暂态波动时可以根据电压调节量自适应调节自适应无功电流下垂系数，提高对电压暂态波动的抑制能力，为系统增加惯性支撑，同时本发明提供的技术方案根据储能电压型换流器性能选择不同电压调节系数，增强储能换流器对系统的惯性支撑作用，保证了电网的稳定运行。
39.实施例二图3为根据本技术一个实施例提供的一种储能电压型换流器的下垂控制系统的结构图，如图3所示，所述系统包括：获取模块100，用于获取储能电压型换流器输出的有功电流值、无功电流值、额定有功电流值、额定无功电流值、电压有效值变化率；第一确定模块200，用于根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值；
第二确定模块300，用于根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值、额定无功电流值及电压有效值变化率确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值；控制模块400，用于基于所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值和无功电流输出参考值对所述储能电压型换流器输出的频率和电压进行控制。
40.在本公开实施例中，如图4所示，所述第一确定模块200，包括：第一确定单元201，用于根据所述储能电压型换流器输出的有功电流值及额定有功电流值确定有功电流差值；第二确定单元202，用于根据所述有功电流差值，并采用定有功下垂系数m控制方法确定所述储能电压型换流器的输出角频率，然后基于所述角频率确定所述储能电压型换流器的功角；第三确定单元203，用于基于所述功角确定所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值。
41.进一步的，所述储能电压型换流器的有功电流输出参考值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的有功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为储能电压型换流器的功角。
42.在本公开实施例中，如图5所示，所述第二确定模块300，包括：第四确定单元301，用于根据所述储能电压型换流器输出的无功电流值及额定无功电流值确定无功电流差值；选择单元302，用于根据所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率选择下垂控制系数；第五确定单元303，用于基于所述无功电流差值和选择的所述下垂控制系数确定所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值。
43.进一步的，所述选择单元302具体用于：当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率大于等于预设的电压变化率阈值时，选择自适应无功电流下垂系数；当所述储能电压型换流器输出的电压有效值变化率小于预设的电压变化率阈值时，选择定无功下垂系数。
44.进一步的，所述自适应无功电流下垂系数的计算式如下：式中，为自适应无功电流下垂系数，为定无功下垂系数，为储能电压型换流器输出的电压有效值变化率,e为储能电压型换流器输出的电压有效值，，为第一电压调节系数，，为最小自适应惯性下垂系数，为储能
电压型换流器输出的电压有效值变化率最大值，为第二电压调节系数，为无功电流最大调节量对应的储能电压型换流器输出电压有效值，为无功电流最大调节量。
45.进一步的，所述储能电压型换流器输出的电压有效值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器输出额定电压，为定无功下垂系数，为无功电流差值，为预设的电压变化率阈值。
46.进一步的，所述储能电压型换流器的无功电流输出参考值的计算式如下：式中，为储能电压型换流器的无功电流输出参考值，为电网输电线路母线电压，为电网输电线路阻抗模，为电网输电线路阻抗角。
47.综上所述，本实施例提出的本一种储能电压型换流器的下垂控制系统，可以为电网提供稳定的电压及频率支撑，进而保障了电网的稳定运行。
48.实施例三为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法。
49.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
50.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
51.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。