一种用于抑制频率扰动下电网振荡的光伏储能控制系统的制作方法

1.本发明属于光伏储能发电领域，更具体地，涉及一种用于抑制频率扰动下电网振荡的光伏储能控制系统。


背景技术：

2.电力系统低频振荡是一种由发电机转子间的相对摇摆导致某些电气量发生近似等幅或增幅的低频率振荡现象，其频率范围一般在0.1-2.5hz。存在的低频振荡问题对电力系统安全稳定性影响很大，直接或间接的给人们日常生活和生产带来不便，因此成为众多学者研究的热点问题之一。按照参与振荡机组的不同，可以将低频振荡分为本地振荡和区间振荡：本地振荡是指发生于同一区域或同一电厂内的发电机之间的振荡，由于参与振荡的同步发电机数量少，相应的振荡频率较高，一般为0.7hz以上；区间振荡是指两个区域间机群的振荡，振荡功率通过联络线向整个系统传播，由于参与机组较多，区间振荡的频率较低，一般为0.1-0.7hz。相对来说，区间振荡的危害性更大。
3.目前抑制电力系统低频振荡最常用的方法就是在励磁系统中加装电力系统稳定器，电力系统稳定器虽然对抑制低频振荡效果不错，但还存在一些局限性，例如电力系统稳定器的参数设计需要相互配合协调并与系统的振荡模式相适应，才能起到有效抑制低频振荡的作用，如果发生较高频率的本地振荡或者发生包含较多机组的区间振荡时，则少量的电力系统稳定器是不能够起到抑制振荡的作用，相反还会导致系统运行环境恶化。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于抑制频率扰动下电网振荡的光伏储能控制系统，其目的在于抑制电力系统在0.1～2.5hz频率段的低频振荡，以提升系统阻尼，提高电力系统运行的稳定性。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种用于抑制频率扰动下电网振荡的光伏储能控制系统，包括：光伏/储能阻尼控制器、控制系统和光伏并网控制器；
6.其中，光伏/储能阻尼控制器包括光伏半波阻尼控制器、储能全波阻尼控制器和工作模式选择器；控制系统包括光伏有功控制器、储能有功控制器和驱动信号发生器；
7.光伏半波阻尼控制器用于根据采集的电网频率，得到光伏有功功率的补偿信号；
8.储能全波阻尼控制器用于根据采集的电网频率，得到储能有功功率的补偿信号；
9.工作模式选择器接收光伏有功功率的补偿信号和储能有功功率的补偿信号并相应地选择对应的工作模式，输出最终补偿信号；
10.光伏有功控制器，通过采集光伏电站功率信号，并结合光伏/储能阻尼控制器输出的光伏有功功率补偿信号，通过功率解耦控制和比例-积分(pi)控制产生相应的光伏有功控制器调制信号；
11.储能有功控制器，通过采集储能系统功率信号，并结合光伏/储能阻尼控制器输出的储能有功功率补偿信号，通过功率解耦控制和比例-积分(pi)控制产生相应的储能有功
控制器调制信号；
12.驱动信号生成器，用于接收光伏有功控制器和储能有功控制器输出的调制信号，通过pwm控制得到pwm驱动信号，并将pwm驱动信号输送至相应的并网逆变器；
13.光伏并网控制器，用于控制并网电流的波形、频率和功率，使光伏电站向公共电网输送的功率是其工作的最大功率。
14.进一步地，光伏半波阻尼控制器包括死区判断器、比例调节器、高通滤波器、相位补偿调节器和限幅器；
15.死区判断器，对电网频率进行判断后输出特定时段对应的电网频率；
16.比例调节器，用于实时采集特定时段对应的电网频率，并基于采集值通过计算放大得出调理信号；
17.高通滤波器，用于检测出调理信号中的低频振荡的频率信号；
18.相位补偿调节器，用于将低频振荡的频率信号相位进行调节和处理得到初始光伏有功功率补偿信号；
19.限幅器，用于对初始光伏有功功率补偿信号进行限幅后输出光伏有功功率补偿信号。
20.进一步地，光伏有功功率的补偿信号p1为:
21.或
22.f为系统频率，δf为系统频率变化，k1为比例放大器参数，k2、k3为高通滤波器参数，s是微算子，fn表示额定电网频率50hz。
23.进一步地，光伏有功功率补偿信号大于0，且小于光伏自身容量的10％。
24.进一步地，储能全波阻尼控制器包括死区判断器、比例调节器、高通滤波、相位补偿调节器和限幅器；
25.死区判断器，用于对电网频率f进行判断后输出特定时段对应的电网频率；
26.比例调节器，用于实时采集特定时段对应的电网频率，并基于采集值通过计算放大得出调理信号；
27.高通滤波器，用于检测调理信号中的低频振荡的频率信号；
28.相位补偿调节器，用于将低频振荡的频率信号相位进行调节和处理得到初始储能有功功率补偿信号；
29.限幅器，用于对初始储能有功功率补偿信号进行限幅后输出储能有功功率补偿信号。
30.进一步地，储能有功功率的补偿信号p2为:
31.或
32.其中，f为系统频率，δf为系统频率变化，k4为比例放大器参数，k5、k6为高通滤波器参数，s是微算子，fn表示额定电网频率50hz。
33.进一步地，储能有功功率补偿信号在储能容量的
±
10％以内。
34.进一步地，工作模式选择器接收光伏有功功率的补偿信号和储能有功功率的补偿信号，根据系统需求输出四种工作模式；模式1：当光伏有功功率的补偿信号和储能有功功
率的补偿信号均为0，不加任何阻尼控制器；模式2：当储能有功功率的补偿信号为0，附加光伏半波阻尼控制器，光伏有功功率的补偿信号按实际输出；模式3：当光伏有功功率的补偿信号为0，附加储能全波阻尼控制器，储能有功功率的补偿信号按实际输出；模式4：当光伏有功功率的补偿信号和储能有功功率的补偿信号均大于0，附加光伏半波阻尼控制器和储能全波阻尼控制器，光伏有功功率的补偿信号和储能有功功率的补偿信号均按实际输出。
35.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
36.本发明提出一种光伏储能控制系统，利用光伏/储能的有功调制能力，通过实时监测系统频率变化来改变自身输出，增大电力系统的阻尼比，在实际应用中，光伏系统出力受环境光照的影响较大，无光照时可依靠储能系统改变出力来参与抑制频率振荡。储能系统的体积较小，对安装地点、环境没有太高的要求，且不受振荡模式的影响，并且在储能电池荷电状态处于20％～80％间电压波动较小，因此系统的抗干扰性强，能够快速出力，有效抑制系统低频振荡，提高电力系统的小干扰稳定性。
附图说明
37.图1是本发明具体实施方式中光伏/储能并网系统的拓扑结构图；
38.图2是本发明具体实施方式中光伏/储能并网系统的控制结构框图；
39.图3是本发明具体实施方式中阻尼控制器的结构框图；
40.图4是本发明具体实施方式中光伏半波阻尼控制器的结构框图；
41.图5是本发明具体实施方式中储能全波阻尼控制器的结构框图；
42.图6是本发明具体实施方式中工作模式选择器的结构框图。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
44.图1是光伏储能并网系统结构图，由光伏电池板1、dc/dc变换器2、光伏并网型控制器3、电网7、光伏/储能阻尼控制器8、控制系统9、储能电池10、储能并网逆变器11和滤波电感4、12，线路阻抗5、6、13组成。dc/dc变换器2控制光伏电站最大功率点跟踪，光伏并网控制器3控制并网电流的波形、频率和功率，使光伏电站向公共电网输送的功率是其工作的最大功率。储能电池10输出的是直流电压，经储能并网逆变器11后转换为交流电并网。光伏/储能阻尼控制器8接受电网频率f，输出有功功率补偿信号给控制系统，使得光储系统能够抑制电网低频振荡。控制系统9接受光伏/储能的有功功率，结合光伏/储能阻尼控制器输出的有功补偿信号，输出驱动信号驱动光伏并网控制器3和储能并网逆变器11工作。
45.如图2所示，可得光伏/储能阻尼控制器8和控制系统9的连接关系，控制系统9包括光伏有功控制器92、储能有功控制器93和驱动信号发生器94。
46.光伏/储能阻尼控制器8接受电网频率f，输出光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1给控制系统9，使得光储系统能够抑制电网低频振荡。
47.在光伏有功控制器92中，通过采集光伏电站功率信号92.1，并结合光伏/储能阻尼控制器输出的光伏有功功率的补偿信号81.1，通过功率解耦控制得到输出d轴电流参考信号i
d1
，根据此电流参考信号i
d1
，通过比例-积分(pi)控制确定光伏有功控制器调制信号92.2，并将光伏有功控制器调制信号92.2输送至驱动信号生成器94。
48.在储能有功控制器93中，通过采集储能有功功率信号93.1，并结合光伏/储能阻尼控制器输出的储能有功功率的补偿信号82.1，通过功率解耦控制得到输出d轴电流参考信号i
d2
，根据此电流参考信号i
d2
，通过比例-积分(pi)控制确定储能有功控制器调制信号93.2，并将储能有功控制器调制信号93.2输送至驱动信号生成器94。
49.随后驱动信号生成器94接收光伏/储能有功控制器调制信号92.2和93.2，得到驱动信号901和902，并将驱动信号901输送至光伏并网型控制器3，将驱动信号902输送至储能并网型逆变器11。
50.如图3所示，所述的光伏/储能阻尼控制器8包括光伏半波阻尼控制器81、储能全波阻尼控制器82和工作模式选择器83。
51.所述的光伏半波阻尼控制器81用于采集电网频率f，经过一个比例调节器、高通滤波器和相位补偿调节器，计算得到的光伏有功功率的补偿信号p1为:
[0052][0053]
其中，f为系统频率，δf系统频率变化，k1比例放大器参数，k2、k3为高通滤波器参数，s是微算子，基于此补偿信号p1，形成光伏有功功率的补偿信号81.1，同时将光伏有功功率的补偿信号81.1输送至工作模式选择器83。
[0054]
所述的储能全波阻尼控制器82用于采集电网频率f，经过一个比例调节器、高通滤波器和相位补偿调节器，计算得到的储能有功功率的补偿信号p2为:
[0055][0056]
其中，f为系统频率，δf系统频率变化，k4比例放大器参数，k5、k6为高通滤波器参数，s是微算子，基于此补偿信号p2，形成储能有功功率的补偿信号82.1，同时将储能有功功率的补偿信号82.1输送至工作模式选择器83。
[0057]
所述的工作模式选择器83接收光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1并相应地选择对应的工作模式，将光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1处理后分别输送至光伏有功控制器92和储能有功控制器93。
[0058]
如图4所示，所述的光伏半波阻尼控制器81包括死区判断器810、比例调节器811、高通滤波器812、相位补偿调节器813和限幅器814。
[0059]
所述的电网频率f经死区判断器810判断后输出特定时段对应地电网频率810.1，所述的比例调节器811用于实时采集电网频率810.1，并基于采集值通过计算放大得出调理信号811.1，然后将其输出至高通滤波器812；高通滤波器812用于接收调理信号811.1，并检测出其中的低频振荡的频率信号812.1，然后将此频率信号812.1输出至相位补偿调节器813；相位补偿调节器813用于接收低频振荡的频率信号812.1，并将其相位进行调节和处理得到初始光伏有功功率补偿信号813.1，然后将其输送至限幅器814；限幅器814接受初始光伏有功功率补偿信号813.1，经限幅后输出光伏有功功率补偿信号81.1；
[0060]
所述高通滤波器812用于隔离直流环节，使得补偿控制仅在动态过程中起作用，滤波时间常数选取需保证直流及超低频频段信号的衰减足够，且不影响低频振荡频段信号，滤波时间常数的取值范围为0.5～1s；所述相位补偿器813用于调制整个阻尼控制环节在低频振荡频率处的相移，以保证阻尼控制环节提供正的阻尼作用。所述限幅器814用于限制光伏有功功率补偿信号81.1大于0，且小于光伏自身容量的10％。
[0061]
如图5所示，所述储能全波阻尼控制器82包括死区判断器820、比例调节器821、高通滤波器822、相位补偿调节器823和限幅器824。
[0062]
死区判断器用于采集电网频率，并判断电网频率否在死区外；若判断为否则不启动阻尼控制器，若判断为是则将输入的电网频率输出至比例调节器；电网频率f经死区判断器判断后输出特定时段对应电网频率，死区范围为
±
0.05hz，即电网频率波动大于0.05hz，死区的优点是：避免控制器频繁动作，当电网频率变化的不大时可以不启动，变化较大时启动
[0063]
所述的电网频率f经死区判断器820判断后输出特定时段对应的电网频率820.1，所述的比例调节器821用于实时采集电网频率820.1，并基于采集值通过计算放大得出调理信号821.1，然后将其输出至高通滤波器822；高通滤波器用于接收调理信号821.1，并检测出其中的低频振荡的频率信号822.1，并将此频率信号822.1输出至相位补偿调节器823；相位补偿调节器823用于接收低频振荡的频率信号822.1，并将其相位进行调节和处理得到初始储能有功功率补偿信号823.1，然后将其输送至限幅器824；限幅器824接受初始储能有功功率补偿信号823.1，经限幅后输出储能有功功率补偿信号82.1。
[0064]
所述高通滤波器822用于隔离直流环节，使得补偿控制仅在动态过程中起作用，滤波时间常数选取需保证直流及超低频频段信号的衰减足够，且不影响低频振荡频段信号，滤波时间常数的取值范围为0.5～1s；所述相位补偿器823用于调制整个阻尼控制环节在低频振荡频率处的相移，以保证阻尼控制环节提供正的阻尼作用。所述限幅器824用于限制储能有功功率补偿信号82.1在储能容量的
±
10％以内。
[0065]
如图6所示，所述的工作模式选择器83接收光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1，根据系统需求输出四种工作模式，模式1：当光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1均为0，不加任何阻尼控制器；模式2：当储能有功功率的补偿信号82.1为0，附加光伏半波阻尼控制器，光伏有功功率的补偿信号81.1按实际输出；模式3：光伏有功功率的补偿信号81.1为0，附加储能全波阻尼控制器，储能有功功率的补偿信号82.1按实际输出；模式4：光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1均大于0，附加光伏半波阻尼控制器和储能全波阻尼控制器，光伏有功功率的补偿信号81.1和储能有功功率的补偿信号82.1均按实际输出。
[0066]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。