一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法及系统与流程

1.本公开涉及电力调频调峰技术领域，尤其涉及一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法及系统。


背景技术：

2.目前在电力系统中，储能技术在“源、网、荷、用”等领域均发挥巨大作用。通过开展储能示范电站的建设，能够增加可再生能源输出的稳定性，提高电力质量；储能系统响应速度快，可以及时在电网常规电源故障情况下提供快速及时的电力响应，保障用户的用电可靠性。储能电站的建设不仅有助于提高地区输电能力和安全稳定性，同时通过储能的有功无功调节还可以增加光伏、风电的低电压及高电压穿越能力，提高无功调节能力。储能电站联合火电机组也可以提升火电机组调频、调峰性能。
3.另外，模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)由于具备良好的可拓性和输出特性而被广泛采用与换流系统中，和传统换流器相比，mmc不仅有效降低了开关器件上的电压降，解决了串联均压问题，而且具有多电平调压的特点，mmc对电力电子器件的要求较低，且组网模式简单、可拓性强。现有技术中的储能电站虽然已经存在利用mmc的储能型模块化多电平变换器，但现有技术的储能电站的故障隔离能力、动态响应稳定性等有待提高，且缺少一种能够有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差的可控储能电站辅助火电机组调频调峰技术。


技术实现要素：

4.本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本公开提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法及系统，主要目的在于有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。
5.根据本公开的第一方面实施例，提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法，所述可控储能电站包括混合式模块化多电平换流器，所述混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各所述储能子模块包括储能单元，所述方法包括：
6.获取调频调峰指令，基于所述调频调峰指令获得目标功率；
7.获取所述混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；
8.基于所述直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和所述荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；
9.基于所述调制信号对所述混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使所述可控储能电站按照所述目标功率进行调频调峰。
10.在本公开的一个实施例中，所述基于所述直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和所述荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于所述有功功率
实际值和有功功率参考值获得功率差值；基于所述直流电压实际值和直流电压参考值获得第一电压差值；基于所述功率差值、所述第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、所述直流电压实际值和所述荷电状态得到动态下垂系数。
11.在本公开的一个实施例中，所述基于所述功率差值、所述第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、所述直流电压实际值和所述荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于各桥臂的直流电压上限值和所述直流电压实际值获得第二电压差值；基于各桥臂的直流电压下限值和所述直流电压实际值获得第三电压差值；基于所述功率差值、所述第一电压差值、所述第二电压差值、所述第三电压差值和所述荷电状态得到动态下垂系数。
12.在本公开的一个实施例中，所述基于所述功率差值、所述第一电压差值、所述第二电压差值、所述第三电压差值和所述荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于各储能子模块的储能单元的荷电状态获得平均荷电状态；基于所述功率差值、所述第一电压差值、所述第二电压差值、所述第三电压差值、所述荷电状态和所述平均荷电状态得到动态下垂系数。
13.根据本公开的第二方面实施例，还提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统，包括可控储能电站模块和控制模块；
14.所述可控储能电站模块包括启备变和混合式模块化多电平换流器，所述混合式模块化多电平换流器的交流侧经所述启备变连接至电网系统，所述混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各所述储能子模块包括储能单元；
15.所述控制模块与所述可控储能电站模块连接，所述控制模块用于获取调频调峰指令，基于所述调频调峰指令获得目标功率；获取所述混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；基于所述直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和所述荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；基于所述调制信号对所述混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使所述可控储能电站按照所述目标功率进行调频调峰。
16.在本公开的一个实施例中，所述多种类型的储能子模块包括储能全桥子模块和储能半桥子模块。
17.在本公开的一个实施例中，所述控制模块，具体用于：基于所述有功功率实际值和有功功率参考值获得功率差值；基于所述直流电压实际值和直流电压参考值获得第一电压差值；基于所述功率差值、所述第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、所述直流电压实际值和所述荷电状态得到动态下垂系数。
18.在本公开的一个实施例中，所述控制模块，具体用于：基于各桥臂的直流电压上限值和所述直流电压实际值获得第二电压差值；基于各桥臂的直流电压下限值和所述直流电压实际值获得第三电压差值；基于所述功率差值、所述第一电压差值、所述第二电压差值、所述第三电压差值和所述荷电状态得到动态下垂系数。
19.在本公开的一个实施例中，所述控制模块，具体用于：基于各储能子模块的储能单元的荷电状态获得平均荷电状态；基于所述功率差值、所述第一电压差值、所述第二电压差值、所述第三电压差值、所述荷电状态和所述平均荷电状态得到动态下垂系数。
20.根据本公开的第三方面实施例，还提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调
峰设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开的第一方面实施例提出的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法。
21.在本公开一个或多个实施例中，可控储能电站包括混合式模块化多电平换流器，混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各储能子模块包括储能单元，调频调峰方法包括：获取调频调峰指令，基于调频调峰指令获得目标功率；获取混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；基于调制信号对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。在这种情况下，综合利用混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态获得动态下垂系数进而得到调制信号以对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制，进而实现调频调峰，其中，通过自动调节下垂系数能够有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。
22.本公开附加的方面和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，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
23.本公开上述的和/或附加的方面和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：
24.图1示出本公开实施例提供的一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的流程示意图；
25.图2(a)示出本公开实施例未投入动态下垂系数控制下系统电池soc的曲线图；
26.图2(b)示出本公开实施例投入动态下垂系数控制下系统电池soc的曲线图；
27.图3示出本公开实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统的框图；
28.图4示出本公开实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统的部分结构示意图；
29.图5(a)示出本公开实施例提供的储能全桥子模块的结构示意图；
30.图5(b)示出本公开实施例提供的储能半桥子模块的结构示意图；
31.图6示出本公开实施例所示的混合式模块化多电平换流器所输出的三相电流波形图；
32.图7示出本公开实施例所示的直流母线输出的电流波形图；
33.图8是用来实现本公开实施例的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备的框图。
具体实施方式
34.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及
附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
35.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公开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。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本公开中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
37.下面详细描述本公开的实施例，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，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
38.本公开提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法及系统，主要目的在于有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。本公开的可控储能电站包括混合式模块化多电平换流器。混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各储能子模块包括储能单元。具体地，混合式模块化多电平换流器是包含有储能单元的模块化多电平换流器。储能单元的数量与模块化多电平换流器中的换流子模块数量一致，模块化多电平换流器的各换流子模块与对应的一个储能单元组成一个储能子模块。储能单元例如为电池组。本公开的混合式模块化多电平换流器具有反向阻断故障电流的功能，故利用本公开的可控储能电站进行调频调峰方法及系统也具有反向阻断故障电流的功能。混合式模块化多电平换流器的具体结构和反向阻断故障电流的功能的分析可以参见后续系统实施例中的描述。
39.在第一个实施例中，图1示出本公开实施例提供的一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的流程示意图。如图1所示，该可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法，包括：
40.步骤s11，获取调频调峰指令，基于调频调峰指令获得目标功率。
41.在步骤s11中，调频调峰指令可以来自于电网系统。调频调峰指令中包含有需要可控储能电站提供的参与调频调峰的目标功率。
42.步骤s12，获取混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态。
43.在步骤s12中，获取的混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值可以用符号u
dc
表示。获取的混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压参考值可以用符号u
dcref
表示。
44.在步骤s12中，获取的混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的有功功率实际值可以用符号p表示。有功功率实际值可以是桥臂吸收或发出的有功功率。获取的混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的有功功率参考值可以用符号p
ref
表示。有功功率参考值可以是桥臂吸收或发出的有功功率的参考值。
45.在步骤s12中，获取的混合式模块化多电平换流器的各储能子模块的储能单元的荷电状态可以用符号soc表示。第i相第j个桥臂所有储能子模块的储能单元的荷电状态可以用soc
ij
表示。
46.步骤s13，基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号。
47.在步骤s13中，考虑到采用电压-有功功率控制下垂控制时，可以通过有功功率调节实现电压静差调节。故可以在建立稳态情况下电压-有功功率下垂控制方程后，对其中的下垂系数进行优化，获取动态下垂系数。其中，稳态情况(即误差e等于零)下电压-有功功率下垂控制方程满足：
[0048][0049]
其中，ko为下垂系数。
[0050]
在步骤s13中，基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于有功功率实际值和有功功率参考值获得功率差值；基于直流电压实际值和直流电压参考值获得第一电压差值；基于功率差值、第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、直流电压实际值和荷电状态得到动态下垂系数。
[0051]
在步骤s13中，基于功率差值、第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、直流电压实际值和荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于各桥臂的直流电压上限值和直流电压实际值获得第二电压差值；基于各桥臂的直流电压下限值和直流电压实际值获得第三电压差值；基于功率差值、第一电压差值、第二电压差值、第三电压差值和荷电状态得到动态下垂系数。
[0052]
在步骤s13中，基于功率差值、第一电压差值、第二电压差值、第三电压差值和荷电状态得到动态下垂系数，包括：基于各储能子模块的储能单元的荷电状态获得平均荷电状态；基于功率差值、第一电压差值、第二电压差值、第三电压差值、荷电状态和平均荷电状态得到动态下垂系数。
[0053]
在步骤s13中，动态下垂系数k满足：
[0054][0055]
其中，δp为功率差值，δp＝p
ref-p；δu
dc
为第一电压差值，δu
dc
＝u
dcref-u
dc
；u
dcmax
为各桥臂的直流电压上限值；u
dcmin
为各桥臂的直流电压下限值；soc
ij
表示第i相第j个桥臂
所有储能子模块的储能单元的荷电状态，表示平均荷电状态(即任意时刻储能单元的平均值)。
[0056]
当δu
dc
为正，动态下垂系数中采用第二电压差值即u
dcmax-u
dc
，当δu
dc
为负，动态下垂系数中采用第三电压差值即u
dcmin-u
dc
，采用ln函数放大了差值的差异性。对于同样的δp，获取的δu
dc
更小，不需要传统超级电容换流器直流侧的dc-dc换流器来稳定直流电压，避免电压大幅度调整对控制系统稳定性能造成的破坏。采用sign函数，简化输出结果，能够提高系统动态响应稳定性。另外动态下垂系数根据电压偏差自动调节，能够有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。
[0057]
另外，p＞0时放电，p＜0时充电，由动态下垂系数k的表达式可知，当储能单元处于放电状态时，soc大的储能单元多放电，soc小的储能单元少放电；当储能单元处于充电状态时，soc小的储能单元多充电，soc大的储能单元少充电，最终达到各储能单元的soc均衡分配的目的，防止了某个储能单元过度充放电情况的发生。其中cos函数的值域[-1,1]，所以无论荷电状态soc如何变化，动态下垂系数k都可以保持在一定范围内，保证了系统电压的稳定性，另外，将调节因子tanh添加到cos函数中能够放大不同储能单元之间的差异性，更加有利于实现各储能单元的soc均衡分配的目的。
[0058]
在步骤s13中，获得动态下垂系数后，利用电压-有功功率下垂控制方程获得误差e，误差e满足：
[0059]
e＝p
ref-p k(u
dcref-u
dc
)
[0060]
将误差e送入pi调节器中得到各桥臂的调制信号。
[0061]
步骤s14，基于调制信号对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。
[0062]
在步骤s14中，基于调制信号对混合式模块化多电平换流器的各储能子模块进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。
[0063]
在步骤s14中，进行调频调峰时由于利用的混合式模块化多电平换流器具有反向阻断故障电流的功能，故进行调频调峰时能够有效避免故障电流产生的影响。混合式模块化多电平换流器的具体结构和反向阻断故障电流的功能的分析可以参见后续系统实施例中的描述。
[0064]
在本公开的实施例中，为了验证提出的基于动态下垂系数的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的有效性。在matlab环境下，搭建模型(具体参数如表1所示)，并设置在固定下垂系数和动态下垂系数下的对比结果。
[0065]
表1模型的系统参数表
[0066]
参数数值额定直流电压/kv32(p.u.＝1)储能单元容量/(a.h)400桥臂模块数量10桥臂电抗/mh8.36
[0067]
图2(a)示出本公开实施例未投入动态下垂系数控制下系统电池soc的曲线图；图2(b)示出本公开实施例投入动态下垂系数控制下系统电池soc的曲线图。图2(a)和图2(b)展示了各桥臂中储能子模块sm1至储能子模块sm10的soc。
[0068]
如图2(a)所示不投入soc均衡优化控制的情况下，随着储能单元吸收功率时，初始soc大的储能单元最先完成充电退出运行，随着储能单元释放功率时，初始soc小的储能单元最先达到soc最小阈值退出运行完成放电，导致储能系统(即储能电站)容量利用率降低。
[0069]
如图2(b)所示利用本公开的方法投入soc均衡优化控制的情况下，各储能子模块间的soc(简称子模块间soc)随着储能系统充放电功率的变化增大或减小。同时，储能单元的soc实测值都以上时刻的soc平均值为期望相互均衡并趋近于一致。各储能子模块中的电池soc最大差值由0.41逐渐缩小至0.0001。由此说明，本公开的方法针对soc均衡优化控制具有良好的均衡性能。
[0070]
在本公开实施例的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法中，可控储能电站包括混合式模块化多电平换流器，混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各储能子模块包括储能单元，调频调峰方法包括：获取调频调峰指令，基于调频调峰指令获得目标功率；获取混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；基于调制信号对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。在这种情况下，综合利用混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态获得动态下垂系数进而得到调制信号以对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制，进而实现调频调峰，其中，通过自动调节下垂系数能够有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。
[0071]
下述为本公开系统实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开系统实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。
[0072]
请参见图3，图3示出本公开实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统的框图。该可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为系统的全部或一部分。该可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统包括可控储能电站模块和控制模块。
[0073]
在本实施例中，可控储能电站模块包括启备变和混合式模块化多电平换流器。启备变例如为火电机启备变。火电机启备变例如可以是火电双分裂启备变。
[0074]
在本实施例中，混合式模块化多电平换流器的交流侧经启备变连接至电网系统，混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各储能子模块包括储能单元和换流子模块。
[0075]
在本实施例中，多种类型的储能子模块包括储能全桥子模块和储能半桥子模块。即储能全桥子模块包括储能单元和全桥换流子模块(fbsm)，储能半桥子模块包括储能单元和半桥换流子模块(hbsm)。储能全桥子模块可以称为储能fbsm，储能半桥子模块可以称为储能hbsm。混合式模块化多电平换流器可以称为可控混合储能f-h-mmc。
[0076]
图4示出本公开实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统的部分结构示意图；图5(a)示出本公开实施例提供的储能全桥子模块的结构示意图；图5(b)示出本公开实施例提供的储能半桥子模块的结构示意图。
[0077]
如图4所示，可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统包括火电机组发电变压模
块1和可控储能电站模块2。火电机组发电变压模块1包括发电机1-1、主变1-2、火电机启备变1-3和电网输电线路1-4。火电机组发电变压模块1中发电机1-1通过主变1-2连接至电网系统的电网输电线路1-4，火电机组启备变1-3的高压侧连接至电网系统的电网输电线路1-4。火电机组启备变1-3的低压侧与可控储能电站模块2连接。
[0078]
如图4所示，可控储能电站模块2包括第一可控储能并网断路器2-1、第二可控储能并网断路器2-2、第一混合式模块化多电平换流器和第二混合式模块化多电平换流器。第一混合式模块化多电平换流器的交流侧经第一可控储能并网断路器2-1与火电机组启备变1-3的低压侧的第一分支连接，第二混合式模块化多电平换流器的交流侧经第二可控储能并网断路器2-2与火电机组启备变1-3的低压侧的第二分支连接。第一混合式模块化多电平换流器与第二混合式模块化多电平换流器的结构完全相同。
[0079]
以第一混合式模块化多电平换流器为例，如图4所示，第一混合式模块化多电平换流器由a、b、c三相桥臂组成，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂。a相上桥臂2-3经第一滤波电感2-4与第一可控储能并网断路器2-1连接，a相下桥臂2-6经第二滤波电感2-5与第一可控储能并网断路器2-1连接，b相上桥臂2-7经第三滤波电感2-8与第一可控储能并网断路器2-1连接，b相下桥臂2-10经第四滤波电感2-9与第一可控储能并网断路器2-1连接，c相上桥臂2-11经第五滤波电感2-12与第一可控储能并网断路器2-1连接，c相下桥臂2-14经第六滤波电感2-13与第一可控储能并网断路器2-1连接。各上桥臂和各下桥臂分别包括预设数量n个储能子模块。各储能子模块包括储能单元和换流子模块。
[0080]
以a相上桥臂2-3为例，如图4所示，a相上桥臂2-3包括预设数量n个储能子模块。其中，其中a相上桥臂2-3的储能子模块包括储能全桥子模块(即储能fbsm)和储能半桥子模块(即储能hbsm)。储能fbsm包括储能单元和全桥换流子模块(fbsm)，储能hbsm包括储能单元和半桥换流子模块(hbsm)。储能fbsm与储能hbsm的数量和为预设数量n。储能hbsm和储能fbsm串联构成了a相上桥臂2-3。其他上桥臂或下桥臂可以参照a相上桥臂2-3的描述。在这种情况下，储能fbsm与储能hbsm混合构成的可控混合储能f-h-mmc具有能够实现无闭锁故障穿越的优势，具有故障电流自清除能力。
[0081]
同一相的上桥臂与下桥臂的储能hbsm的数量可以不同，例如a相上桥臂2-3的储能hbsm的数量例如为m，则储能fbsm的数量为n-m。a相下桥臂2-6的储能hbsm的数量例如为s，则储能fbsm的数量为n-s。
[0082]
如图5(a)所示，储能全桥子模块即储能fbsm中4-3、4-4、4-5、4-6为4个全控器件igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)，4-2为滤波电容，4-1是与滤波电容4-2并联的储能单元(储能单元可以是储能电池)，u
ir
为第i相中第r个子模块输出电压，交流i相并网处电压u
dc2
为每个储能fbsm输出的储能电池电压，串联在子电路当中。特别地储能fbsm共有四种工作模式，分别输出电压0、u
dc2
、—u
dc2
。即储能fbsm可以提供反向电压。
[0083]
如图5(b)所示，储能半桥子模块即储能hbsm中3-3为一个全控器件igbt(即绝缘栅双极型晶体管s
p
)，3-4为一个全控器件igbt(即绝缘栅双极型晶体管sn)，3-2为滤波电容c，3-1是与滤波电容3-2并联的储能单元(储能单元可以是储能电池)，u
ir
为第i相中第r个子模块输出电压，u
dc1
为每个储能hbsm的储能电池电压，储能hbsm共有两种工作模式，分别输出电压0与u
dc1
，储能hbsm不提供负电压，因此储能hbsm不能有效阻断直流短路故障。
[0084]
每相上桥臂和下桥臂所有储能子模块的储能电池电压之和等于所在的混合式模块化多电平换流器的直流电压uz。直流电压uz即为各相桥臂的直流电压实际值u
dc
。
[0085]
i相中所有子模块输出电压矢量就是交流i相并网处电压ui，可表示为：
[0086][0087]
式中：i相为a、b、c任意相，u
ir
为第i相中第r个子模块输出电压，d
ir
为开关函数，当子模块正常工作时d
ir
为1，当出现故障时d
ir
为0。
[0088]
当发生直流双极短路故障时，故障等效电路可以看做是两个正极相连的电源，该两个电源的电压值分别是可控混合储能f-h-mmc的三相交流输出电压整流后的电压值vr和三相中各子模块中的滤波电容提供的阻断电压vi。为了顺利阻断短路电流，阻断电压vi需要满足其中vm是三相交流电压幅值。因为储能hbsm不能提供反向电压，储能fbsm可以提供反向电压，因此采用储能hbsm与储能fbsm构成的可控混合储能f-h-mmc中，储能fbsm的数量采用n-s表示，则uz为每一相直流电压。即可控混合储能f-h-mmc中，将60％的储能hbsm替换为储能fbsm，即可满足阻断直流短路电流。
[0089]
在本公开的实施例中，为了验证提出的基于动态下垂系数的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统具有反向阻断故障电流能力的有效性，搭建了仿真模型。
[0090]
在模型中，可控混合储能f-h-mmc采用对称性混合结构，每相的上桥臂或下桥臂包含4个储能hbsm与6个储能fbsm。
[0091]
图6示出本公开实施例所示的混合式模块化多电平换流器所输出的三相电流波形图；
[0092]
图7示出本公开实施例所示的直流母线输出的电流波形图。
[0093]
基于图6和图7可以看出在2s左右发生故障，故障在4s左右时直流极间短路故障被清除，系统恢复正常工作时电流。由仿真结果可知：当检测到故障发生后，igbt桥的上、下桥臂迅速关断，直流母线电流在储能fbsm提供的反向电压作用下，迅速阻断为0a，可控混合储能f-h-mmc输出三相电流迅速降为0，证明可控混合储能f-h-mmc具有直流短路故障穿越能力，因此本公开的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统具有直流短路故障穿越能力。
[0094]
在本实施例中，控制模块与可控储能电站模块连接。控制模块用于获取调频调峰指令，基于调频调峰指令获得目标功率；获取混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；基于调制信号对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。
[0095]
可选地，控制模块，具体用于：基于有功功率实际值和有功功率参考值获得功率差值；基于直流电压实际值和直流电压参考值获得第一电压差值；基于功率差值、第一电压差值、各桥臂的直流电压上限值、各桥臂的直流电压下限值、直流电压实际值和荷电状态得到动态下垂系数。
[0096]
要说明的是，上述实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统在执行
可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统与可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
[0097]
上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0098]
在本公开实施例的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统，具有多点优势，分别是：
[0099]
1)将独立储能电站接入火电机组启备变低压侧，无需新增升压变设备，当火电机组正常运行时，启备变处于空置状态，独立储能电站可以通过启备变接入电力系统，当火电机组检修，启备变为火电机组厂用系统提供电能，此时独立储能电站于火电机组厂用电系统并联运行；
[0100]
2)将独立储能电站通过火电机组启备变并入电力系统中，可以独立参与到电力系统各项调节中，也可以联合火电机组进行调频、调峰，当联合火电机组调频、调峰时，火储联合系统功率进行矢量合成，火电机组维持正常功率调节，独立储能电站进行调频、调峰响应，可以提升火电机组调频、调峰性能，增加收益；
[0101]
3)在独立储能电站中采用可控混合储能f-h-mmc，传统换流器相比，具有良好的可拓性和输出特性，不仅有效降低了开关器件上的电压降，解决了串联均压问题，而且具有多电平调压的特点，可控混合储能f-h-mmc对电力电子器件的要求较低，组网模式简单、可拓性强；
[0102]
4)可控混合储能f-h-mmc在发生短路时，故障电流给子模块电容反向充电直到故障电流清除，可靠性显著提升；
[0103]
5)采用可控分布式储能模块串联升压，可以升压至6kv，无需配置400v/6kv升压变，进一步节约了投资，减少了设备维护量，串联升压也不存在储能并联存在的出力不均匀问题，可以有效解决环流问题；
[0104]
6)对传统母线电压-有功功率下垂系数进行改进，提供一种兼顾电压波动抑制和电池soc均衡优化的调频调峰技术，该调频调峰技术根据电压偏差自动调节下垂系数，可以有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差，同时将下垂系数的取值与各储能单元的soc联系起来，以达到储能单元soc均衡的目的，即保证相同频率调节目标下，储能侧电压调节范围更小，可以维持分布式储能电压稳定，又保证了实现电池soc均衡、提高电池能量利用率；
[0105]
在本公开实施例的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统，可控储能电站模块包括启备变和混合式模块化多电平换流器，混合式模块化多电平换流器的交流侧经启备变连接至电网系统，混合式模块化多电平换流器的各相桥臂包括多种类型的储能子模块，各储能子模块包括储能单元。控制模块与可控储能电站模块连接。控制模块用于获取调频调峰指令，基于调频调峰指令获得目标功率；获取混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态；基于直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参
考值和荷电状态得到动态下垂系数，进而得到各桥臂的调制信号；基于调制信号对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制以使可控储能电站按照目标功率进行调频调峰。在这种情况下，综合利用混合式模块化多电平换流器的各相桥臂的直流电压实际值、直流电压参考值、有功功率实际值、有功功率参考值和各储能子模块的储能单元的荷电状态获得动态下垂系数进而得到调制信号以对混合式模块化多电平换流器进行下垂控制，进而实现调频调峰，其中通过自动调节下垂系数能够有效消除多端柔性直流输电控制系统稳态电压偏差。本公开的可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统是一种具有故障隔离能力的新型可控储能电站辅助火电机组调频调峰系统，具体涉及构造独立储能电站通过火电启备变接入电网，在独立储能电站中采用分布式储能及全桥子模块和半桥子模块构成的具有故障穿越能力的混合式模块化多电平换流器，可控储能电站可以联合火电机组实现调频调峰功能，具有直流短路故障穿越能力。
[0106]
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0107]
图8是用来实现本公开实施例的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备的框图。可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴电子设备和其它类似的计算装置。本公开所示的部件、部件的连接和关系、以及部件的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本公开中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0108]
如图8所示，可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备20包括计算单元21，其可以根据存储在只读存储器(rom)22中的计算机程序或者从存储单元28加载到随机访问存储器(ram)23中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 23中，还可存储可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备20操作所需的各种程序和数据。计算单元21、rom 22以及ram 23通过总线24彼此相连。输入/输出(i/o)接口25也连接至总线24。
[0109]
可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备20中的多个部件连接至i/o接口25，包括：输入单元26，例如键盘、鼠标等；输出单元27，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元28，例如磁盘、光盘等，存储单元28与计算单元21通信连接；以及通信单元29，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元29允许可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备20通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备交换信息/数据。
[0110]
计算单元21可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元21的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元21执行上述所描述的各个方法和处理，例如执行可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法。例如，在一些实施例中，可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元28。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 22和/或通信单元29而被载入和/或安装到可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备20上。当计算
机程序加载到ram 23并由计算单元21执行时，可以执行上述描述的可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元21可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行可控储能电站辅助火电机组调频调峰方法。
[0111]
本公开中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑电子设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0112]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0113]
在本公开中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备使用或与指令执行系统、装置或可控储能电站辅助火电机组调频调峰设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或电子设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储电子设备、磁储存电子设备、或上述内容的任何合适组合。
[0114]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0115]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、互联网和区块链网络。
[0116]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务("virtual private server"，或简称"vps")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0117]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本公开在此不进行限制。
[0118]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。