CN102412588B - 一种实现次同步谐振控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种实现次同步谐振控制的方法及系统；采用本发明实施例的方法和系统，通过对AGC或调频指令的选择性滤波，有效滤除次同步谐振模态的功率指令信号，从而避免储能设备在响应AGC或调频调度指令过程中向电网系统注入次同步模态电流，从而避免了储能设备运行对机组次同步模态下稳定性的影响，能够达到提高储能设备和电力系统运行稳定性、有效降低机组运行风险的作用。

Description

一种实现次同步谐振控制的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力控制技术领域，更具体地说，涉及储能系统在发电机机端进行AGC(Automatic Generation Control，自动发电量控制)或调频应用中，实现机组次同步谐振控制的方法及系统。

背景技术

目前，电力系统主要包括电网、提供电能的发电机以及各种用电设备；其中，为使整个电力系统稳定可靠地运行，要求发电机所提供的电能与用电设备所消耗的电能实时平衡。为此，现有技术通过在发电机机端并联储能系统，利用储能系统对功率指令快速精确的响应特性，与发电机协同实现对AGC调度指令或调频调度指令的有效响应，从而可以极大改善传统火电机组、水电机组以及风力发电机组对AGC调度指令或调频调度指令的响应效果，降低机组响应AGC调度指令或调频调度指令时带来的机组损耗和磨损，提高机组运行经济性，在一定程度上保证了发电机所提供的电能与用电设备所消耗的电能实时平衡，进而保证整个电力系统稳定可靠的运行。

然而，随着远距离大容量输电线路的增加，为了提高远距离输电的输送容量和系统稳定性，电网越来越多的采用固定串联电容补偿、高压直流输电等基于电力电子技术的高速控制装置；而这类装置在一定条件下可能会引发系统次同步振荡问题，造成机组轴系振荡，影响机组寿命，严重的更可能影响机组和电网的安全稳定运行。同时，由于储能系统在发电机机端参与AGC或调频应用，从本质上是改变了发电机组原有的动态响应特性，在一定条件下储能系统的接入会造成机组次同步模态阻尼下降，导致系统次同步谐振问题恶化；在极端情况下，储能系统在响应AGC指令或调频调度指令时，可能会向电网注入次同步模态的激励电流，激发机组次同步谐振。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种实现次同步谐振控制的方法及系统，能够提高储能设备和电力系统运行稳定性。

本发明实施例是这样实现的：

一实施例公开了一种实现次同步谐振控制的方法，包括：

获取储能设备出力指令；

对所述储能设备出力指令做滤波处理，得到所述储能设备出力指令中包含的次同步模态频率的特征分量指令；

通过从所述储能设备出力指令中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令得到不包含次同步模态的第一功率指令，将所述第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

另一实施例公开了一种实现次同步谐振控制的系统，包括储能设备、变流设备和控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：

获取单元，用于获取储能设备出力指令；

滤波单元，用于通过对所述获取单元获取的储能设备出力指令做滤波处理，得到所述储能设备出力指令中包含的次同步模态频率的特征分量指令；

叠加单元，用于通过从所述获取单元获取的储能设备出力指令中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令，将滤除后得到的不包含次同步模态的所述第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

从上述的技术方案可以看出，与现有技术相比，本发明实施例的控制方法及系统，通过对AGC或调频指令的选择性滤波，有效滤除次同步谐振模态的功率指令信号，从而避免储能设备在响应AGC或调频调度指令过程中向电网系统注入次同步模态电流，从而避免了储能设备运行对机组次同步模态下稳定性的影响，能够达到提高储能设备和电力系统运行稳定性、有效降低机组运行风险的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例应用的电力控制系统拓扑连接示意图；

图2为本发明实施例实现次同步谐振控制的方法流程示意图；

图3为本发明实施例实现次同步谐振控制的系统结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例实现次同步谐振控制的方法及系统主要应用于包含储能装置的电力控制系统中，如图1所示，该电力控制系统主要包括储能设备、变流设备和控制设备；其中，

所述储能设备为系统的能量存储单元，同时为变流设备提供直流母线电压支撑，保证满足变流设备的并网运行要求；所述变流设备控制电网与储能设备间的能量交互，根据控制设备输出的功率指令实际产生并控制储能设备向电网注入或吸取电流的幅值和相位；所述控制设备通过外围RTU(RemoteTerminal Unit，远程终端设备)或其他检测设备，接收AGC调度指令，监控发电机组出力、储能状态和储能设备出力信号，产生储能设备AGC功率指令；

其中，所述储能设备采用电池储能单元，提供直流母线电压支撑；所述变流设备采用三相全桥PWM整流逆变器，控制电池储能单元与电网间的能量双向流动，控制并网电流的相位与幅值；所述控制设备包括储能设备侧电压/电流侦测、发电机机组出力、AGC信号接收单元以及控制算法实现单元，其硬件实现可以基于数字信号处理器(DSP)或其他数字或模拟芯片，本文在此不再赘述。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的实现次同步谐振控制的方法如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤110：获取储能设备出力指令P2；

具体的，在本实施例中通过接收AGC调度指令P，并监控发电机组出力信号P_G，合成后获得储能设备出力要求P1；其中，将所述AGC调度指令P与所述发电机组实际出力P_G做差即可得到所述储能设备出力指令P1；然后将P1通过限幅器得到经过限幅的储能设备出力指令P2；其中，如果所述储能设备出力要求P1小于储能设备最大出力限制，则所述储能设备出力指令P2即与所述储能设备出力要求P1相同，如果所述储能设备出力要求P1大于等于储能设备最大出力限制，则所述储能设备出力指令P2即与所述储能设备出力最大出力限制相同；当然，实际操作过程中还可以通过其他方式来获取储能设备出力指令，本文在此不再赘述；

步骤120：对所述储能设备出力指令P2做滤波处理，得到所述储能设备出力指令P2中包含的次同步模态频率ω_i的特征分量指令F_i＝(p2)；

具体的，所述不同次同步模态即指发电机组不同的次同步谐振模态频率ω_i，i＝1，......n，其中，ω₁为最小次同步模态频率，ω_n为最大次同步模态频率；

在本实施例中，对所述储能设备出力指令P2做滤波处理时的带通滤波器可采用

的带通滤波器，其中，ω_i为次同步模态频率ξ_i，为带通滤波器阻尼系数(可选择为0.4-0.7)，i＝1，......n，

将所述储能设备出力指令信号P2经带通滤波器F_i后得到次同步模态频率ω_i的特征分量指令F_i＝(p2)；

步骤130：通过从所述储能设备出力指令P2中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令

得到不包含次同步模态的功率指令P3，将所述功率指令P3送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换；

具体的，在本实施例中，所述发电机组的次同步谐振模态频率可通过机组运行参数识别得到，此识别可采用现有的方式实现，本文在此不再赘述；因此，在所述次同步模态频率ω_i的特征分量指令为F_i＝(p2)时，所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令即为

而将该所述与发电机组次同步模态相关的特征分量指令滤除后得到的功率指令P3即为：

获得所述不包含次同步模态的功率指令P3后，将该功率指令P3送至变流设备，以使所述变流设备根据该功率指令P3控制储能设备与电网间的能量交换，具体本文不再赘述。

此外，本发明的又一实施例也公开了实现次同步谐振控制的方法，该方法的基本步骤与上述实施例的方法步骤相同，不同之处在于，该方法还包括：

步骤140：监测储能设备出力信号P_ESS，通过滤除所述储能设备出力信号P_ESS中次同步模态频率ω_i的特征分量得到功率反馈指令P_SSR；

具体的，次同步谐振模态频率为ω_i，i＝1，......n，其中，ω₁为最小次同步模态频率，ω_n为最大次同步模态频率；

在本实施例中，对监测到的所述储能设备出力信号P_ESS做滤波处理时的带通滤波器可采用

的带通滤波器，其中，ω_i为次同步模态频率ξ_i，为带通滤波器阻尼系数(可选择为0.4-0.7)，i＝1，......n，

将监测到的所述储能设备出力信号P_ESS经带通滤波器F_i后得到次同步模态频率ω_i的特征分量指令F_i＝(P_ESS)；将所述特征分量指令F_i＝(P_ESS)经PI(proportional plus integral controller，比例-积分调节)控制器进行处理，将所述储能设备实际出力信号P_ESS中包含的次同步模态频率ω_i的特征分量控制为零，即当次同步模态频率为ω_i时，所述F_i＝(P_ESS)经PI控制器处理后输出为P_SSR，i＝PI*F_i(P_ESS)，而所有次同步模态频率的特征分量都经过PI控制器处理后为 $P_{\mathrm{SSR}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{SSR},i};$

步骤150：将所述功率指令P3和功率反馈指令P_SSR进行叠加限幅处理后送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换；

在本实施例中，可通过下述方式实现叠加限幅处理，但并不局限于此：

当所述功率指令P3和功率指令P_SSR叠加后的功率指令P4＝P3-P_SSR小于储能设备最大出力限制时，送至所述变流设备的最新功率指令为P4；当所述功率指令P3和功率指令P_SSR叠加后的功率指令P4＝P3-P_ESS大于或等于储能设备最大出力限制时，送至所述变流设备的最新功率指令为储能设备的最大出力限制，即P4＝储能设备最大出力限制；

而所述变流设备根据最新的功率指令P4控制储能设备与电网间的能量交换，以此来进一步避免在储能设备与电网进行能量交换时出现次同步谐振现象，具体本文不再赘述。

基于上述各实施例方法的相同思想，本发明的又一实施例同时还提供了一种实现次同步谐振控制的系统，如图3所示，该系统与现有技术中包含储能装置的电力控制系统基本架构类似，不同之处在于所述系统300中的控制设备310包括：

获取单元311，用于获取储能设备出力指令；

滤波单元312，用于通过对所述获取单元311获取的储能设备出力指令做滤波处理，得到所述储能设备出力指令中包含的次同步模态频率的特征分量指令；

叠加单元313，用于通过从所述获取单元311获取的储能设备出力指令中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令，将滤除后得到的不包含次同步模态的所述第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

此外，本实施例中的控制设备310还可包括(图中未示出)：

监测单元，用于监测储能设备出力信号，通过滤除所述储能设备出力信号中次同步模态频率的特征分量得到第二功率指令；限幅单元，用于对所述第一功率指令和第二功率指令进行叠加限幅处理后送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

其中，所述获取单元311还可包括(图中未示出)：

接收模块，用以接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；合成模块，用以将所述AGC调度指令和发电机组出力信号合成为储能设备出力要求；处理模块，用以通过对所述储能设备出力要求进行限幅处理得到储能设备出力指令。

值得注意的是，所述限幅单元还可包括(图中未示出)：

判断模块，用于判断所述第一功率指令和第二功率指令叠加后的第三功率指令是否小于储能设备最大出力限制，并将判断结果送至发送模块；发送模块，用于接收所述判断模块发送的判断结果，当所述第三功率指令小于储能设备最大出力限制时，将所述第三功率指令发送至所述变流设备；当所述第三功率指令大于或等于储能设备最大出力限制时，将所述储能设备最大出力限制发送至所述变流设备。

可以看出，采用本发明实施例的控制方法和系统，通过对AGC或调频指令的选择性滤波，有效滤除次同步谐振模态的功率指令信号，从而避免储能设备在响应AGC或调频调度指令过程中向电网系统注入次同步模态电流，从而避免了储能设备运行对机组次同步模态下稳定性的影响，能够达到提高储能设备和电力系统运行稳定性、有效降低机组运行风险的作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或以上任意组合。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种实现次同步谐振控制的方法，其特征在于，包括：

获取储能设备出力指令；

对所述储能设备出力指令做滤波处理，得到所述储能设备出力指令中包含的次同步模态频率的特征分量指令；

通过从所述储能设备出力指令中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令得到不包含次同步模态的第一功率指令，将所述第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述将所述第一功率指令送至变流设备之前还包括：

监测储能设备出力信号，通过滤除所述储能设备出力信号中次同步模态频率的特征分量得到第二功率指令；

所述将所述第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换包括：对所述第一功率指令和第二功率指令进行叠加限幅处理后，再送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取储能设备出力指令具体包括：

接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；

将所述AGC调度指令和发电机组出力信号合成为储能设备出力要求；

通过对所述储能设备出力要求进行限幅处理得到储能设备出力指令。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述储能设备出力要求进行限幅处理包括：

如果所述储能设备出力要求小于储能设备最大出力限制，则所述储能设备出力指令为所述储能设备出力要求；

如果所述储能设备出力要求大于或等于储能设备最大出力限制，则所述储能设备出力指令为所述储能设备出力最大出力限制值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

采用

的带通滤波器对所述储能设备出力指令做滤波处理，其中，ω_i为次同步模态频率，ξ_i为带通滤波器阻尼系数，F_i为带通滤波器的传递函数，S为拉普拉斯变量。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第一功率指令和第二功率指令进行叠加限幅处理包括：

当所述第一功率指令和第二功率指令叠加后的第三功率指令小于储能设备最大出力限制时，送至所述变流设备的最新功率指令为第三功率指令；

当所述第一功率指令和第二功率指令叠加后的第三功率指令大于或等于储能设备最大出力限制时，送至所述变流设备的最新功率指令为储能设备的最大出力限制。

7.一种实现次同步谐振控制的系统，包括储能设备、变流设备和控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括：

获取单元，用于获取储能设备出力指令；

滤波单元，用于通过对所述获取单元获取的储能设备出力指令做滤波处理，得到所述储能设备出力指令中包含的次同步模态频率的特征分量指令；

叠加单元，用于通过从所述获取单元获取的储能设备出力指令中滤除所有与发电机组次同步模态相关的特征分量指令，将滤除后得到的不包含次同步模态的第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制设备还包括：

监测单元，用于监测储能设备出力信号，通过滤除所述储能设备出力信号中次同步模态频率的特征分量得到第二功率指令；

所述叠加单元将第一功率指令送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换包括：对所述第一功率指令和第二功率指令进行叠加限幅处理后送至变流设备用以控制储能设备与电网间的能量交换。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述获取单元包括：

接收模块，用以接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；

合成模块，用以将所述AGC调度指令和发电机组出力信号合成为储能设备出力要求；

处理模块，用以通过对所述储能设备出力要求进行限幅处理得到储能设备出力指令。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述限幅单元包括：

判断模块，用于判断所述第一功率指令和第二功率指令叠加后的第三功率指令是否小于储能设备最大出力限制，并将判断结果送至发送模块；

发送模块，用于接收所述判断模块发送的判断结果，当所述第三功率指令小于储能设备最大出力限制时，将所述第三功率指令发送至所述变流设备；当所述第三功率指令大于或等于储能设备最大出力限制时，将所述储能设备最大出力限制发送至所述变流设备。

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