CN102412589A - 一种实现次同步谐振控制的方法及系统 - Google Patents
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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及系统，通过检测发电机组机端电压信号，从中提取出次同步谐振模态分量，并产生阻尼电流参考量，将其与AGC功率指令叠加，输出到变流设备用以实现并网电流控制；由于所述变流设备能够控制并产生实际的次同步模态阻尼电流，保证系统在次同步谐振模态下阻尼为正，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
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，能够有效抑制电网系统的次同步振荡问题，提高储能系统和电力系统运行稳定性。
本发明实施例是这样实现的：
本发明的一实施例提供一种实现次同步谐振控制的方法，应用于包含储能设备、变流设备和控制设备的电力控制系统中，该方法包括：
获取发电机组机端的电压信号，通过对所述发电机组机端电压信号进行滤波得到仅含有次同步频率信号的电压信号；
将所述仅含次同步频率信号的电压信号经带通滤波处理，得到仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量；
利用所述仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令；
将所述储能设备出力指令与所述次同步模态阻尼电流指令进行叠加处理得到并网电流指令，再将所述并网电流指令经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制。
本发明的另一实施例提供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，所述控制设备还包括：
获取单元，用于获取发电机组机端的电压信号，通过对所述发电机组机端电压信号进行滤波得到仅含有次同步频率的电压信号；
滤波单元，用于将所述获取单元获取的仅含次同步频率的电压信号进行滤波处理，得到仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量；
处理单元，用于利用所述滤波单元得到的仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令；
叠加单元，用于将所述储能设备出力指令与所述次同步模态阻尼电流指令进行叠加处理得到并网电流指令，再将所述并网电流指令经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制。
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，通过检测发电机组机端电压信号，从中提取出次同步谐振模态分量，并产生阻尼电流参考量，将其与AGC功率指令叠加，输出到变流设备用以实现并网电流控制；由于所述变流设备能够控制并产生实际的次同步模态阻尼电流，保证系统在次同步谐振模态下阻尼为正，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做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：获取发电机组机端的电压信号V，通过对所述发电机组机端电压信号V进行滤波得到仅含有次同步频率信号的电压信号VSS；
需要说明的是，在本实施例中可通过发电机组机端电压传感器侦测机端电压的实时数据V，当然也可采用其他方式获取发电机组机端的电压信号，不再赘述；其中，获取的所述发电机组机端电压实时信号V包含但不限于：发电机组同步电压矢量直流信号与对应次同步模态频率的信号；而本实施例中，对所述发电机组机端电压信号V进行滤波可采用两阶低通滤波器来实现，具体如下：
将发电机组机端电压信号V通过两阶低通滤波器
其中ξ为低通滤波器阻尼，可选择0.4-0.7；ω为低通滤波器截至频率，选择ω＜ω1，ω1为最低次同步模态频率；发电机组机端电压V通过低通滤波器F后，得到仅包含同步角速度的直流信号F(V)，V-F(V)即为仅包含次同步频率的数据VSS；
步骤120：将所述仅含次同步频率信号的电压信号VSS经带通滤波处理，得到仅包含次同步模态频率ωi的指令信号分量Fi(VSS)；
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ωi，i＝1，......n，其中，ω1为最小次同步模态频率，ωn为最大次同步模态频率；
在本实施例中，所述次同步谐振模态频率ωi对应的带通滤波器可采用
的带通滤波器，其中，ξi为带通滤波器阻尼系数(可选择为0.4-0.7)，i＝1，......n，
将所述仅含次同步频率信号的电压信号VSS经带通滤波器Fi后得到仅包含次同步模态频率ωi的指令信号分量Fi(VSS)；
步骤130：利用所述仅包含次同步模态频率ωi的指令信号分量Fi(VSS)获得次同步模态阻尼电流指令ISSR；
具体的，在本实施例中将仅包含次同步模态频率ωi的指令信号分量Fi(VSS)通过比例-移相控制器Gi，得到次同步模态下阻尼电流控制信号Ii，即Ii＝Gi*Fi(VSS)；其中，实现比例-移相控制器(比例-积分控制器)的传递函数为
其中Kp为控制器比例系数，
为移相环节，Ti为次同步模态i对应的时间常数；则总的次同步模态阻尼电流指令
步骤140：将所述储能设备出力指令P2与所述次同步模态阻尼电流指令ISSR进行叠加处理得到并网电流指令IG，再将所述并网电流指令IG经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制；
其中，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Pg，合成后获得储能设备出力要求P1；将P1通过限幅器得到经过限幅的储能设备出力指令P2；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；
其中，所述储能设备出力指令P2所需并网出力电流
其中Vg为电网电压矢量；将所述并网出力电流I与次同步模态阻尼电流ISSR进行叠加即可得到储能设备并网电流指令IG＝I|ISSR；然后将储能设备并网电流指令IG经过限幅处理，即如果IG大于系统最大允许运行电流，则IG即为最大允许电流；然后将所述并网电流指令IG送至变流设备用以实现并网电流控制；
所述变流设备侦测获得并网电压后，通过锁相、电流环控制器、PWM发生器，控制功率器件导通关断，从而控制并网电流实现包含出力需求和次同步模态阻尼电流的指令。
可以看出，本发明实施例的控制方法，通过检测发电机组机端电压信号，从中提取出次同步谐振模态分量，并产生阻尼电流参考量，将其与AGC功率指令叠加，输出到变流设备用以实现并网电流控制；由于所述变流设备能够控制并产生实际的次同步模态阻尼电流，保证系统在次同步谐振模态下阻尼为正，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。
此外，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提出了：在获得次同步模态阻尼电流指令ISSR后获取所述储能设备出力指令P2；具体如下：
S141：在获得次同步模态阻尼电流指令ISSR后，根据系统总电流容量限幅Imax计算储能设备AGC出力限幅Plimit＝F(Imax，ISSR)；
S142：储能设备出力要求P1经过储能设备AGC出力限幅Plimit后得到储能设备出力指令P2＝Limit(Plimit，P1)；
然后将所述储能设备出力指令P2与所述次同步模态阻尼电流指令ISSR进行叠加处理得到并网电流指令IG，再将所述并网电流指令IG经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制；具体的叠加和限幅操作与上述实施例相同，本文在此不再赘述。
需要说明的是，基于上述实施例，所述储能设备AGC出力指令和次同步模态阻尼电流分别可由并网有功电流和无功电流实现，使得储能设备AGC出力指令由系统有功电流容量限制，次同步模态阻尼电流由系统无功电流容量限制；具体的，
在获得次同步模态阻尼电流指令ISSR后，根据系统总无功电流容量限幅
得到次同步阻尼无功电流指令在获得AGC出力电流指令后根据系统总有功电流容量限幅得到AGC出力有功电流指令然后将所述储能AGC出力有功电流指令指令
与所述次同步模态阻尼无功电流指令
进行矢量叠加处理得到并网电流指令IG，再将所述并网电流指令IG经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制；具体的叠加和限幅操作与上述实施例相同，本文在此不再赘述。
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设备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，用于获取发电机组机端的电压信号，通过对所述发电机组机端电压信号进行滤波得到仅含有次同步频率信号的电压信号；
滤波单元312，用于将所述获取单元311获取的仅含次同步频率信号的电压信号进行滤波处理，得到仅包含次同步模态频率的指令信号分量；
处理单元313，用于利用所述滤波单元312得到的仅包含次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令；
叠加单元134，用于将所述储能设备出力指令与所述次同步模态阻尼电流指令进行叠加处理得到并网电流指令，再将所述并网电流指令经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制。
其中，该系统还可包括(图中未示出)：用以侦测发电机组机端电压信号并将该电压信号送至所述获取单元的的侦测单元。
此外，所述获取单元311获取的发电机组机端电压信号包含发电机组同步电压矢量直流信号与对应次同步模态频率的信号；所述滤波单元为两阶低通滤波器，当然，实际操作过程中也可采用其他滤波器，本实施例在此不再赘述。
需要说明的是，本实施例中的叠加单元314还包括(图中未示出)：
第一接收模块，用于接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；第一合并模块，用于将所述第一接收模块获得的AGC调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；第一限幅模块，用于对所述第一合并模块得到的储能设备出力要求进行限幅处理得到储能设备处理指令。
除此之外，本实施例中的叠加单元314还可包括(图中未示出)：
第二接收模块，用于接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；第二合并模块，用于将所述第二接收模块获得的AGC调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；第二计算模块，用于在所述处理单元313获得次同步模态阻尼电流指令后，根据系统总电流容量限幅和所述次同步模态阻尼电流指令计算储能设备AGC出力限幅；第二限幅模块，用于利用所述第二计算模块计算得到的储能设备AGC出力限幅对所述第二合并模块得到的所述储能设备出力要求进行限幅后得到储能设备出力指令。
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 (13)
1.一种实现次同步谐振控制的方法，应用于包含储能设备、变流设备和控制设备的电力控制系统中，其特征在于，该方法包括：
获取发电机组机端的电压信号，通过对所述发电机组机端电压信号进行滤波得到仅含有次同步频率信号的电压信号；
将所述仅含次同步频率信号的电压信号经带通滤波处理，得到仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量；
利用所述仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令；
将所述储能设备出力指令与所述次同步模态阻尼电流指令进行叠加处理得到并网电流指令，再将所述并网电流指令经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过发电机组机端电压传感器侦测获取发电机组机端的电压信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述获取的发电机组机端电压信号包含发电机组同步电压矢量直流信号与对应次同步模态频率的信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
采用两阶低通滤波器对所述发电机组机端电压信号进行滤波。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述仅包含次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令具体包括：
将仅包含次同步模态频率ωi的指令信号分量Fi(VSS)通过移相控制器得到次同步模态下阻尼电流控制信号Ii；
所述次同步模态阻尼电流指令
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式获取储能设备出力指令：
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调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；
将所述储能设备出力要求经过限幅处理得到储能设备出力指令。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式获取储能设备出力指令：
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调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；
在获得次同步模态阻尼电流指令后，根据系统总电流容量限幅和所述次同步模态阻尼电流指令计算储能设备AGC出力限幅；
将所述储能设备出力要求经过储能设备AGC出力限幅后得到储能设备出力指令。
8.一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，用于获取发电机组机端的电压信号，通过对所述发电机组机端电压信号进行滤波得到仅含有次同步频率的电压信号；
滤波单元，用于将所述获取单元获取的仅含次同步频率的电压信号进行滤波处理，得到仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量；
处理单元，用于利用所述滤波单元得到的仅包含各次次同步模态频率的指令信号分量获得次同步模态阻尼电流指令；
叠加单元，用于将所述储能设备出力指令与所述次同步模态阻尼电流指令进行叠加处理得到并网电流指令，再将所述并网电流指令经限幅处理后送至变流设备实现并网电流控制。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
用以侦测发电机组机端电压信号并将该电压信号送至所述获取单元的的侦测单元。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：
所述获取单元获取的发电机组机端电压信号包含发电机组同步电压矢量直流信号与对应次同步模态频率的信号。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：
所述滤波单元为两阶低通滤波器。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述叠加单元包括：
第一接收模块，用于接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；
第一合并模块，用于将所述第一接收模块获得的AGC调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；
第一限幅模块，用于对所述第一合并模块得到的储能设备出力要求进行限幅处理得到储能设备处理指令。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述叠加单元包括：
第二接收模块，用于接收自动发电量控制AGC调度指令，监控发电机组出力信号；
第二合并模块，用于将所述第二接收模块获得的AGC调度指令与所述发电机组出力信号合成储能设备出力要求；
第二计算模块，用于在所述处理单元获得次同步模态阻尼电流指令后，根据系统总电流容量限幅和所述次同步模态阻尼电流指令计算储能设备AGC出力限幅；
第二限幅模块，用于利用所述第二计算模块计算得到的储能设备AGC出力限幅对所述第二合并模块得到的所述储能设备出力要求进行限幅后得到储能设备出力指令。
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Application publication date: 20120411 Assignee: Beijing Haibo Sichuang Technology Co.,Ltd. Assignor: RAY POWER SYSTEMS CO.,LTD. Contract record no.: X2022990000842 Denomination of invention: A Method and System for Controlling Subsynchronous Resonance Granted publication date: 20131002 License type: Common License Record date: 20221028 |
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