CN107742892A - 一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 - Google Patents
一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107742892A CN107742892A CN201711033380.9A CN201711033380A CN107742892A CN 107742892 A CN107742892 A CN 107742892A CN 201711033380 A CN201711033380 A CN 201711033380A CN 107742892 A CN107742892 A CN 107742892A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- energy storage
- mfrac
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，涉及新能源电力系统安全稳定控制，该方法先确定储能装置容量和储能装置安装位置，再分析储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律，然后以促进电力系统暂态能量衰减为目的，设计储能装置控制策略，最后根据储能装置控制策略，设计储能阻尼控制器；不仅对新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡均具有良好的抑制作用，而且对于新能源电力系统的复杂振荡模式具有良好的适应性，同时，在新能源出力具有较大随机性的情况下具有良好的鲁棒性。本设计不仅对新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡均具有良好的抑制作用，而且具有良好的适应性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统，尤其涉及一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，主要适用于抑制新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡，且具有良好的适应性与鲁棒性。
背景技术
大规模新能源并网已经成为了各国能源战略的一种发展趋势。然而随着并网新能源容量的增加，电力系统中某些振荡模式的阻尼不断降低，增加了电网发生功率振荡的风险。近几年来，国内外发生了多起风电场功率振荡事故，导致大规模风电机组脱网运行，严重威胁了电力系统的安全稳定。因此，为了保障含电力系统的安全稳定运行，抑制含新能源并网电力系统的功率振荡是其前提条件之一。
大规模新能源并网对电力系统振荡特性的影响主要体现在两个方面。一方面是新能源机组运行特性和常规同步发电机存在较大差异，新能源并网会给电力系统带来了一些新的振荡模式。新能源机组控制器与外送线路固定电容补偿之间、新能源机组轴系与外送线路固定电容器之间、新能源机组轴系与控制器之间相互作用以及锁相环回路稳定这四个方面都会引起新能源电网的功率振荡。另一方面，新能源机组并网会恶化常规机组之间的部分振荡模式的阻尼特性。大规模新能源机组接入电网会导致系统中某些常规机组间振荡模式的阻尼水平下降，增加了系统发生功率振荡的风险。
储能技术不断发展为新能源并网提供了一种可以选择的解决手段。储能被广泛应用于改善新能源机组的并网特性，参与含新能源并网电力系统的稳定控制以及优化含新能源并网电力系统的运行方式，国内外已经形成了张北风–光–储等众多的示范工程。由于储能具有良好的功率可调控特性，除了利用其来辅助新能源参与频率调整来降低“弃风”、“弃光”外，挖掘其改善新能源电力系统阻尼特性、提升含新能源并网电力系统稳定性，对充分利用储能装置具有重要的价值。
为了改善系统的阻尼特性，可以利用储能抑制含新能源并网电力系统的功率振荡现象。“应用飞轮储能系统阻尼电力系统低频振荡(电力系统自动化，2010，34(8)：29-33)”、“基于阻尼转矩分析法的储能系统抑制系统低频振荡(电力系统自动化，2009，33(12)：8-11)”、“电池储能装置在抑制电力系统低频振荡中的应用(电网技术，2008，32(6)：93-99)”、“利用储能抑制互联电力系统联络线功率振荡的研究(电力系统保护与控制，2013，41(17)：10-17)”以及“Energy-storage-basedlow-frequency oscillation damping controlusing particle swarm optimization and heuristic dynamic programming(IEEETransactions on Power Systems，2014，29(5)：2539-2548)”等提出了利用储能抑制电力系统低频振荡的方法。不过这些阻尼控制器都是针对某一特定的振荡模式设计的，对特定的系统振荡模式具有良好的效果。随着新能源电力系统振荡模式的复杂程度不断提高，这种针对某种振荡模式设计阻尼控制器的方法可能会导致“顾此失彼”的问题，因此，具有更高适应性、且对新能源电力系统中高频振荡和低频振荡均具有阻尼作用的储能控制器仍有待研究。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的利用储能抑制电力系统振荡方法适用范围窄的缺陷与问题，提供一种对新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡均具有良好的抑制作用，且具有良好的适应性和鲁棒性的抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，该方法包括以下步骤：
a、确定储能装置容量和储能装置安装位置
a1、对于含有新能源并网的电力系统，通过仿真分析得到电力系统中存在发生功率振荡风险的联络线Li，联络线Li两端母线的编号分别为M、N，其中母线M侧并网的新能源容量较多；
a2、根据联络线Li传输有功功率计划值PMNref，确定储能装置额定功率容量不小于5％PMNref；
a3、将额定功率容量不小于5％PMNref的储能装置安装在母线M处；
b、分析储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律
b1、计算储能装置接入母线M后电力系统的暂态能量增量ΔVE(t)
上式中，t表示时间，ts为电力系统暂态能量计算初始时刻，PES和QES分别表示储能装置有功功率出力和储能装置无功功率出力，UM0和UM分别表示ts和t时刻时母线M处电压的幅值，φM表示惯量中心坐标体系下母线M处的电压相角；
b2、计算电力系统暂态能量增量ΔVE(t)微分
b3、储能装置无功输出变化率则忽略其对电力系统暂态能量的影响，同时根据母线M处的电压相角φM和储能装置有功功率PES在复平面上的相位关系，计算得到储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律表达式：
c、以促进电力系统暂态能量衰减为目的，设计储能装置控制策略
c1、为了使得电力系统暂态能量快速衰减，储能装置有功功率PES需要满足：
c2、根据半正定理论，设计储能装置有功功率PES
上式中，KE为电力系统功率放大系数，其值大于零；
c3、假设联络线Li两侧发电机功角变化规律和其两侧母线M、N电压相角相同，计算惯量中心坐标系下母线M处的电压相角φM
上式中，φMr和φNr分别表示同步坐标系下母线M和N处的电压相角，MA和MB分别表示联络线M侧、N侧系统的惯量常数，联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN＝φMr-φNr；
c4、根据联络线Li传输有功功率PMN与联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN之间的关系计算得到储能装置控制策略：
上式中，UN表示母线N处电压的幅值，XMN表示联络线Li的线路阻抗，储能装置有功功率PES的相位与保持一致；
d、根据储能装置控制策略，设计储能阻尼控制器
d1、将母线M处监测的联络线Li传输有功功率PMN作为储能阻尼控制器的输入；
d2、将输入的联络线Li传输有功功率PMN减去联络线Li传输有功功率计划值PMNref，然后进行隔直、滤波以及标幺化处理后，得到输入功率信号Pf；
d3、计算输入功率信号微分采用模糊逻辑控制策略根据|dPf|和的大小，确定储能装置输出功率绝对值|PESO|；
d4、根据正负关系确定储能装置输出功率正负关系，若大于零，则储能装置输出功率指令PESO＝|PESO|；若小于等于零，则储能装置输出功率指令PESO＝-|PESO|；
d5、将储能装置输出功率指令PESO作为储能阻尼控制器的输出，以控制储能装置的有功功率PES。
所述步骤d3中的模糊逻辑控制策略的推理规则为：
当|dPf|或者的值越大时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越大；
当|dPf|和的值均越小或者接近零时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越小或者接近零。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法中先分析储能装置接入电力系统后对电网暂态能量的影响规律，再以促进电力系统暂态能量衰减为目的设计储能装置控制策略，然后根据储能装置控制策略设计储能阻尼控制器，这样的设计不仅对新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡均具有良好的抑制作用，而且对于新能源电力系统的复杂振荡模式具有良好的适应性，同时，在新能源出力具有较大随机性的情况下具有良好的鲁棒性；另外，利用新能源电力系统中安装的储能装置进行阻尼控制，有利于提升储能装置的利用效果。因此，本发明不仅对新能源电力系统中的低频振荡和高频振荡均具有良好的抑制作用，且具有良好的适应性和鲁棒性，而且有利于提升储能装置的利用效果。
附图说明
图1是一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法的流程图。
图2是本发明的实施例中改进的4机2区电力系统示意图。
图3是根据本发明控制方法设计的储能阻尼控制器框图。
图4是模糊逻辑推理输入输出变量的隶属度函数示意图。
图5是风电场出力200MW时本发明实施效果图。
图6是风电场出力400MW时本发明实施效果图。
图7是风电场出力600MW时本发明实施效果图。
图8是针对风电场高频振荡本发明实施效果图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，该方法包括以下步骤：
a、确定储能装置容量和储能装置安装位置
a1、对于含有新能源并网的电力系统，通过仿真分析得到电力系统中存在发生功率振荡风险的联络线Li，联络线Li两端母线的编号分别为M、N，其中母线M侧并网的新能源容量较多；
a2、根据联络线Li传输有功功率计划值PMNref，确定储能装置额定功率容量不小于5％OMNref；
a3、将额定功率容量不小于5％PMNref的储能装置安装在母线M处；
b、分析储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律
b1、计算储能装置接入母线M后电力系统的暂态能量增量ΔVE(t)
上式中，t表示时间，ts为电力系统暂态能量计算初始时刻，PES和QES分别表示储能装置有功功率出力和储能装置无功功率出力，UM0和UM分别表示ts和t时刻时母线M处电压的幅值，φM表示惯量中心坐标体系下母线M处的电压相角；
b2、计算电力系统暂态能量增量ΔVE(t)微分
b3、储能装置无功输出变化率则忽略其对电力系统暂态能量的影响，同时根据母线M处的电压相角φM和储能装置有功功率PES在复平面上的相位关系，计算得到储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律表达式：
c、以促进电力系统暂态能量衰减为目的，设计储能装置控制策略
c1、为了使得电力系统暂态能量快速衰减，储能装置有功功率PES需要满足：
c2、根据半正定理论，设计储能装置有功功率PES
上式中，KE为电力系统功率放大系数，其值大于零；
c3、假设联络线Li两侧发电机功角变化规律和其两侧母线M、N电压相角相同，计算惯量中心坐标系下母线M处的电压相角φM
上式中，φMr和φNr分别表示同步坐标系下母线M和N处的电压相角，MA和MB分别表示联络线M侧、N侧系统的惯量常数，联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN＝φMr-φNr；
c4、根据联络线Li传输有功功率PMN与联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN之间的关系计算得到储能装置控制策略：
上式中，UN表示母线N处电压的幅值，XMN表示联络线Li的线路阻抗，储能装置有功功率PES的相位与保持一致；
d、根据储能装置控制策略，设计储能阻尼控制器
d1、将母线M处监测的联络线Li传输有功功率PMN作为储能阻尼控制器的输入；
d2、将输入的联络线Li传输有功功率PMN减去联络线Li传输有功功率计划值PMNref，然后进行隔直、滤波以及标幺化处理后，得到输入功率信号Pf；
d3、计算输入功率信号微分采用模糊逻辑控制策略根据|dPf|和的大小，确定储能装置输出功率绝对值|PESO|；
d4、根据正负关系确定储能装置输出功率正负关系，若大于零，则储能装置输出功率指令PESO＝|PESO|；若小于等于零，则储能装置输出功率指令PESO＝-|PESO|；
d5、将储能装置输出功率指令PESO作为储能阻尼控制器的输出，以控制储能装置的有功功率PES。
所述步骤d3中的模糊逻辑控制策略的推理规则为：
当|dPf|或者的值越大时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越大；
当|dPf|和的值均越小或者接近零时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越小或者接近零。
本发明的原理说明如下：
本设计公开了一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，涉及新能源电力系统安全稳定控制。该储能阻尼控制方法通过分析储能装置接入电力系统后对暂态能量的影响规律，并以系统暂态能量快速衰减为目的，制定了储能控制的实现策略，最后依据储能控制策略设计了储能阻尼控制器；以系统暂态能量快速衰减为目的，控制储能装置有功输出，使得系统暂态能量在多种频率振荡模式下均能快速衰减，进而阻尼系统功率振荡的发生。不仅具有良好的鲁棒性，能够应对新能源出力的变化；同时该方法具有良好的适应性，针对新能源电力系统中的多种频率的振荡模式均具有良好的控制效果，有利于提升含新能源并网电力系统的安全稳定性，进而促进新能源并网和消纳。
利用新能源电力系统中安装的储能装置进行阻尼控制，有利于提升储能装置的利用效果；以暂态能量衰减为目的设计的储能阻尼控制器，对多种振荡模式均有良好的抑制作用，区别于针对某一振荡模式特定设计的阻尼控制器，所提控制方法对于新能源电力系统的复杂振荡模式有良好的适应性；相对于基于平衡点线性化所设计的阻尼控制器而言，所提控制方法在新能源出力具有较大随机性的情况下(系统运行状态变化)具有更好的鲁棒性。
惯量中心坐标系：系统内所有发电机功角均以系统惯量中心的等值转子角为参考的坐标系，系统惯量中心的等值转子角等于所有发电机转子角的加权平均值，且权重系数为各台发电机的惯性时间常数。
同步坐标系：系统内所有发电机功角均以系统内任意某一台发电机转子角为参考的坐标系。
实施例：
本发明所提供的一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，在如图2所示的含有风电并网的4机2区算例中进行验证，该算例系统中风电机组通过升压变压器和外送线路并入母线6，风电场装机容量为600MW，所述控制方法包括以下步骤：
a、确定储能装置容量和储能装置安装位置
a1、对于含有新能源并网的电力系统，通过仿真分析得到电力系统中存在发生功率振荡风险的联络线Li，联络线Li两端母线的编号分别为M、N，其中母线M侧并网的新能源容量较多；
a2、根据联络线Li传输有功功率计划值PMNref，确定储能装置额定功率容量不小于5％PMNref；
a3、将额定功率容量不小于5％PMNref的储能装置安装在母线M处；
对于图2所示的含有风电并网的4机2区算例，仿真发现联络线7-8-9是电力系统发生功率振荡风险最高的线路，且新能源电源风电机组位于母线7这一侧，根据步骤a所述，选择在母线7处安装储能装置；由于联络线7-8-9传输有功功率的计划值为450MW，则储能装置额定容量应不小于22.5MVA，本实施例中选择40MVA作为储能装置的额定容量；
b、分析储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律
b1、计算储能装置接入母线M后电力系统的暂态能量增量ΔVE(t)
上式中，t表示时间，ts为电力系统暂态能量计算初始时刻，PES和QES分别表示储能装置有功功率出力和储能装置无功功率出力，UM0和UM分别表示ts和t时刻时母线M处电压的幅值，φM表示惯量中心坐标体系下母线M处的电压相角；
b2、计算电力系统暂态能量增量ΔVE(t)微分
b3、考虑本发明是利用储能有功调节能力来阻尼系统振荡，储能装置无功输出变化率则忽略其对电力系统暂态能量的影响，同时根据母线M处的电压相角φM和储能装置有功功率PES在复平面上的相位关系，计算得到储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律表达式：
c、以促进电力系统暂态能量衰减为目的，设计储能装置控制策略
c1、为了使得电力系统暂态能量快速衰减，储能装置有功功率PES需要满足：
c2、根据半正定理论，设计储能装置有功功率PES
上式中，KE为电力系统功率放大系数，其值大于零；
c3、假设联络线Li两侧发电机功角变化规律和其两侧母线M、N电压相角相同，计算惯量中心坐标系下母线M处的电压相角φM
上式中，φMr和φNr分别表示同步坐标系下母线M和N处的电压相角，MA和MB分别表示联络线M侧、N侧系统的惯量常数，联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN＝φMr-φNr；
c4、为了避免测量联络线Li两端相角差，根据联络线Li传输有功功率PMN与联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN之间的关系计算得到只需要测量联络线功率的储能装置控制策略：
上式中，UN表示母线N处电压的幅值，XMN表示联络线Li的线路阻抗，由于所以储能装置有功功率PES的相位与保持一致；
d、根据储能装置控制策略，设计储能阻尼控制器
d1、将母线M处监测的联络线Li传输有功功率PMN作为储能阻尼控制器的输入；
d2、将输入的联络线Li传输有功功率PMN减去联络线Li传输有功功率计划值PMNref，然后进行隔直、滤波以及标幺化处理后，得到输入功率信号Pf；
d3、计算输入功率信号微分采用模糊逻辑控制策略根据|dPf|和的大小，确定储能装置输出功率绝对值|PESO|；
d4、根据正负关系确定储能装置输出功率正负关系，若大于零，则储能装置输出功率指令PESO＝|PESO|；若小于等于零，则储能装置输出功率指令PESO＝-|PESO|；
d5、将储能装置输出功率指令PESO作为储能阻尼控制器的输出，以控制储能装置的有功功率PES。
根据步骤d所述，通过监测联络线7-8-9有功功率情况设计储能阻尼控制器以加快电力系统暂态能量衰减速度，所设计的控制器结构如图3所示，该控制器的控制效果主要由两部分组成，一部分是根据|dPf|和大小决定储能输出功率大小来决定暂态能量衰减的速度，当联络线功率变化率较大或者联络线功率偏差较大时，系统中暂态能量比较多，储能输出较大的功率有助于系统暂态能量的衰减；另一部分是根据正负号决定输出功率相位，保证储能装置在各种运行情况均能够有效促进系统暂态能量衰减。
步骤d3中的模糊逻辑控制以|dPf|以及为输入，储能装置输出功率绝对值|PESO|为输出。两个输入变量的隶属度函数相同，如图4(a)所示，Z(零)、S(小)、M(中)、L(大)分别表示4个模糊子集；输出变量的隶属度函数如图4(b)所示，包含Z(零)、S(小)、M(中)、L(大)4个模糊子集。为了使所设计控制器具有更加普遍的通用性，输入输出变量均需要根据系统实际工况进行标幺化，输入输出变量的变化范围均在[0，1]之间。以加快系统暂态能量衰减为目的，设计如下模糊逻辑推理原则为：
当|dPf|或者的值越大时，系统暂态能量比较大，储能装置输出较大功率值来促进暂态能量衰减，储能装置输出功率绝对值|PESO|越大；
当|dPf|和的值均越小或者接近零时，系统暂态能量几乎衰减为零，系统将渐进稳定，储能装置输出功率绝对值|PESO|越小或者接近零。依据该原则设计的模糊逻辑推理规则如表1所示。
表1模糊逻辑推理规则表
为了验证本发明中的一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法的效果，选取“Energy-storage-based low-frequency oscillation damping controlusing particle swarm optimization and heuristic dynamic programming(IEEETransactions on Power Systems，2014，29(5)：2539-2548)”中的储能阻尼控制器作为对比参考。为了描述方便，对比参考的储能阻尼控制方法简称参考控制，本发明所提的储能阻尼控制方法简称本发明控制。
当风电场风力资源较小时，风电场有功出力为200MW，该种运行工况下母线9发生持续时间为0.1秒的三相金属性瞬时短路故障后，区域间联络线7-8-9传输有功功率情况如图5所示(图5中黑色虚线表示没有实施控制的效果，黑色点虚线表示实施参考控制后的效果，黑色实线表示实施本发明控制后的效果)。由图5可知：采用参考控制和本发明控制后，原本10s都不会平息的联络线功率振荡在6s左右均能达到稳定，参考控制和本发明控制作用效果比较接近。
当风速增加后，风电机组并网功率增加到400MW。在相同故障情况下，区域间联络线有功功率情况如图6所示(图6中黑色虚线表示没有实施控制的效果，黑色点虚线表示实施参考控制后的效果，黑色实线表示实施本发明控制后的效果)。由图6可知：随着风电并网功率增加，区域间联络线7-8-9传输功率也相应地发生了增加，区域间振荡模态的阻尼水平被恶化，区域间联络线7-8-9传输功率的振荡幅度也会增加。由于参考控制器是基于风电机组出力200MW情况下所设计的，控制器参数对系统运行状态有较强依赖性，随着风电出力增加，参考控制对系统功率振荡的阻尼作用效果降低，其控制效果比本发明控制效果相比变差。
进一步地增加风电机组风速，使得风电机组处于满发状态，风电机组并网有功功率达到600MW。在母线9处发生相同故障后，区域间联络线7-8-9的有功功率变化情况如图7所示(图7中黑色虚线表示没有实施控制的效果，黑色点虚线表示实施参考控制后的效果，黑色实线表示实施本发明控制后的效果)。由图7可知：当风电场处于满发状态时，联络线传输功率进一步增加到了560MW，联络线两端母线电压相角差也逐步增加，区域间振荡模态的阻尼水平得到明显恶化，区域间联络线7-8-9传输功率振荡幅度明显变大、衰减速度显著减慢。基于风电并网功率200MW工况设计的参考控制难以良好镇定区域间的联络线功率振荡，不过本发明控制以系统暂态能量衰减为目的，根据区域间联络线两端母线电压相角差情况实时确定储能输出功率的相位，能够适应含风电电力系统各种运行工况，不管在风电机组运行于低功率出力状态还是满发工况下，均能够良好地阻尼区域间联络线上的功率振荡现象。
进一步为了验证控制器对风电机组带来的高频振荡的适应性，在风电场出力400MW的情况下，增加风电场并网出线13-6的阻抗并将其锁相环参数增加到原来1.25倍，降低系统中风电机组振荡模式的阻尼比。当母线9处发生三相非金属短路时，区域间联络线7-8-9的有功功率变化情况如图8所示(图8中黑色虚线表示没有实施控制的效果，黑色点虚线表示实施参考控制后的效果，黑色实线表示实施本发明控制后的效果)。由图8可知：故障清除之后，虽然联络线的机电振荡模式快速衰减并趋于稳定，但是由于风电机组振荡模式阻尼较弱，该振荡模式容易被激发。在不采用任何控制效果的情况下，该振荡模式振荡幅度逐步增加，严重威胁系统安全稳定运行。虽然参考控制对该种振荡模式有微弱的阻尼作用，但是由于这种控制器主要针对系统机电振荡模式设计的，难以有效阻尼该种高频振荡模式。然而本发明控制器以快速平息系统中的暂态能量为目的，能够有效的阻尼该种振荡模式。
由此可见，本发明中的一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，不仅能够适应风电机组的各种运行状态的变化，而且其区别于针对某一振荡模式特定设计的阻尼控制器，对系统发生的多种振荡模式均具有良好的阻尼作用，是一种适用于抑制含风电并网电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制。
Claims (2)
1.一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、确定储能装置容量和储能装置安装位置
a1、对于含有新能源并网的电力系统，通过仿真分析得到电力系统中存在发生功率振荡风险的联络线Li，联络线Li两端母线的编号分别为M、N，其中母线M侧并网的新能源容量较多；
a2、根据联络线Li传输有功功率计划值PMNref，确定储能装置额定功率容量不小于5％PMNref；
a3、将额定功率容量不小于5％PMNref的储能装置安装在母线M处；
b、分析储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律
b1、计算储能装置接入母线M后电力系统的暂态能量增量ΔVE(t)
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Integral;</mo>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>S</mi>
</msub>
<mi>t</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<munderover>
<mo>&Integral;</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</munderover>
<mfrac>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mfrac>
<msub>
<mi>dU</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mrow>
上式中，t表示时间，ts为电力系统暂态能量计算初始时刻，PES和QES分别表示储能装置有功功率出力和储能装置无功功率出力，UM0和UM分别表示ts和t时刻时母线M处电压的幅值，φM表示惯量中心坐标体系下母线M处的电压相角；
b2、计算电力系统暂态能量增量ΔVE(t)微分
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dP</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mo>&part;</mo>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dQ</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dP</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dQ</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
b3、储能装置无功输出变化率则忽略其对电力系统暂态能量的影响，同时根据母线M处的电压相角φM和储能装置有功功率PES在复平面上的相位关系，计算得到储能装置接入后对电网暂态能量的影响规律表达式：
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
c、以促进电力系统暂态能量衰减为目的，设计储能装置控制策略
c1、为了使得电力系统暂态能量快速衰减，储能装置有功功率PES需要满足：
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&Delta;V</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo><</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
c2、根据半正定理论，设计储能装置有功功率PES
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>d&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
上式中，KE为电力系统功率放大系数，其值大于零；
c3、假设联络线Li两侧发电机功角变化规律和其两侧母线M、N电压相角相同，计算惯量中心坐标系下母线M处的电压相角φM
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mrow>
<mi>N</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
上式中，φMr和φNr分别表示同步坐标系下母线M和N处的电压相角，MA和MB分别表示联络线M侧、N侧系统的惯量常数，联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN＝φMr-φNr；
c4、根据联络线Li传输有功功率PMN与联络线Li两端母线M、N电压相角差φMN之间的关系计算得到储能装置控制策略：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>E</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
<mrow>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>A</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>M</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>M</mi>
</msub>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>X</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mi>cos</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&phi;</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>dP</mi>
<mrow>
<mi>M</mi>
<mi>N</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
上式中，UN表示母线N处电压的幅值，XMN表示联络线Li的线路阻抗，储能装置有功功率PES的相位与保持一致；
d、根据储能装置控制策略，设计储能阻尼控制器
d1、将母线M处监测的联络线Li传输有功功率PMN作为储能阻尼控制器的输入；
d2、将输入的联络线Li传输有功功率PMN减去联络线Li传输有功功率计划值PMNref，然后进行隔直、滤波以及标幺化处理后，得到输入功率信号Pf；
d3、计算输入功率信号微分采用模糊逻辑控制策略根据|dPf|和的大小，确定储能装置输出功率绝对值|PESO|；
d4、根据正负关系确定储能装置输出功率正负关系，若大于零，则储能装置输出功率指令PESO＝|PESO|；若小于等于零，则储能装置输出功率指令PESO＝-|PESO|；
d5、将储能装置输出功率指令PESO作为储能阻尼控制器的输出，以控制储能装置的有功功率PES。
2.根据权利要求1所述的一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法，其特征在于：所述步骤d3中的模糊逻辑控制策略的推理规则为：
当|dPf|或者的值越大时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越大；
当|dPf|和的值均越小或者接近零时，储能装置输出功率绝对值|PESO|越小或者接近零。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711033380.9A CN107742892B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711033380.9A CN107742892B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107742892A true CN107742892A (zh) | 2018-02-27 |
| CN107742892B CN107742892B (zh) | 2019-07-12 |
Family
ID=61233167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711033380.9A Active CN107742892B (zh) | 2017-10-30 | 2017-10-30 | 一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107742892B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108462192A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-08-28 | 清华大学 | 电力系统宽频带振荡的模式分析方法 |
| CN110535151A (zh) * | 2019-09-21 | 2019-12-03 | 沈阳工程学院 | 一种提升含高比例风电的末端电网暂态稳定性的方法 |
| CN110635494A (zh) * | 2019-11-13 | 2019-12-31 | 云南电网有限责任公司 | 一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法 |
| CN112381671A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-19 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 一种新能源场站并网电力系统的宽频振荡风险评估方法 |
| CN112505407A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质 |
| CN117439113A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-23 | 平高集团储能科技有限公司 | 一种飞轮锂离子混合储能系统宽频振荡抑制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101969205A (zh) * | 2010-10-20 | 2011-02-09 | 华中电网有限公司 | 采用储能装置抑制互联电力系统联络线功率振荡的方法 |
| CN102157933A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-08-17 | 华北电力大学 | 一种电力系统稳定器设计方法 |
| EP2698920A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-19 | ABB Technology AG | Phase-locked loop |
| CN104680323A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-06-03 | 华北电力大学 | 电力系统能量稳定域构建系统及方法 |
| CN106911274A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-30 | 中国电力科学研究院 | 一种原动机调速系统附加阻尼器控制方法 |
-
2017
- 2017-10-30 CN CN201711033380.9A patent/CN107742892B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101969205A (zh) * | 2010-10-20 | 2011-02-09 | 华中电网有限公司 | 采用储能装置抑制互联电力系统联络线功率振荡的方法 |
| CN102157933A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-08-17 | 华北电力大学 | 一种电力系统稳定器设计方法 |
| EP2698920A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-19 | ABB Technology AG | Phase-locked loop |
| CN104680323A (zh) * | 2015-03-02 | 2015-06-03 | 华北电力大学 | 电力系统能量稳定域构建系统及方法 |
| CN106911274A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-06-30 | 中国电力科学研究院 | 一种原动机调速系统附加阻尼器控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈磊等: "利用暂态能量流的次同步强迫振荡扰动源定位及阻尼评估", 《电力系统自动化》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108462192A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-08-28 | 清华大学 | 电力系统宽频带振荡的模式分析方法 |
| CN110535151A (zh) * | 2019-09-21 | 2019-12-03 | 沈阳工程学院 | 一种提升含高比例风电的末端电网暂态稳定性的方法 |
| CN110535151B (zh) * | 2019-09-21 | 2022-11-01 | 沈阳工程学院 | 一种提升含高比例风电的末端电网暂态稳定性的方法 |
| CN110635494A (zh) * | 2019-11-13 | 2019-12-31 | 云南电网有限责任公司 | 一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法 |
| CN110635494B (zh) * | 2019-11-13 | 2023-11-24 | 云南电网有限责任公司 | 一种应用于超低频振荡抑制的储能控制参数优化选取方法 |
| CN112381671A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-02-19 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 一种新能源场站并网电力系统的宽频振荡风险评估方法 |
| CN112381671B (zh) * | 2020-11-30 | 2023-10-27 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 一种新能源场站并网电力系统的宽频振荡风险评估方法 |
| CN112505407A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质 |
| CN112505407B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-11-29 | 中国电力科学研究院有限公司 | 电网宽频振荡监测方法、系统、设备及可读存储介质 |
| CN117439113A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-23 | 平高集团储能科技有限公司 | 一种飞轮锂离子混合储能系统宽频振荡抑制方法 |
| CN117439113B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-02-27 | 平高集团储能科技有限公司 | 一种飞轮锂离子混合储能系统宽频振荡抑制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107742892B (zh) | 2019-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107742892A (zh) | 一种抑制新能源电力系统宽频带振荡的储能阻尼控制方法 | |
| Li et al. | Stability control for wind in weak grids | |
| Yao et al. | Sub-synchronous resonance damping control for series-compensated DFIG-based wind farm with improved particle swarm optimization algorithm | |
| Wang et al. | Adjustable inertial response from the converter with adaptive droop control in DC grids | |
| CN107017646B (zh) | 基于虚拟阻抗控制的双馈风机次同步振荡抑制方法 | |
| Brekken et al. | A novel doubly-fed induction wind generator control scheme for reactive power control and torque pulsation compensation under unbalanced grid voltage conditions | |
| Wang et al. | Dynamic stability analysis of a DFIG-based offshore wind farm connected to a power grid through an HVDC link | |
| US9300142B2 (en) | Method for emulation of synchronous machine | |
| Wang et al. | Compensation of network voltage unbalance using doubly fed induction generator-based wind farms | |
| CN105449699B (zh) | 双馈感应风电机组非线性分数阶自抗扰阻尼控制方法 | |
| CN107425539A (zh) | 电网不对称故障下双馈风电机组的增强低电压穿越控制方法 | |
| CN107634524A (zh) | 一种应用于虚拟同步发电机控制器的附加阻尼控制方法 | |
| CN105703382A (zh) | 一种风电场次同步振荡抑制方法和系统 | |
| Zhang et al. | Impedance modeling and SSR analysis of DFIG using complex vector theory | |
| CN112993991A (zh) | 一种风机双通道阻尼控制低频振荡广域阻尼控制方法 | |
| Mishra et al. | Flicker attenuation using FACTS device for DFIG-based WECS connected to distribution network | |
| Xue et al. | Analysis of sub-synchronous band oscillation in a DFIG system with non-smooth bifurcation | |
| Zhang et al. | Virtual shaft control of DFIG-based wind turbines for power oscillation suppression | |
| Pham-Dinh et al. | Comparison between modifications of SFOC and DPC in control of grid-connected doubly fed induction generator under unbalanced voltage dip | |
| Moghadam et al. | Wind power plant grid-forming control and influences on the power train and power system oscillations | |
| Tian et al. | Dual-mode Switching Fault Ride-through Control Strategy for Self-synchronous Wind Turbines | |
| Chen et al. | Active damping of torsional vibrations in the drive train of a DFIG wind turbine | |
| CN115459300A (zh) | 一种基于线性自抗扰控制的双馈风电场次同步振荡抑制方法 | |
| Alalwani et al. | Inter-area Oscillation Damping Controller for DFIG based Wind Power Plants | |
| Li et al. | Robust nonlinear control of DFIG-based wind farms for damping inter-area oscillations of power systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |