CN108242815B - 用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法 - Google Patents

用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法，涉及风力发电技术领域。其中，电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路；锁相环电路对风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号；VSG控制器根据系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，分别输出到风力发电机变流器硬件电路和储能变流器硬件电路；风力发电机变流器硬件电路根据风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网；储能变流器硬件电路根据储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网。

Description

用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法。
背景技术
近年来，我国新能源发电发展迅猛，自2015年起，风力发电已经成为继煤电(火力发电)、水电后的第三大电源。与常规火力发电的同步发电机不同，风力发电机组通过变流器并网，输出有功功率与电网频率完全解耦。当系统由于直流闭锁、切机或负荷突变等原因导致系统频率发生变化时，风力发电机组不具备电网频率变化时的主动响应能力。随着风力发电机组在电网中渗透率的不断提高，当前迫切需要风力发电机组具备与传统同步发电机类似的调频能力。借鉴传统火力发电机组的运行经验，在风力发电技术中，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，简称VSG)技术被广泛应用，VSG技术通过对电力电子逆变器的控制，使逆变电源具有传统同步发电机的特性，因此风力发电领域中的风力发电机组大多采用VSG技术。
国内外针对风力发电机组的调频方法已经开展了部分研究。针对风力发电机组的调频方法，主要是通过调整机组控制策略利用其“隐含”的转子惯量响应系统频率变化。常见的方法主要包括：模拟惯量控制，频率下垂控制、转子转速控制、桨距角控制以及协调控制，具有良好的控制效果。
然而现有技术中的上述控制策略在协助风力发电机组进行功率支撑时，会影响风力发电机组的出力水平。现有技术方法会使风力发电机组偏离最大功率运行点，如果长期运行，则会大大降低风电场运营商的经济效益。而风电场一般配置适量的储能，利用其响应快速、灵活可控的特点，参与风电场的一次频率响应，可以减少风电场因提供一次调频而造成的弃风，但完全依赖配置储能来进行调频会导致风电场一次投资成本大大增加。可见，当前如何实现一种简易且成本相对较低的用于风机功率跌落补足的调频方法成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法，以实现一种简易且成本相对较低的用于风机功率跌落补足的调频方法的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，包括电压采样装置、锁相环电路、VSG控制器、风力发电机变流器硬件电路和储能变流器硬件电路；
所述电压采样装置分别与所述风力发电机变流器硬件电路的输出端和所述锁相环电路的输入端连接；所述锁相环电路的输出端与所述VSG控制器的输入端连接；所述VSG控制器的第一输出端连接所述风力发电机变流器硬件电路的输入端；所述VSG控制器的第二输出端连接所述储能变流器硬件电路的输入端；所述风力发电机变流器硬件电路的输出端和所述储能变流器硬件电路的输出端连接外部电网；
所述电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到所述锁相环电路；
所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向所述VSG控制器输出系统频率信号；
所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将储能调频功率信号输出到所述储能变流器硬件电路；
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到所述外部电网；
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到所述外部电网。
进一步的，该用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统还包括信号发生器电路；所述信号发生器电路的输出端与所述锁相环电路和VSG控制器连接。
具体的，所述锁相环电路包括第一累加器电路、比例积分环节电路、第二累加器电路、积分器电路和派克变换电路；
所述派克变换电路的第一输入端连接所述电压采样装置，以接收风力发电机输出电压；所述派克变换电路的第二输入端连接所述积分器电路的输出端，以接收系统频率电角度；所述派克变换电路的输出端输出交轴电压信号至所述第一累加器电路；
所述第一累加器电路还接收信号发生器电路输出的置零信号，进行累加处理后输出到所述比例积分环节电路的输入端；
所述比例积分环节电路的输出端输出系统频率变化量信号到所述第二累加器电路；
所述第二累加器电路还接收信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后形成系统频率信号，并输出到所述积分器电路的输入端和所述VSG控制器的输入端。
具体的，所述VSG控制器包括第三累加器电路、第一乘法器电路、第一微分器电路、第二乘法器电路、第四累加器电路、第一延时闭锁电路、第五累加器电路、第三乘法器电路、第二微分器电路、第四乘法器电路、第六累加器电路和第二延时闭锁电路；
所述第三累加器电路接收所述系统频率信号和信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第一乘法器电路和第一微分器电路；所述第一乘法器电路的输出信号输出到所述第四累加器电路；所述第一微分器电路的输出信号输出到所述第二乘法器电路；所述第二乘法器电路的输出信号输出到所述第四累加器电路；所述第四累加器电路的输出信号输出到所述第一延时闭锁电路，产生风力发电机调频功率信号并输出到所述风力发电机变流器硬件电路；
所述第五累加器电路接收所述系统频率信号和信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第三乘法器电路和第二微分器电路；所述第三乘法器电路的输出信号输出到所述第六累加器电路；所述第二微分器电路的输出信号输出到所述第四乘法器电路；所述第四乘法器电路的输出信号输出到所述第六累加器电路；所述第六累加器电路的输出信号输出到所述第二延时闭锁电路，产生储能调频功率信号并输出到所述储能变流器硬件电路。
此外，所述电压采样装置为电压互感器。
一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，应用于上述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统；所述方法包括：
电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路；
所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号；
所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将所述风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将所述储能调频功率信号输出到储能变流器硬件电路；
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网；
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网。
具体的，所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号包括：
所述锁相环电路通过交轴电压信号置零的方式对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号。
具体的，所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号包括：
在风力发电机进入调频状态的时长t小于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器根据公式：确定风力发电机调频功率信号PfD；其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量；
在风力发电机进入调频状态的时长t大于等于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器确定风力发电机调频功率信号PfD＝0。
具体的，所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定储能调频功率信号包括：
在风力发电机进入调频状态的时长t大于等于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器根据公式：确定储能调频功率信号Pfbat；其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量；
在风力发电机进入调频状态的时长t小于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器确定储能调频功率信号Pfbat＝0。
具体的，所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网包括：
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号，控制风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流到外部电网；其中，在PfD＝0时，保持风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
具体的，所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网包括：
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号，控制储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的储能输出电压和储能输出电流到外部电网；其中，在Pfbat＝0时，保持储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
本发明实施例提供的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统及方法，能够充分利用风力发电机转子惯量的调频能力，并利用储能来进行辅助调频，相比于单独采用风力发电机转子惯量调频，可大幅提高风电场的调频能力，相比于单独利用储能调频，又可减少储能的配置容量，节约风电场投入成本。
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地介绍，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为现有技术中单独采用风力发电机转子惯量调频时的系统频率特性示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统的结构示意图二；
图4为本发明实施例中的电容及开关器件电路示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法的流程图一；
图6为本发明实施例提供的一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法的流程图二；
图7为本发明实施例中的一频率特性曲线示意图；
图8为本发明实施例中的一出力情况示意图。
具体实施方式
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。
值得说明的是，发明人在实现本发明实施例时发现，现有技术均未同时考虑利用风力发电机转子惯量和储能为风电场提供一次调频能力，如后续本发明实施例通过采用风力发电机转子惯量和储能协调调频方法，相比于单独采用风力发电机转子惯量调频，可大幅提高风电场的调频能力，相比于单独利用储能调频，可节约风电场投入成本。
为了体现本发明实施例的效果，在描述本发明实施例所采用的具体实施方式之前，首先来说明单独采用风力发电机转子惯量调频和单独利用储能调频的缺陷：
如图1所示，其提供了单独采用风力发电机转子惯量调频时的系统频率特性，可以发现，单独采用风力发电机转子惯量调频时，相比于风力发电机不调频的情况，改善效果不明显。
另外，如下表1所示，在单独采用储能进行调频时，一个100MW风电场需要支付的一次投资成本具大。
表1单独采用储能进行调频的成本表
基于以上缺陷，本发明实施例提出一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，该系统利用风力发电机和储能进行协调调频，可以明显改善高渗透电网的频率特性，同时，该系统还可充分发挥风力发电机转子惯量调频能力，减少储能的配置容量，可节约风电场的一次投资成本。其具体实施方式如下：
如图2所示，本发明实施例提供一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统10，包括电压采样装置11、锁相环电路12、VSG控制器13、风力发电机变流器硬件电路14和储能变流器硬件电路15。该电压采样装置11可以采用电压互感器。
电压采样装置11分别与风力发电机变流器硬件电路14的输出端和锁相环电路12的输入端连接；锁相环电路12的输出端与VSG控制器13的输入端连接；VSG控制器13的第一输出端连接风力发电机变流器硬件电路14的输入端；VSG控制器13的第二输出端连接储能变流器硬件电路15的输入端；风力发电机变流器硬件电路14的输出端和储能变流器硬件电路15的输出端连接外部电网20。
电压采样装置11对风力发电机变流器硬件电路14的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路12。
锁相环电路12对风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器13输出系统频率信号。
VSG控制器13根据系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将风力发电机调频功率信号输出到风力发电机变流器硬件电路14，将储能调频功率信号输出到储能变流器硬件电路15。
风力发电机变流器硬件电路14根据风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网20。
储能变流器硬件电路15根据储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网20。
进一步的，如图3所示，该用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统10还包括信号发生器电路16。所述信号发生器电路16的输出端与所述锁相环电路12和VSG控制器13连接。
具体的，如图3所示，所述锁相环电路12包括第一累加器电路120、比例积分环节电路121、第二累加器电路122、积分器电路123和派克变换电路124。
该派克变换电路124的第一输入端连接所述电压采样装置11，以接收风力发电机输出电压；所述派克变换电路124的第二输入端连接所述积分器电路123的输出端，以接收系统频率电角度；所述派克变换电路124的输出端输出交轴电压信号至所述第一累加器电路120。
所述第一累加器电路120还接收信号发生器电路16输出的置零信号，进行累加处理后输出到所述比例积分环节电路121的输入端。
所述比例积分环节电路121的输出端输出系统频率变化量信号到所述第二累加器电路122。
所述第二累加器电路122还接收信号发生器电路16输出的系统额定频率信号(一般为50Hz频率信号，即工频)，进行累加处理后形成系统频率信号，并输出到所述积分器电路123的输入端和所述VSG控制器13的输入端。
具体的，如图3所示，所述VSG控制器13包括第三累加器电路130、第一乘法器电路131、第一微分器电路132、第二乘法器电路133、第四累加器电路134、第一延时闭锁电路135、第五累加器电路136、第三乘法器电路137、第二微分器电路138、第四乘法器电路139、第六累加器电路1310和第二延时闭锁电路1311。
所述第三累加器电路130接收所述系统频率信号和信号发生器电路16输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第一乘法器电路131和第一微分器电路132；所述第一乘法器电路131的输出信号输出到所述第四累加器电路134；所述第一微分器电路132的输出信号输出到所述第二乘法器电路133；所述第二乘法器电路133的输出信号输出到所述第四累加器电路134；所述第四累加器电路134的输出信号输出到所述第一延时闭锁电路135，产生风力发电机调频功率信号并输出到所述风力发电机变流器硬件电路14。
所述第五累加器电路136接收所述系统频率信号和信号发生器电路16输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第三乘法器电路137和第二微分器电路138；所述第三乘法器电路137的输出信号输出到所述第六累加器电路1310；所述第二微分器电路138的输出信号输出到所述第四乘法器电路139；所述第四乘法器电路139的输出信号输出到所述第六累加器电路1310；所述第六累加器电路1310的输出信号输出到所述第二延时闭锁电路1311，产生储能调频功率信号并输出到所述储能变流器硬件电路15。
另外，在上述风力发电机变流器硬件电路14根据风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网20，以及，储能变流器硬件电路15根据储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网20的过程中，确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流和确定调频后的储能输出电压和储能输出电流的方式均可以采用如图4所示的电容及开关器件电路实现，通过风力发电机调频功率信号或储能调频功率信号输入到开关器件Q1至Q6的a、b、c、a’、b’、c’端，使得开关器件Q1至Q6产生通断变化，从而由电容Vdc最后输出到三相的电压和电流会存在变化，从而实现了调频过程。
本发明实施例提供的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，能够充分利用风力发电机转子惯量的调频能力，并利用储能来进行辅助调频，相比于单独采用风力发电机转子惯量调频，可大幅提高风电场的调频能力，相比于单独利用储能调频，又可减少储能的配置容量，节约风电场投入成本。
应用于上述图2和图3所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，如图5所示，本发明实施例提供一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，包括：
步骤201、电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路。
步骤202、锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号。
步骤203、VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将所述风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将所述储能调频功率信号输出到储能变流器硬件电路。
在步骤203之后执行步骤204或者步骤205。
步骤204、风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网。
步骤205、储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网。
本发明实施例提供的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，能够充分利用风力发电机转子惯量的调频能力，并利用储能来进行辅助调频，相比于单独采用风力发电机转子惯量调频，可大幅提高风电场的调频能力，相比于单独利用储能调频，又可减少储能的配置容量，节约风电场投入成本。
为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图6所示，本发明实施例提供一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，包括：
步骤301、电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路。
步骤302、锁相环电路通过交轴电压信号置零的方式对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号。
在步骤302之后，执行步骤303或者步骤304；
步骤303、在风力发电机进入调频状态的时长t小于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器根据公式：确定风力发电机调频功率信号PfD，VSG控制器确定储能调频功率信号Pfbat＝0。
其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量。
步骤304、在风力发电机进入调频状态的时长t大于等于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器确定风力发电机调频功率信号PfD＝0，VSG控制器根据公式：确定储能调频功率信号Pfbat。
其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量。
在步骤303和步骤304之后执行步骤305。
步骤305、VSG控制器将所述风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将所述储能调频功率信号输出到储能变流器硬件电路。
在步骤305之后执行步骤306或者步骤307。
步骤306、风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号，控制风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流到外部电网。
其中，在PfD＝0时，保持风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
步骤307、储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号，控制储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的储能输出电压和储能输出电流到外部电网。
其中，在Pfbat＝0时，保持储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
为了说明本发明实施例的效果，下面列举一个本发明实施例的具体应用实例：
在风电装机占比为20％的电网中，施加5％系统容量的负荷扰动，仅储能调频时和采用本发明实施例的风力发电机和储能协调调频时，系统的频率特性如图7所示。
采用本发明实施例的风储协调方式的调频效果，和储能单独调频方式的调频效果基本一致。
两种方式的频率最低值均为49.81Hz，频率稳态值均为49.878Hz，相比不调频的系统频率，系统频率最低点抬升了41％，频率稳态值抬升了20％，明显改善了系统频率特性。
另外，如图8所示为仅储能调频和本发明实施例的风储协调调频这两种方式的出力情况。可见，在调频过程中，风力发电机支撑10s，支撑过程中同时进行一次调频和惯性支撑，10s时风力发电机退出调频后采用固定值恢复，固定值略小于机械功率，保证风机转速恢复。储能在风力发电机退出调频后开始进行支撑，支撑出力包括三部分，分别为一次调频，惯量和风力发电机为了恢复转速而减少的出力。本发明实施例中的风储协调的调频效果与储能单独调频时基本一致。
风速为8m/s的工况下，与储能单独调频方式相比，采用本发明实施例的风储协调调频的方式(储能为风力发电机补坑)时，储能出力相对平滑，出力的峰值较小。采用储能单独调频时需要配置8％风场容量的储能，采用本发明实施例的风储协调调频时仅需要配置5.7％风场容量的储能，相对于储能单独调频时需要配置的储能来讲节约了28％。
本发明实施例提供的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，能够充分利用风力发电机转子惯量的调频能力，并利用储能来进行辅助调频，相比于单独采用风力发电机转子惯量调频，可大幅提高风电场的调频能力，相比于单独利用储能调频，又可减少储能的配置容量，节约风电场投入成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，其特征在于，包括电压采样装置、锁相环电路、VSG控制器、风力发电机变流器硬件电路和储能变流器硬件电路；
所述电压采样装置分别与所述风力发电机变流器硬件电路的输出端和所述锁相环电路的输入端连接；所述锁相环电路的输出端与所述VSG控制器的输入端连接；所述VSG控制器的第一输出端连接所述风力发电机变流器硬件电路的输入端；所述VSG控制器的第二输出端连接所述储能变流器硬件电路的输入端；所述风力发电机变流器硬件电路的输出端和所述储能变流器硬件电路的输出端连接外部电网；
所述电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到所述锁相环电路；
所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向所述VSG控制器输出系统频率信号；其中，所述锁相环电路通过交轴电压信号置零的方式对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号；
所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将储能调频功率信号输出到所述储能变流器硬件电路；
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到所述外部电网；
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到所述外部电网；
其中，所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，还包括信号发生器电路；所述信号发生器电路的输出端与所述锁相环电路和VSG控制器连接；
其中，所述锁相环电路包括第一累加器电路、比例积分环节电路、第二累加器电路、积分器电路和派克变换电路；
所述派克变换电路的第一输入端连接所述电压采样装置，以接收风力发电机输出电压；所述派克变换电路的第二输入端连接所述积分器电路的输出端，以接收系统频率电角度；所述派克变换电路的输出端输出交轴电压信号至所述第一累加器电路；
所述第一累加器电路还接收信号发生器电路输出的置零信号，进行累加处理后输出到所述比例积分环节电路的输入端；
所述比例积分环节电路的输出端输出系统频率变化量信号到所述第二累加器电路；
所述第二累加器电路还接收信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后形成系统频率信号，并输出到所述积分器电路的输入端和所述VSG控制器的输入端。
2.根据权利要求1所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，其特征在于，所述VSG控制器包括第三累加器电路、第一乘法器电路、第一微分器电路、第二乘法器电路、第四累加器电路、第一延时闭锁电路、第五累加器电路、第三乘法器电路、第二微分器电路、第四乘法器电路、第六累加器电路和第二延时闭锁电路；
所述第三累加器电路接收所述系统频率信号和信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第一乘法器电路和第一微分器电路；所述第一乘法器电路的输出信号输出到所述第四累加器电路；所述第一微分器电路的输出信号输出到所述第二乘法器电路；所述第二乘法器电路的输出信号输出到所述第四累加器电路；所述第四累加器电路的输出信号输出到所述第一延时闭锁电路，产生风力发电机调频功率信号并输出到所述风力发电机变流器硬件电路；
所述第五累加器电路接收所述系统频率信号和信号发生器电路输出的系统额定频率信号，进行累加处理后输出到所述第三乘法器电路和第二微分器电路；所述第三乘法器电路的输出信号输出到所述第六累加器电路；所述第二微分器电路的输出信号输出到所述第四乘法器电路；所述第四乘法器电路的输出信号输出到所述第六累加器电路；所述第六累加器电路的输出信号输出到所述第二延时闭锁电路，产生储能调频功率信号并输出到所述储能变流器硬件电路。
3.根据权利要求1-2任一项所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统，其特征在于，所述电压采样装置为电压互感器。
4.一种用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统；所述方法包括：
电压采样装置对风力发电机变流器硬件电路的风力发电机输出电压进行采样，并输出到锁相环电路；
所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号；
所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号和储能调频功率信号，并将所述风力发电机调频功率信号输出到所述风力发电机变流器硬件电路，将所述储能调频功率信号输出到储能变流器硬件电路；
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网；
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网；
其中，所述锁相环电路对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号包括：
所述锁相环电路通过交轴电压信号置零的方式对所述风力发电机输出电压进行锁相，生成并向VSG控制器输出系统频率信号；
其中，所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定风力发电机调频功率信号包括：
在风力发电机进入调频状态的时长t小于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器根据公式：确定风力发电机调频功率信号PfD；其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量；
在风力发电机进入调频状态的时长t大于等于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器确定风力发电机调频功率信号PfD＝0。
5.根据权利要求4所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，其特征在于，所述VSG控制器根据所述系统频率信号确定储能调频功率信号包括：
在风力发电机进入调频状态的时长t大于等于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器根据公式：确定储能调频功率信号Pfbat；其中，fD为系统频率的变化量，fD＝fN-fpll；fN为系统额定频率；fpll为所述系统频率信号；Kf为VSG有功调频系数；Tj为VSG惯性时间常数；PN为风力发电机的额定容量；
在风力发电机进入调频状态的时长t小于预先设置的延时闭锁时长Tdelay时，所述VSG控制器确定储能调频功率信号Pfbat＝0。
6.根据权利要求4所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，其特征在于，所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号确定调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流，并输出到外部电网包括：
所述风力发电机变流器硬件电路根据所述风力发电机调频功率信号，控制风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的风力发电机输出电压和风力发电机输出电流到外部电网；其中，在PfD＝0时，保持风力发电机变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
7.根据权利要求5所述的用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频方法，其特征在于，所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号确定调频后的储能输出电压和储能输出电流，并输出到外部电网包括：
所述储能变流器硬件电路根据所述储能调频功率信号，控制储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以输出调频后的储能输出电压和储能输出电流到外部电网；其中，在Pfbat＝0时，保持储能变流器硬件电路中的各开关器件的通断状态，以不进行调频。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110797915B (zh) * 2019-11-13 2021-01-08 国网安徽省电力有限公司 一种基于储能的光伏电站主动频率控制方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075063A (ko) * 2012-12-10 2014-06-19 한국전기연구원 풍력 발전 출력 보상 방법 및 시스템
WO2014201849A1 (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 配有储能电站的分散式风电场有功优化调控方法
CN104934992A (zh) * 2015-06-23 2015-09-23 国家电网公司 一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置及方法
CN106208159A (zh) * 2016-07-27 2016-12-07 合肥工业大学 基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法
CN106558885A (zh) * 2017-02-15 2017-04-05 青海大学 微网虚拟同步发电机的模型预测控制方法及系统
CN106786780A (zh) * 2017-03-02 2017-05-31 江苏大学 一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统
CN107394821A (zh) * 2017-08-25 2017-11-24 南京理工大学 基于自适应Terminal鲁棒滑模的VSG控制方法
CN107465212A (zh) * 2017-09-25 2017-12-12 江苏大学 基于虚拟同步发电机技术的风电机组微网运行虚拟惯性控制系统及方法
CN107681662A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 东南大学 具备电能质量复合控制功能的虚拟同步发电机控制方法
CN107681688A (zh) * 2017-05-19 2018-02-09 许继集团有限公司 具备vsg特征的并网变流器及其孤岛判别方法与装置
CN207977746U (zh) * 2018-03-30 2018-10-16 华北电力科学研究院有限责任公司 用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075063A (ko) * 2012-12-10 2014-06-19 한국전기연구원 풍력 발전 출력 보상 방법 및 시스템
WO2014201849A1 (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 配有储能电站的分散式风电场有功优化调控方法
CN104934992A (zh) * 2015-06-23 2015-09-23 国家电网公司 一种基于锁相环误差的次同步振荡抑制装置及方法
CN106208159A (zh) * 2016-07-27 2016-12-07 合肥工业大学 基于虚拟同步发电机的柴储混合独立微网动态功率补偿方法
CN106558885A (zh) * 2017-02-15 2017-04-05 青海大学 微网虚拟同步发电机的模型预测控制方法及系统
CN106786780A (zh) * 2017-03-02 2017-05-31 江苏大学 一种基于虚拟同步发电机的并网控制方法及系统
CN107681688A (zh) * 2017-05-19 2018-02-09 许继集团有限公司 具备vsg特征的并网变流器及其孤岛判别方法与装置
CN107394821A (zh) * 2017-08-25 2017-11-24 南京理工大学 基于自适应Terminal鲁棒滑模的VSG控制方法
CN107465212A (zh) * 2017-09-25 2017-12-12 江苏大学 基于虚拟同步发电机技术的风电机组微网运行虚拟惯性控制系统及方法
CN107681662A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 东南大学 具备电能质量复合控制功能的虚拟同步发电机控制方法
CN207977746U (zh) * 2018-03-30 2018-10-16 华北电力科学研究院有限责任公司 用于风机功率跌落补足的风机储能协调调频系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
新能源场站虚拟同步发电机技术研究及示范应用;葛俊等;《全球能源互联网》;20180131;全文 *
考虑储能参与调频的风储联合运行优化策略;胡泽春等;《电网技术》;全文 *
虚拟同步发电机及其在微电网中的应用;吕志鹏等;《中国电机工程学报》;全文 *
风电场调频技术在未来智能电网中的应用;赵嘉兴等;《山西电力》;20170228;全文 *

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