CN108964095A - 一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法及系统 - Google Patents

一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法，所述方法包括：通过计算储能子系统基波电流，实现对所述储能子系统基波电流的控制；对所述储能子系统进行低频振荡检测，获取所述储能子系统的低频振荡点；在所述低频振荡点设置虚拟阻尼，所述虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。本发明通过动态一致性算法的阻尼控制使储能集群对外体现为一个系统全局振荡抑制器，充分发挥各储能子系统的作用抑制振荡，避免储能子系统阻尼不一致引起振荡加剧。而各储能子系统只用与相邻个体进行通信，大大减小通信量并增强了可靠性。

Description

一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方 法及系统
技术领域
本发明涉及大规模储能系统并网技术领域，更具体地，涉及一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法及系统。
背景技术
风力发电作为目前最为成熟的新能源并网技术受到世界范围的广泛关注。随着风能的大规模开发利用，风电发展也出现了一些新的问题和挑战。突出表现为风电并网消纳问题和风电机组运行可靠性问题。从风机自身的特性来看，主要是由于风能资源与电力需求在地域分布和时间分布上不均衡以及风能资源的随机间歇特性等造成的。前者通常导致大规模的风力发电无法就地消纳，需要通过输电网远距离输送到负荷中心，在更大的范围内消纳。而风能资源的随机间歇特性，将会对电网的电压和频率稳定性、电能质量等方面造成影响。在大型风电场和长距离输电线路应用场合，电网对风电并网变流器表现为弱电网特性，易引起低频振荡问题。针对低频振荡问题，目前研究主要集中低频振荡机理分析、变流器有源阻尼技术以及集中型变流器抑制技术，但抑制作用有限。为提高新能源基地外送和消纳能力，在大型风电场建立大型储能电站，但未充分发挥储能一致风电场低频振荡的能力。另外，当多台储能变流器有源阻尼不进行集群控制时，有源阻尼的相互影响甚至出现使振荡加剧现象。
因此，需要一种技术，以实现基于动态一致性阻尼对风电场低频振荡进行储能控制的技术。
发明内容
本发明技术方案提供了一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法及系统，以解决如何对基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法，所述方法包括：
通过计算储能子系统基波电流，实现对所述储能子系统基波电流的控制；
对所述储能子系统进行低频振荡检测，获取所述储能子系统的低频振荡点；
在所述低频振荡点设置虚拟阻尼，所述虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
优选地，所述储能系统包括至少2个所述储能子系统。
优选地，所述第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个所述储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
优选地，所述储能子系统只与相邻的储能子系统进行通信。
基于本发明的另一方面，提供一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制系统，所述系统包括：
基波控制单元，用于通过计算储能子系统基波电流，实现对所述储能子系统基波电流的控制；
检测单元，用于对所述储能子系统进行低频振荡检测，获取所述储能子系统的低频振荡点；
阻尼控制单元，用于在所述低频振荡点设置虚拟阻尼，所述虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
优选地，所述储能系统包括至少2个所述储能子系统。
优选地，所述第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个所述储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
优选地，所述储能子系统只与相邻的储能子系统进行通信。
本发明技术方案提供一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法及系统，其中方法包括：通过计算储能子系统基波电流，实现对储能子系统基波电流的控制；对储能子系统进行低频振荡检测，获取储能子系统的低频振荡点；在低频振荡点设置虚拟阻尼，并且设置的虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，实现了对储能系统的振荡进行抑制。本发明中动态一致性阻尼控制环不影响传统基波功率控制环对基波功率的控制效果。当储能系统出现低频振荡时，动态一致性阻尼控制环使各储能子系统对低频振荡呈现阻尼，同时通过动态一致性算法，使各储能子系统对外呈现一致的阻尼效果，抑制储能系统的振荡，提升储能系统的稳定性。通过动态一致性算法的阻尼控制使储能集群对外体现为一个系统全局振荡抑制器，充分发挥各储能子系统的作用抑制振荡，避免储能子系统阻尼不一致引起振荡加剧。而各储能子系统只用与相邻个体进行通信，大大减小通信量并增强了可靠性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的风电场与储能集群系统结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的储能子系统控制策略示意图；
图3为根据本发明实施方式的动态一致性阻尼示意图；
图4为根据本发明实施方式的储能子系统示意图；
图5为根据本发明实施方式的基于动态一致性阻尼的储能集群控制示意图；
图6为根据本发明实施方式的基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法流程图；以及
图7为根据本发明实施方式的基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图6为根据本发明实施方式的基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法流程图。在大型风电场利用大规模储能技术提升可再生能源输送能力的同时，本申请提出一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能集群控制方法。本发明的实施方式当储能系统低次谐波增大时，使多台储能变流器阻尼方向一致抑制振荡。而如果通过集中控制，通信量大，同时对集中控制器依赖度高。一致性问题的研究起源于计算机科学领域，是指随着时间演化，一个多主体系统中所有主体的状态趋于一致。一致性算法描述了每个主体与它相邻的主体间信息交互过程。只需与相邻主体通信，交互信息大大减少，即使一个主体故障，也不影响其他主体。由于所有主体控制算法不一定同时启动，因此，为保证一致性算法收敛于正确值，采用动态一致性算法原理，将其引入储能集群的阻尼参数传递，使大规模储能系统对外呈现一致的低频振荡阻尼特性，从而抑制风电场低频振荡，提升系统稳定性。同时各储能子系统检测本地低频振荡，当低频振荡在局部出现较大振荡时，通过动态一致性算法，可使储能集群系统阻尼增大，通过集群系统抑制振荡。如图6所示，一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法，方法包括：
优选地，在步骤601：通过计算储能子系统基波电流，实现对储能子系统基波电流的控制。本申请中，储能集群系统功率调度指令，计算储能变流器的同步旋转坐标系dq电流指令。其中，功率指令是通过调度给定，或者根据需求预设的。根据功率指令即可计算出基波电流指令，如果电网电压定向在d轴，电流指令可以根据公式：
其中Pref、Qref是基波功率指令。uPCCd是pcc电压的d轴分量。iLd *是iLq *.是储能变流器电流指令的同步旋转坐标系d、q轴分量。
优选地，在步骤602：对储能子系统进行低频振荡检测，获取储能子系统的低频振荡点；
优选地，在步骤603：在低频振荡点设置虚拟阻尼，虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
优选地，储能系统包括至少2个储能子系统。
优选地，第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
图1为根据本发明实施方式的风电场与储能集群系统结构示意图。如图1所示，风电场储能系统包括多个储能子系统i-1,i,i+1。每个储能子系统包括各自的储能变流器和储能单元。
本申请基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能集群控制方法，分为2部分，如图2所示：基波功率控制环和动态一致性阻尼控制环。
基波功率控制环与传统储能子系统控制策略相同。
动态一致性阻尼控制环通过低频振荡检测，在低频振荡点增加虚拟阻尼，且每个储能子系统低频阻尼由动态一致性(Dynamic Consensus Algorithm，DCA)阻尼确定，使大规模储能系统对外呈现一致的低频振荡阻尼特性，从而抑制风电场低频振荡，如图3所示，第i个储能子系统阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0。由于DCA稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)，初始阻尼值由各个体根据低频振荡分量检测大小自适应给出，也可由上级控制直接设定，因此，即使基于DCA的控制算法未同时启动，系统仍能收敛于正确值。
本申请提出的动态一致性阻尼控制环不影响传统基波功率控制环对基波功率的控制效果。当储能系统出现低频振荡时，动态一致性阻尼控制环使各储能子系统对低频振荡呈现阻尼，同时通过动态一致性算法，使各储能子系统对外呈现一致的阻尼效果，抑制储能系统振荡，提升储能系统稳定性。通过动态一致性算法的阻尼控制使储能集群对外体现为一个系统全局振荡抑制器，充分发挥各储能子系统的作用抑制振荡，避免储能子系统阻尼不一致引起振荡加剧。而各储能子系统只用与相邻个体进行通信，大大减小通信量并增强了可靠性。
本申请实施方式的储能集群子系统中储能变流器可以采用图4所示三相全桥变流器拓扑。在图4示例拓扑中，本发明方法包括以下步骤：
步骤1：根据储能集群系统功率调度指令，计算储能变流器的同步旋转坐标系dq电流指令iLd *、iLq *，如图5所示，检测L2电感电流，通过Clarke坐标变换成同步旋转坐标系dq电流iLd、iLq，指令和反馈的差值送入电流调节器Gi，
步骤2：采集输出电流io通过低频振荡检测得到ior，经过坐标变换得到iord、iorq。
步骤3：储能子系统i通过与i主体的邻居集得到Rvri-1等，如图3所示，通过式(1)计算得到储能子系统i的虚拟阻尼Rvri。
步骤4：iord、iorq与虚拟阻尼相乘后得到虚拟阻尼电压。
步骤5：电流调节器输出与虚拟阻尼电压环输出叠加，经过ω0(L1+L2)解耦控制和ud、uq网压前馈给出变流器调制波指令uod、uoq。经过脉宽调制输出驱动脉冲。
本申请提供的基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能集群控制方法特征在于动态一致性阻尼控制环使储能集群呈现一致阻尼特性，对外体现为一个系统全局振荡抑制器，同时基波功率控制环不受影响。本申请基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能集群控制方法特征在于储能变流器采用如图2所示基波功率控制环与动态一致性阻尼环。本申请基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能集群控制方法特征在于储能子系统阻尼由图3和式(1)决定。
图7为根据本发明实施方式的基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制系统结构图。图7为一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制系统，系统包括：
基波控制单元701，用于通过计算储能子系统基波电流，实现对储能子系统基波电流的控制；
检测单元702，用于对储能子系统进行低频振荡检测，获取储能子系统的低频振荡点；
阻尼控制单元703，用于在低频振荡点设置虚拟阻尼，虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
优选地，储能系统包括至少2个储能子系统。
优选地，第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
优选地，储能子系统只与相邻的储能子系统进行通信。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制方法，所述方法包括：
通过计算储能子系统基波电流，实现对所述储能子系统基波电流的控制；
对所述储能子系统进行低频振荡检测，获取所述储能子系统的低频振荡点；
在所述低频振荡点设置虚拟阻尼，所述虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
2.根据权利要求1所述的方法，所述储能系统包括至少2个所述储能子系统。
3.根据权利要求1所述的方法，所述第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个所述储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
4.根据权利要求1所述的方法，所述储能子系统只与相邻的储能子系统进行通信。
5.一种基于动态一致性阻尼抑制风电场低频振荡的储能控制系统，所述系统包括：
基波控制单元，用于通过计算储能子系统基波电流，实现对所述储能子系统基波电流的控制；
检测单元，用于对所述储能子系统进行低频振荡检测，获取所述储能子系统的低频振荡点；
阻尼控制单元，用于在所述低频振荡点设置虚拟阻尼，所述虚拟阻尼为动态一致性的低频阻尼，对储能系统的振荡进行抑制。
6.根据权利要求5所述的系统，所述储能系统包括至少2个所述储能子系统。
7.根据权利要求5所述的系统，所述第i个储能子系统的阻尼表达式为：
式中，δij(k)为k时刻主体i与j间信息状态的累积差值，其中δij(0)＝0，动态一致性阻尼的稳态收敛值仅依赖于Rvri(0)；初始阻尼值由每个所述储能子系统根据低频振荡分量检测大小自适应给出，或由上级控制直接设定。
Rvri(k+1)为k+1时刻主体i虚拟阻抗值；δij(k+1)为k+1时刻主体i与j间信息状态的累积差值；ε为权值因子；aij为一非负实数，表明主体i和j间信息传递关系。
8.根据权利要求5所述的系统，所述储能子系统只与相邻的储能子系统进行通信。
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