CN109975610B - 一种微电网动态频率检测及调节方法 - Google Patents

一种微电网动态频率检测及调节方法 Download PDF

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    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
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    • 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

Abstract

本发明提供了一种微电网动态频率检测及调节方法，先通过电压信号模型得到动态频率下的当前实时频率，然后对于包含可控负荷、不可控负荷、风机、光伏系统、蓄电池储能系统的典型微电网，对微电网的蓄电池储能系统进行一次调频：将微电网额定频率fN和当前时刻的频率fm相比较，通过比例环节计算得到有功功率，然后把它作为调节蓄电池输出电磁功率的参考值，使蓄电池当前输出功率在一定范围内可控；其次，对微电网的蓄电池储能系统进行二次调频：通过比例‑积分调节器，使微电网频率实现频率额定值附近的优化调节。

Description

一种微电网动态频率检测及调节方法
技术领域
本发明属于电网检测技术领域，特别涉及一种微电网动态频率检测及调节方法。
背景技术
电力系统频率是反映系统有功功率是否平衡的质量指标。电力系统正常运行时，系统内发电功率与负荷功率能够保持平衡，电网频率在额定值附近。当电力系统遭受大的冲击时，系统内有功功率的平衡状态被破坏，在发电机的总输出功率有盈余时，系统频率会上升；而当发电机的输出功率出现缺额时，频率会下降至低于额定值。由此可见，电力系统实际运行中，系统频率没有绝对的稳态，系统内的总发电功率和总负荷功率不能达到精确的平衡，因而系统频率也始终是存在波动的，甚至是快速变化的。因此，研究在系统频率波动和频率偏移条件下，如何对电网频率进行检测和调节具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种微电网动态频率检测及调节方法，对频率变动的微电网进行频率检测和调节。
本发明具体为一种微电网动态频率检测及调节方法，所述微电网动态频率检测及调节方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、根据电压信号表达式
Figure GDA0003248406500000011
将微电网中各检测点的电压信号理解为一个复数相量，相量随时间t的增加绕原点作逆时针方向运动；
步骤(2)、在任意t时刻，设相角转过的绝对角度为φ(t)，角速度为
Figure GDA0003248406500000012
角加速度为
Figure GDA0003248406500000013
步骤(3)、假设相量的初始相角为φ0，初始角速度为ω0，则可得相角φ(t)的表达式为
Figure GDA0003248406500000014
步骤(4)、将上式代入电压信号表达式，得到动态频率下的电压信号模型：
Figure GDA0003248406500000015
步骤(5)、由于角频率ω＝2πf，初始角速度ω0＝2πf0，其中，f0为初始频率，代入步骤(4)的公式得到动态频率下的电压信号模型为：
Figure GDA0003248406500000021
步骤(6)、取正弦信号波形的过零点处的连续3个相位角，分别为0、2π和4π，过零点0处的频率为f0；
步骤(7)、根据步骤(5)中电压信号模型得到
Figure GDA0003248406500000022
解此方程组可得：
Figure GDA0003248406500000023
据此求出过零点0处的频率f0和
Figure GDA0003248406500000024
其中T01是动态频率下的第一个周期的时间，T12是动态频率下的第二个周期的时间；
步骤(8)、假设最新过零点为过零点2，对于当前采样点m，采样点m与过零点2中间有m个采样值，则当前时刻的频率为：
Figure GDA0003248406500000025
其中，Δt为过零点2与采样值1之间的时间，Ts为采样时间间隔，据此可求出任意时刻的频率；
步骤(9)、对于包含可控负荷、不可控负荷、风机、光伏系统、蓄电池储能系统的典型微电网，对微电网的蓄电池储能系统进行一次调频：将微电网额定频率fN和当前时刻的频率fm相比较，通过比例环节计算得到有功功率，然后把它作为调节蓄电池输出电磁功率的参考值，使蓄电池当前输出功率在一定范围内可控；
步骤(10)、对微电网的蓄电池储能系统进行二次调频：通过比例-积分调节器，使微电网频率实现频率额定值附近的优化调节，蓄电池二次调频策略的原理方程式为：
Figure GDA0003248406500000026
其中，P0为蓄电池稳定状态下的初始输出功率，ΔP1、ΔP2分别为蓄电池在不同控制环节中承担的功率调节量，Pref为蓄电池动态调节过程中的当前输出功率参考值，Kf为比例调节环节，
Figure GDA0003248406500000027
为积分调节环节。
附图说明
图1为电压信号波形及过零点示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种微电网动态频率检测及调节方法的具体实施方式做详细阐述。
本发明微电网动态频率检测及调节方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、根据电压信号表达式
Figure GDA0003248406500000031
将微电网中各检测点的电压信号理解为一个复数相量，相量随时间t的增加绕原点作逆时针方向运动；
步骤(2)、在任意t时刻，设相角转过的绝对角度为φ(t)，角速度为
Figure GDA0003248406500000032
角加速度为
Figure GDA0003248406500000033
步骤(3)、假设相量的初始相角为φ0，初始角速度为ω0，则可得相角φ(t)的表达式为
Figure GDA0003248406500000034
步骤(4)、将上式代入电压信号表达式，得到动态频率下的电压信号模型：
Figure GDA0003248406500000035
步骤(5)、由于角频率ω＝2πf，初始角速度ω0＝2πf0，其中，f0为初始频率，代入步骤(4)的公式得到动态频率下的电压信号模型为：
Figure GDA0003248406500000036
步骤(6)、取正弦信号波形的过零点处的连续3个相位角，分别为0、2π和4π，如图1所示，过零点0处的频率为f0；
步骤(7)、根据步骤(5)中电压信号模型得到
Figure GDA0003248406500000037
解此方程组可得：
Figure GDA0003248406500000038
据此求出过零点0处的频率f0和
Figure GDA0003248406500000039
其中T01是动态频率下的第一个周期的时间，T12是动态频率下的第二个周期的时间；
步骤(8)、假设最新过零点为过零点2，对于当前采样点m，采样点m与过零点2中间有m个采样值，则当前时刻的频率为：
Figure GDA00032484065000000310
其中，Δt为过零点2与采样值1之间的时间，Ts为采样时间间隔，据此可求出任意时刻的频率；
步骤(9)、对于包含可控负荷、不可控负荷、风机、光伏系统、蓄电池储能系统的典型微电网，对微电网的蓄电池储能系统进行一次调频：将微电网额定频率fN和当前时刻的频率fm相比较，通过比例环节计算得到有功功率，然后把它作为调节蓄电池输出电磁功率的参考值，使蓄电池当前输出功率在一定范围内可控；
步骤(10)、对微电网的蓄电池储能系统进行二次调频：通过比例-积分调节器，使微电网频率实现频率额定值附近的优化调节，蓄电池二次调频策略的原理方程式为：
Figure GDA0003248406500000041
其中，P0为蓄电池稳定状态下的初始输出功率，ΔP1、ΔP2分别为蓄电池在不同控制环节中承担的功率调节量，Pref为蓄电池动态调节过程中的当前输出功率参考值，Kf为比例调节环节，
Figure GDA0003248406500000042
为积分调节环节。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (1)

1.一种微电网动态频率检测及调节方法，其特征在于，所述微电网动态频率检测及调节方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、根据电压信号表达式
Figure FDA0003248406490000011
将微电网中各检测点的电压信号理解为一个复数相量，相量随时间t的增加绕原点作逆时针方向运动；
步骤(2)、在任意t时刻，设相角转过的绝对角度为φ(t)，角速度为
Figure FDA0003248406490000012
角加速度为
Figure FDA0003248406490000013
步骤(3)、假设相量的初始相角为φ0，初始角速度为ω0，得到相角φ(t)的表达式为
Figure FDA0003248406490000014
步骤(4)、将上式代入电压信号表达式，得到动态频率下的电压信号模型：
Figure FDA0003248406490000015
步骤(5)、由于角频率ω＝2πf，初始角速度ω0＝2πf0，其中，f0为初始频率，代入步骤(4)的公式得到动态频率下的电压信号模型为：
Figure FDA0003248406490000016
步骤(6)、取正弦信号波形的过零点处的连续3个相位角，分别为0、2π和4π，过零点0处的频率为f0；
步骤(7)、根据步骤(5)中电压信号模型得到
Figure FDA0003248406490000017
解此方程组得：
Figure FDA0003248406490000018
据此求出过零点0处的频率f0和
Figure FDA0003248406490000019
其中T01是动态频率下的第一个周期的时间，T12是动态频率下的第二个周期的时间；
步骤(8)、假设最新过零点为过零点2，对于当前采样点m，采样点m与过零点2中间有m个采样值，则当前时刻的频率为：
Figure FDA00032484064900000110
其中，Δt为过零点2与采样值1之间的时间，Ts为采样时间间隔，据此能够求出任意时刻的频率；
步骤(9)、对于包含可控负荷、不可控负荷、风机、光伏系统、蓄电池储能系统的典型微电网，对微电网的蓄电池储能系统进行一次调频：将微电网额定频率fN和当前时刻的频率fm相比较，通过比例环节计算得到有功功率，然后把它作为调节蓄电池输出电磁功率的参考值，使蓄电池当前输出功率在一定范围内可控；
步骤(10)、对微电网的蓄电池储能系统进行二次调频：通过比例-积分调节器，使微电网频率实现频率额定值附近的优化调节，蓄电池二次调频策略的原理方程式为：
Figure FDA0003248406490000021
其中，P0为蓄电池稳定状态下的初始输出功率，ΔP1、ΔP2分别为蓄电池在不同控制环节中承担的功率调节量，Pref为蓄电池动态调节过程中的当前输出功率参考值，Kf为比例调节环节，
Figure FDA0003248406490000022
为积分调节环节。
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