CN110854883B - 一种用于增强系统阻尼的储能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于增强系统阻尼的储能控制方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；2)采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；3)将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；4)将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，本发明可以广泛应用于储能控制技术领域中。

Description

一种用于增强系统阻尼的储能控制方法及系统

技术领域

本发明是关于一种用于增强系统阻尼的储能控制方法及系统，属于储能控制技术领域。

背景技术

随着科技与经济不断的发展进步，电力系统规模的复杂化，以及电力电子设备的大量接入，保障电力系统安全稳定运行显得越来越重要。而随着储能性能的逐步提升和价格的逐步降低，采用储能提高系统阻尼，从而提高系统稳定性的方法近年来受到越来越多地关注。然而，现有技术中并没有能够使储能快速地响应系统扰动，通过调节储能的dq轴电流快速地阻尼系统的由扰动引起的震荡的储能控制方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够使储能快速地响应系统扰动，通过调节储能的dq轴电流快速地阻尼系统的由扰动引起的震荡的用于增强系统阻尼的储能控制方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于增强系统阻尼的储能控制方法，包括以下内容：1)采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；2)采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；3)将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；4)将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强。

进一步地，所述步骤3)中储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别为：

其中，I_dref为d轴电流控制参考信号；I_qref为q轴电流控制参考信号；ω为同步机转速或三相电压V_pcc的频率；ω₀为同步机的额定转速或三相电压的额定频率；K_d为d轴增益环节；K_q为q轴增益环节；

为d轴滤波环节；

为q轴滤波环节；

为d轴相位补偿环节；n为相位补偿器个数；

为q轴相位补偿环节；T_dni、T_dmi,i＝1,2,…n为d轴相位补偿器的参数；T_qni、T_qmi,i＝1,2,…n为q轴相位补偿器的参数；s为拉普拉斯算子。

进一步地，所述d轴滤波环节和q轴滤波环节中时间常数的取值均为1～20s。

进一步地，所述步骤4)的具体过程为：4.1)根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号；4.2)根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

4.3)根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号。

一种用于增强系统阻尼的储能控制系统，包括：dq坐标系建立模块，用于采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；控制器的反馈信号确定模块，用于采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；电流控制参考信号确定模块，用于将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；电流控制信号确定模块，用于将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强。

进一步地，所述电流控制参考信号确定模块中储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别为：

其中，I_dref为d轴电流控制参考信号；I_qref为q轴电流控制参考信号；ω为同步机转速或三相电压V_pcc的频率；ω₀为同步机的额定转速或三相电压的额定频率；K_d为d轴增益环节；K_q为q轴增益环节；

为d轴滤波环节；

为q轴滤波环节；

为d轴相位补偿环节；n为相位补偿器个数；

为q轴相位补偿环节；T_dni、T_dmi,i＝1,2,…n为d轴相位补偿器的参数，T_d为d轴时间常数；T_qni、T_qmi,i＝1,2,…n为q轴相位补偿器的参数，T_q为q轴时间常数；s为拉普拉斯算子。

进一步地，所述电流控制信号确定模块包括：有功无功控制信号确定单元，用于根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号；dq轴电流参考信号确定单元，用于根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

dq轴电流控制信号确定单元，用于根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用同步机的转速偏差或储能与电力系统连接点三相电压的频率偏差作为控制器的反馈信号，使得储能能够灵敏、快速地检测到电力系统的由于扰动引起的震荡。2、本发明通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节，能够有效提高电力系统的阻尼。3、本发明通过控制储能dq轴的电流环给定信号，能够快速地响应电力系统的扰动并阻尼其引起的系统震荡，可以广泛应用于储能控制技术领域中。

附图说明

图1是本发明方法的电流控制信号示意图，其中，图1(a)为d轴的电流控制信号示意图，图1(b)为q轴的电流控制信号示意图；

图2是本发明方法中储能的控制环节示意图；

图3是本发明实施例中双区域四机系统的结构示意图；

图4是本发明实施例中双区域四机系统故障后的响应示意图，其中，横坐标为时间(s)，纵坐标为转子角偏差(degree)。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

本发明提供的用于增强系统阻尼的储能控制方法，包括以下步骤：

1)采集储能与电力系统连接点的三相电压V_pcc，并建立dq坐标系，使得该三相电压V_pcc的q轴分量为0，即V_pcc＝0，其中，电力系统一般包括同步机、传输线、用电负荷和控制器等部件。

2)采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压V_pcc的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压V_pcc的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号ω-ω₀，其中，ω为同步机转速或三相电压V_pcc的频率，ω₀为同步机的额定转速或三相电压的额定频率。

3)如图1所示，将电力系统中控制器的反馈信号ω-ω₀通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号I_dref和q轴电流控制参考信号I_qref，以有效提高电力系统的阻尼，其中，d轴电流控制参考信号I_dref和q轴电流控制参考信号I_qref为：

其中，K_d为d轴增益环节，该环节用于提高足够的电力系统阻尼；K_q为q轴增益环节，该环节用于提高足够的电力系统阻尼；

为d轴滤波环节，T_d为d轴时间常数，该环节用于使得储能仅在电力系统承受扰动时产生dq轴电流控制信号，时间常数取值为1～20s；

为q轴滤波环节，T_q为q轴时间常数，时间常数取值为1～20s；

为d轴相位补偿环节，该环节用于补偿转速偏差信号到同步机转矩的相位滞后；n为相位补偿器个数，且n为整数；

为q轴相位补偿环节；T_dni、T_dmi,i＝1,2,…n为d轴相位补偿器的参数，根据储能所应用的电力系统实际情况取定，用于补偿储能反馈的ω-ω₀到同步机电磁转矩的相位滞后；T_qni、T_qmi,i＝1,2,…n为q轴相位补偿器的参数，其根据储能所应用的电力系统实际情况取定，用于补偿储能反馈的ω-ω₀到同步机电磁转矩的相位滞后；s为拉普拉斯算子。

4)如图2所示，将储能的d轴电流控制参考信号I_dref和q轴电流控制参考信号I_qref分别叠加至储能的原控制环节即dq轴电流控制环给定信号中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强并快速地响应电力系统的扰动，具体为：

4.1)根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号。

4.2)根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

4.3)根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强并快速地响应电力系统的扰动。

将本发明方法应用到如图3所示的双区域四机系统中，该图中，标号1至标号12分别表示母线1至母线12，G1至G4分别表示该双区域四机系统的同步机1至同步机4，区域1和区域2分别为该双区域四机系统中的两个区域。该系统在故障后的响应如图4所示，可以看出，将本发明的方法应用到该系统中，使得该系统能够快速地响应系统扰动，并快速地阻尼掉系统的扰动。

基于上述用于增强系统阻尼的储能控制方法，本发明还提供一种用于增强系统阻尼的储能控制系统，包括：

dq坐标系建立模块，用于采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；控制器的反馈信号确定模块，用于采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；电流控制参考信号确定模块，用于将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；电流控制信号确定模块，用于将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强。

在一个优选的实施例中，电流控制信号确定模块包括：有功无功控制信号确定单元，用于根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号；dq轴电流参考信号确定单元，用于根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

dq轴电流控制信号确定单元，用于根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种用于增强系统阻尼的储能控制方法，其特征在于，包括以下内容：

1)采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；

2)采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；

3)将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；

4)将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强，具体过程为：

4.1)根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号；

4.2)根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

4.3)根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号。

2.如权利要求1所述的一种用于增强系统阻尼的储能控制方法，其特征在于，所述步骤3)中储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别为：

其中，I_dref为d轴电流控制参考信号；I_qref为q轴电流控制参考信号；ω为同步机转速或三相电压V_pcc的频率；ω₀为同步机的额定转速或三相电压的额定频率；K_d为d轴增益环节；K_q为q轴增益环节；

为d轴滤波环节；

为q轴滤波环节；

为d轴相位补偿环节；n为相位补偿器个数；

为q轴相位补偿环节；T_dni、T_dmi，i＝1，2，...n为d轴相位补偿器的参数，T_d为d轴时间常数；T_qni、T_qmi，i＝1，2，...n为q轴相位补偿器的参数，T_q为q轴时间常数；s为拉普拉斯算子。

3.如权利要求2所述的一种用于增强系统阻尼的储能控制方法，其特征在于，所述d轴滤波环节和q轴滤波环节中时间常数的取值均为1～20s。

4.一种用于增强系统阻尼的储能控制系统，其特征在于，包括：

dq坐标系建立模块，用于采集储能与电力系统连接点的三相电压，并建立dq坐标系，使得该三相电压的q轴分量为0；

控制器的反馈信号确定模块，用于采集电力系统中同步机的转速或者采集储能与电力系统连接点三相电压的频率，并将同步机转速的偏差或者三相电压的频率偏差作为电力系统中控制器的反馈信号；

电流控制参考信号确定模块，用于将电力系统中控制器的反馈信号通过滤波环节、增益环节和相位补偿环节运算后，产生储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号；

电流控制信号确定模块，用于将储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别叠加至储能的原控制环节中，得到储能的dq轴电流控制信号，实现电力系统阻尼的增强，包括：

有功无功控制信号确定单元，用于根据储能的有功功率给定信号P_dref和储能的实际有功功率P以及储能的无功功率给定信号Q_dref和储能的实际无功功率Q，得到对应储能的有功控制信号和无功控制信号；

dq轴电流参考信号确定单元，用于根据有功控制信号和d轴电流控制参考信号I_dref以及无功控制信号和q轴电流控制参考信号I_qref，得到储能的d轴电流参考信号

和储能的q轴电流参考信号

dq轴电流控制信号确定单元，用于根据储能的d轴电流参考信号

和d轴实际电流I_d以及储能的q轴电流参考信号

和q轴实际电流I_q，得到储能的d轴电流控制信号和q轴电流控制信号。

5.如权利要求4所述的一种用于增强系统阻尼的储能控制系统，其特征在于，所述电流控制参考信号确定模块中储能的d轴电流控制参考信号和q轴电流控制参考信号分别为：

其中，I_dref为d轴电流控制参考信号；I_qref为q轴电流控制参考信号；ω为同步机转速或三相电压V_pcc的频率；ω₀为同步机的额定转速或三相电压的额定频率；K_d为d轴增益环节；K_q为q轴增益环节；

为d轴滤波环节；

为q轴滤波环节；

为d轴相位补偿环节；n为相位补偿器个数；

为q轴相位补偿环节；T_dni、T_dmi，i＝1，2，...n为d轴相位补偿器的参数，T_d为d轴时间常数；T_qni、T_qmi，i＝1，2，...n为q轴相位补偿器的参数，T_q为q轴时间常数；s为拉普拉斯算子。

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