CN111682565B - 一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统 - Google Patents

一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统，所述方法包括：获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步控制信号和电压同步控制信号。本发明实施例可消除传统方法中的频率同步信号和相位同步信号在生成过程中所存在的相互耦合影响。

Description

一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统。
背景技术
随着储能技术的不断突破、成本逐步降低以及需求侧的演化发展，分布式储能在电力系统中的广泛应用是未来电网发展的必然趋势。实现分布式储能的主动并网是通过控制机理主动调节分布式储能电压快速有效地跟踪电网电压，其中传统的调节方法是同时调节分布式储能电压的幅值、相位角和频率的误差，但是在频率同步信号和相位同步信号的生成过程中存在相互耦合的现象。另外，有学者提出了直接控制分布式储能电压跟踪电网电压的幅值和相位，其缺点在于该方法需要依赖高速通信传递相位、幅值等时域信号，在实际工程中常因距离限制而难以实现。因此，有必要对现有分布式储能主动并网的前期调节工作进行改进，主要针对同步控制信号的生成问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统，可消除传统方法中的频率同步信号和相位同步信号在生成过程中所存在的相互耦合影响。
为了解决上述问题，本发明提出了一种分布式储能并网同步控制信号生成方法，所述方法包括：
获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
可选的，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
可选的，所述分布式储能第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570090000021
所述电网第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570090000022
其中，Uiα为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000023
的α轴分量，Uiβ为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000024
的β轴分量，Ugα为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000025
的α轴分量，Ugβ为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000026
的β轴分量。
可选的，所述频率误差信号的生成过程包括：
将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570090000027
将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570090000028
基于坐标转换后的不变性原理，得到：
Figure BDA0002527570090000029
计算所述频率误差信号为：
Figure BDA00025275700900000210
其中，
Figure BDA00025275700900000211
为所述分布式储能第一电压矢量，
Figure BDA00025275700900000212
为所述电网第一电压矢量，Ui为所述分布式储能电压幅值，Ug为所述电网电压幅值，fi为所述分布式储能电压频率，fg为所述电网电压频率，θi为所述分布式储能电压相位角，θg为所述电网电压相位角，t为时间，f为误差信号的频率，θ为误差信号的相位角。
可选的，所述电压误差信号为：
Figure BDA0002527570090000031
其中，U为误差信号的幅值，
Figure BDA0002527570090000032
为所述电网第二电压矢量的幅值，
Figure BDA0002527570090000033
为所述分布式储能第二电压矢量的幅值。
可选的，所述频率同步恢复信号为：
Figure BDA0002527570090000034
其中，kpf为所述PI控制器的频率比例系数，kif为所述PI控制器的频率积分系数，s为时间参数。
可选的，所述电压同步恢复信号为：
Figure BDA0002527570090000035
其中，kpU为所述PI控制器的电压比例系数，kiU为所述PI控制器的电压积分系数。
本发明实施例还提供了一种分布式储能并网同步控制信号生成系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
转换模块，用于基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
生成模块，用于基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
输出模块，用于利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
可选的，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
在本发明实施例中，通过联立分布式储能电压和电网电压矢量叉乘的不同计算方式将原本存在的频率误差信号和相位误差信号直接融合为单一的频率误差信号来进行后续调节工作，可实现分布式储能电压的频率和相位的快速主动同步，同时可消除传统方法中的频率同步信号和相位同步信号在生成过程中所存在的相互耦合影响；另外，在求解频率误差信号时采用归一化处理方式，使得在频率同步恢复信号的生成过程中可消除电压幅值变化所产生的影响，适用于不同电压等级的跟踪调整。
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，显而易见的，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例公开的一种分布式储能并网同步控制信号生成方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的一种分布式储能并网同步控制信号生成系统的结构组成示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中的一种分布式储能并网同步控制信号生成方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
具体的，由分布式储能系统利用现有的低速通信方式直接采集所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量。其中，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
S102、基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
在本发明实施例中，为解决传统方法中的频率同步信号和相位同步信号在生成过程中所存在的相互耦合影响，提出联立分布式储能电压和电网电压矢量叉乘的不同计算方式，此处通过不同坐标系的数值转换来实现。具体的，将所述分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量转换至所述两相静止αβ坐标系表示，得到：
所述分布式储能第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570090000051
所述电网第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570090000052
其中，Uiα为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000053
的α轴分量，Uiβ为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000054
的β轴分量，Ugα为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000055
的α轴分量，Ugβ为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570090000056
的β轴分量。
S103、基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
在本发明实施例中，为消除电压幅值变化在频率同步恢复信号的生成过程中所产生的影响，提出在求解所述频率误差信号时采用归一化处理方式，使得所述频率误差信号仅包含频率信息和相位信息。具体的，所述频率误差信号的生成过程包括：
将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570090000057
将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570090000061
基于坐标转换后的不变性原理，得到：
Figure BDA0002527570090000062
计算所述频率误差信号Error(f,θ)为：
Figure BDA0002527570090000063
其中，
Figure BDA0002527570090000064
为所述分布式储能第一电压矢量，
Figure BDA0002527570090000065
为所述电网第一电压矢量，Ui为所述分布式储能电压幅值，Ug为所述电网电压幅值，fi为所述分布式储能电压频率，fg为所述电网电压频率，θi为所述分布式储能电压相位角，θg为所述电网电压相位角，t为时间，f为误差信号的频率，θ为误差信号的相位角。
另外，计算所述电压误差信号Error(U)为：
Figure BDA0002527570090000066
其中，U为误差信号的幅值，
Figure BDA0002527570090000067
为所述电网第二电压矢量的幅值，
Figure BDA0002527570090000068
为所述分布式储能第二电压矢量的幅值。需要说明的是，上述的f、θ和U没有具体意义，仅为了区分所述频率误差信号和所述电压误差信号。
S104、利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
具体的，所述PI控制器的作用在于利用偏差信息来辅助对分布式储能输出电压进行校正调节，以使得整个电网供电系统处于平衡状态。具体的，利用所述PI控制器对所述频率误差信号进行调节，得到所述频率同步恢复信号(f,θ)syn为：
Figure BDA0002527570090000069
其中，kpf为所述PI控制器的频率比例系数，kif为所述PI控制器的频率积分系数，s为时间参数，起到延时效果。
此外，利用所述PI控制器对所述电压误差信号进行调节，得到所述电压同步恢复信号Usyn为：
Figure BDA0002527570090000071
其中，kpU为所述PI控制器的电压比例系数，kiU为所述PI控制器的电压积分系数。
需要说明的是，所述频率同步恢复信号实际上包含对分布式储能输出电压的频率和相位进行同时调节，使得分布式储能输出电压的频率和相位可快速主动同步，以达到准同期并网的要求。
图2是本发明实施例中的一种分布式储能并网同步控制信号生成系统的结构组成示意图，所述系统包括：
获取模块201，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量，其中，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角；
转换模块202，用于基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
生成模块203，用于基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
输出模块204，用于利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
其中，所述系统被配置用于执行上述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，针对所述系统中的各个模块的具体实施方式请参考上述的实施例，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过联立分布式储能电压和电网电压矢量叉乘的不同计算方式将原本存在的频率误差信号和相位误差信号直接融合为单一的频率误差信号来进行后续调节工作，可实现分布式储能电压的频率和相位的快速主动同步，同时可消除传统方法中的频率同步信号和相位同步信号在生成过程中所存在的相互耦合影响；另外，在求解频率误差信号时采用归一化处理方式，使得在频率同步恢复信号的生成过程中可消除电压幅值变化所产生的影响，适用于不同电压等级的跟踪调整。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种分布式储能并网同步控制信号生成方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个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 (9)

1.一种分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘，将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘，基于坐标转换后的不变性原理获得等式，从而得到频率误差信号；将所述电网第二电压矢量的幅值与所述分布式储能第二电压矢量的幅值进行作差，从而得到电压误差信号；
利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
2.根据权利要求1所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
3.根据权利要求1所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述分布式储能第二电压矢量的表达式为：
Figure FDA0003754900420000011
所述电网第二电压矢量的表达式为：
Figure FDA0003754900420000012
其中，Uiα为所述分布式储能第二电压矢量
Figure FDA0003754900420000021
的α轴分量，Uiβ为所述分布式储能第二电压矢量
Figure FDA0003754900420000022
的β轴分量，Ugα为所述电网第二电压矢量
Figure FDA0003754900420000023
的α轴分量，Ugβ为所述电网第二电压矢量
Figure FDA0003754900420000024
的β轴分量。
4.根据权利要求3所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述频率误差信号的生成过程包括：
将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘：
Figure FDA0003754900420000025
将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘：
Figure FDA0003754900420000026
基于坐标转换后的不变性原理，得到：
Figure FDA0003754900420000027
计算所述频率误差信号为：
Figure FDA0003754900420000028
其中，
Figure FDA0003754900420000029
为所述分布式储能第一电压矢量，
Figure FDA00037549004200000210
为所述电网第一电压矢量，Ui为所述分布式储能电压幅值，Ug为所述电网电压幅值，fi为所述分布式储能电压频率，fg为所述电网电压频率，θi为所述分布式储能电压相位角，θg为所述电网电压相位角，t为时间，f为误差信号的频率，θ为误差信号的相位角。
5.根据权利要求3所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述电压误差信号为：
Figure FDA00037549004200000211
其中，U为误差信号的幅值，
Figure FDA00037549004200000212
为所述电网第二电压矢量的幅值，
Figure FDA00037549004200000213
为所述分布式储能第二电压矢量的幅值。
6.根据权利要求4所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述频率同步恢复信号为：
Figure FDA0003754900420000031
其中，kpf为所述PI控制器的频率比例系数，kif为所述PI控制器的频率积分系数，s为时间参数。
7.根据权利要求5所述的分布式储能并网同步控制信号生成方法，其特征在于，所述电压同步恢复信号为：
Figure FDA0003754900420000032
其中，kpU为所述PI控制器的电压比例系数，kiU为所述PI控制器的电压积分系数，s为时间参数。
8.一种分布式储能并网同步控制信号生成系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
转换模块，用于基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
生成模块，用于基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘，将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘，基于坐标转换后的不变性原理获得等式，从而得到频率误差信号；将所述电网第二电压矢量的幅值与所述分布式储能第二电压矢量的幅值进行作差，从而得到电压误差信号；
输出模块，用于利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
9.根据权利要求8所述的分布式储能并网同步控制信号生成系统，其特征在于，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
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