CN112350384A - 一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，包括：建立多储能并联系统逆变装置功率传输方程；简化方案；引入下垂系数，得到多储能并联系统无功‑电压下垂控制方程；建立母线电压和阻抗引起的单个储能电源点并网点电压差表达式；建立动态虚拟阻抗；得到动态虚拟阻抗压降；建立具有动态虚拟阻抗的双储能电源点逆变装置输出电压表达式；得到双储能电源点逆变装置输出压差表达式；建立虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式；得到虚拟阻抗三角函数式，并求解动态虚拟阻抗模值；根据动态虚拟阻抗模值和阻抗角建立动态虚拟阻抗，将动态虚拟阻抗补偿电压加入多储能并联系统无功‑电压下垂控制方程中，解决多储能并联系统无功分配不均问题。

Description

一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法

技术领域

本发明涉及一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，该方法采用动态虚拟阻抗在交流储能无功调节下垂控制中，根据多储能并联系统不同输电线路压差，自动调节虚拟阻抗，解决因为不同储能装置参数不同，导致的无功分配精度不高的问题。

背景技术

电网容量不断增加，区域电网结构变的复杂，由光伏、风电等高渗透率分布式电源点组成的微网，由于其低惯性、低阻尼特性，势必会对大电网的频率稳定性造成影响。储能单元作为可以灵活充放电的电源，能够实现在电网中动态吸收、释放能量，且因为其响应快速、控制灵活，在维持电网电压稳定有无可替代的优势。

为了使储能设备具备电压调节能力，在储能逆变装置中利用相应的功率控制系统、单机或加装独立控制装置完成下垂特性控制。但在储能装置实际运行过程中，存在线路阻抗分布不均匀、输出压降非线性等问题，这就会导致储能逆变装置电压调节存在无无功分配精度不高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，该方法采用动态虚拟阻抗在交流储能无功调节下垂控制中。根据多储能并联系统不同输电线路压差，自动调节虚拟阻抗，解决因为不同储能装置参数不同，导致的无功分配精度不高的问题。

本发明采取如下技术方案来实现的：

一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，包括以下步骤：

1)建立多储能并联系统逆变装置功率传输方程；

2)根据储能逆变装置内部参数性质，将步骤1)多储能并联系统逆变装置功率传输方程进行化简；

3)根据步骤2)多储能并联系统逆变装置功率传输化简方程，引入下垂系数，得到多储能并联系统无功-电压下垂控制方程；

4)建立母线电压和阻抗引起的单个储能电源点并网点电压差表达式；

5)为了弥补步骤4)因为阻抗不同引起的电压差，建立动态虚拟阻抗；

6)把步骤5)动态虚拟阻抗引入步骤4)电压差表达式中，得到动态虚拟阻抗压降；

7)以双储能电源点微网为研究对象，建立具有步骤4)动态虚拟阻抗的双储能电源点逆变装置输出电压表达式；

8)将步骤4)电压差表达式引入步骤7)双储能电源点逆变装置输出电压表达式中，得到双储能电源点逆变装置输出压差表达式；

9)根据储能电源点1引入动态虚拟阻抗后压差与储能电源点2线路压差相等，基准阻抗产生的压降相等原则，联立步骤6)动态虚拟阻抗压降和步骤8)双储能电源点逆变装置输出压差表达式，建立虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式；

10)将步骤9)虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式中用三角函数形式表达，得到虚拟阻抗三角函数式，并求解动态虚拟阻抗模值；

11)根据步骤10)动态虚拟阻抗模值和阻抗角建立动态虚拟阻抗，将动态虚拟阻抗补偿电压加入步骤3)多储能并联系统无功-电压下垂控制方程中，解决多储能并联系统无功分配不均问题。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：建立多储能并联系统逆变装置功率传输方程：

其中：R_i、X_i为第i条储能逆变装置所连线路滤波电路电阻值及感抗值；U_i为储能逆变装置i交流侧电压；U₀为网侧电压；δ为功角差。

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据储能逆变装置内部参数性质：R_f＜＜X_f，将步骤1)多储能并联系统逆变装置功率传输方程进行化简：

本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根根据步骤2)多储能并联系统逆变装置功率传输化简方程，引入下垂系数k，得到多储能并联系统无功-电压下垂控制方程：U_i＝U₀-kQ_i。

本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：建立母线电压和阻抗引起的单个储能电源点并网点电压差表达式：

其中：ΔU_i是因为线路阻抗造成的电压降；E₀为系统空载电压幅值。

本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：为了弥补步骤4)因为阻抗不同引起的电压差，建立动态虚拟阻抗：Z_Vi＝R_Vi+jX_Vi＝r_Vi∠θ_i，其中：R_Vi、X_Vi为动态虚拟电阻、电抗；r_Vi为动态虚拟阻抗模；θ_i为阻抗角；R_Vi＝r_Vicosθ_i、X_Vi＝r_Visinθ_i。

本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：把步骤5)动态虚拟阻抗引入步骤4)电压差表达式中，得到动态虚拟阻抗压降为：

本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：以双储能电源点微网为研究对象，以第二条储能电源点输电线路为基准，考虑输电线路间阻抗差并引入虚拟阻抗；建立具有步骤4)动态虚拟阻抗的双储能电源点逆变器输出电压表达式：

其中：U₁、U₂为第一个储能电源点、第二个储能电源点逆变装置出口电压。

本发明进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：将步骤4)电压差表达式引入步骤7)双储能电源点逆变器输出电压表达式中，得到双储能电源点逆变器输出压差表达式：

本发明进一步的改进在于，步骤9)的具体实现方法为：根据第一个储能电源点引入动态虚拟阻抗后压差与第一个储能电源点线路压差相等，即：

基准阻抗产生的压降相等原则，即：

联立步骤6)动态虚拟阻抗压降和步骤8)双储能电源点逆变器输出压差表达式，建立虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式：

步骤10)的具体实现方法为：将步骤9)虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式中用三角函数形式表达，得到虚拟阻抗三角函数式：

并求解动态虚拟阻抗模值，动态虚拟阻抗模值大小表示为：

步骤11)的具体实现方法为：根据步骤10)动态虚拟阻抗模值和阻抗角建立动态虚拟阻抗，将动态虚拟阻抗补偿电压加入步骤3)多储能并联系统无功-电压下垂控制方程中，得到下垂控制数学表达式：U_i＝U₀-kQ_i+δU_Vi，解决多储能并联系统无功分配不均问题。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1.本发明对交流储能逆变装置无功调节下垂控制进行改进，采用动态虚拟阻抗在交流储能无功调节下垂控制中。

2.本发明根据多储能并联系统不同输电线路压差，自动调节虚拟阻抗，解决因为不同储能装置参数不同，导致的无功分配精度不高的问题。

附图说明

图1为双储能电源点微网戴维南等效电路图；

图2为储能逆变装置无功-电压下垂特性图；

图3为含有虚拟阻抗的双储能电源点电路图。

具体实施方式

下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，包含两个储能电源点的逆变装置功率传输方程可表示为：

式(1)中：R_i、X_i为第i条储能逆变装置所连线路滤波电路电阻值及感抗值；U_i为储能逆变装置i交流侧电压；U₀为网侧电压；δ为功角差。储能电源点逆变装置内部参数中，通常满足R_f＜＜X_f，则式(1)可简化为：

如图2所示，储能电源点逆变装置输出有功功率与功角有关，输出无功功率与电压有关。为了实现储能电源点逆变装置无功-电压调节，控制方程为：

U_i＝U₀-kQ_i (3)

式(3)中：k是无功下垂系数。

如图3所示，为改善下垂无功补偿控制效果，实现不同储能电源点逆变装置之间无功合理分配，本发明引入电压补偿相在下垂控制中，不同储能电源点逆变装置所连输电线路产生的电压降可表示为：

式(4)中：ΔU_i是因为线路阻抗造成的电压降；E₀为系统空载电压幅值。为了弥补因为阻抗不同引起的压差，本发明将动态虚拟阻抗引入储能逆变装置无功-电压下垂无功补偿控制中，动态虚拟阻抗表达式为：

Z_Vi＝R_Vi+jX_Vi＝r_Vi∠θ_i (5)

式(5)中：R_Vi、X_Vi为动态虚拟电阻、电抗；r_Vi为动态虚拟阻抗模；θ_i为阻抗角。R_Vi＝r_Vicosθ_i、X_Vi＝r_Visinθ_i。把式(5)引入式(4)中，则动态虚拟阻抗压降为：

为了得到动态虚拟阻抗模，本发明以双储能电源系统为研究对象，以第二条储能电源输电线路为基准(线路阻抗Z＝R+jX)，考虑输电线路间阻抗差并引入虚拟阻抗。

引入动态虚拟阻抗后两个储能逆变装置输出电压可表示为：

式(7)中：U₁、U₂为第一个、第二个储能逆变装置出口电压。根据式(4)，ΔU₁、ΔU₂表示为：

为解决无功分配误差问题，第一条储能电源点输电线路引入动态虚拟阻抗后压差与第二条储能电源点输电线路压差相等，即：

基准阻抗产生的压降应相等，即：

带入式(9)中，则有：

δU_V1＝-δU₁ (10)

根据式(6)与式(8)，可得：

引入动态虚拟阻抗三角函数式，上式可转换为：

动态虚拟阻抗模值大小可表示为：

由式(13)可知：r_vi可以根据ΔR、ΔX、P_i、Q_i、θ_i计算得到，对于任意给定的线路和储能逆变装置参数都有唯一动态虚拟阻抗模值与其对应。选择合适的r_vi可以改善无功功率分配精度、抑制无功环流。

将本发明所提动态虚拟阻抗产生的动态补偿电压相应用于储能逆变装置无功调节控制系统中，可以得到下垂控制数学表达式为：

U_i＝U₀-kQ_i+δU_Vi (14)

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立多储能并联系统逆变装置功率传输方程；

2)根据储能逆变装置内部参数性质，将步骤1)多储能并联系统逆变装置功率传输方程进行化简；

3)根据步骤2)多储能并联系统逆变装置功率传输化简方程，引入下垂系数，得到多储能并联系统无功-电压下垂控制方程；

4)建立母线电压和阻抗引起的单个储能电源点并网点电压差表达式；

5)为了弥补步骤4)因为阻抗不同引起的电压差，建立动态虚拟阻抗；

6)把步骤5)动态虚拟阻抗引入步骤4)电压差表达式中，得到动态虚拟阻抗压降；

7)以双储能电源点微网为研究对象，建立具有步骤4)动态虚拟阻抗的双储能电源点逆变装置输出电压表达式；

8)将步骤4)电压差表达式引入步骤7)双储能电源点逆变装置输出电压表达式中，得到双储能电源点逆变装置输出压差表达式；

9)根据储能电源点1引入动态虚拟阻抗后压差与储能电源点2线路压差相等，基准阻抗产生的压降相等原则，联立步骤6)动态虚拟阻抗压降和步骤8)双储能电源点逆变装置输出压差表达式，建立虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式；

10)将步骤9)虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式中用三角函数形式表达，得到虚拟阻抗三角函数式，并求解动态虚拟阻抗模值；

11)根据步骤10)动态虚拟阻抗模值和阻抗角建立动态虚拟阻抗，将动态虚拟阻抗补偿电压加入步骤3)多储能并联系统无功-电压下垂控制方程中，解决多储能并联系统无功分配不均问题。

2.根据权利要求1所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：建立多储能并联系统逆变装置功率传输方程：

其中：R_i、X_i为第i条储能逆变装置所连线路滤波电路电阻值及感抗值；U_i为储能逆变装置i交流侧电压；U₀为网侧电压；δ为功角差。

3.根据权利要求2所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据储能逆变装置内部参数性质：R_f＜＜X_f，将步骤1)多储能并联系统逆变装置功率传输方程进行化简：

4.根据权利要求31所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：根根据步骤2)多储能并联系统逆变装置功率传输化简方程，引入下垂系数k，得到多储能并联系统无功-电压下垂控制方程：U_i＝U₀-kQ_i。

5.根据权利要求4所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：建立母线电压和阻抗引起的单个储能电源点并网点电压差表达式：

其中：ΔU_i是因为线路阻抗造成的电压降；E₀为系统空载电压幅值。

6.根据权利要求5所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤5)的具体实现方法为：为了弥补步骤4)因为阻抗不同引起的电压差，建立动态虚拟阻抗：Z_Vi＝R_Vi+jX_Vi＝r_Vi∠θ_i，其中：R_Vi、X_Vi为动态虚拟电阻、电抗；r_Vi为动态虚拟阻抗模；θ_i为阻抗角；R_Vi＝r_Vicosθ_i、X_Vi＝r_Visinθ_i。

7.根据权利要求6所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤6)的具体实现方法为：把步骤5)动态虚拟阻抗引入步骤4)电压差表达式中，得到动态虚拟阻抗压降为：

8.根据权利要求7所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤7)的具体实现方法为：以双储能电源点微网为研究对象，以第二条储能电源点输电线路为基准，考虑输电线路间阻抗差并引入虚拟阻抗；建立具有步骤4)动态虚拟阻抗的双储能电源点逆变器输出电压表达式：

其中：U₁、U₂为第一个储能电源点、第二个储能电源点逆变装置出口电压。

9.根据权利要求8所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤8)的具体实现方法为：将步骤4)电压差表达式引入步骤7)双储能电源点逆变器输出电压表达式中，得到双储能电源点逆变器输出压差表达式：

10.根据权利要求9所述的一种解决多储能并联系统无功分配不均的方法，其特征在于，步骤9)的具体实现方法为：根据第一个储能电源点引入动态虚拟阻抗后压差与第一个储能电源点线路压差相等，即：

基准阻抗产生的压降相等原则，即：

联立步骤6)动态虚拟阻抗压降和步骤8)双储能电源点逆变器输出压差表达式，建立虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式：

步骤10)的具体实现方法为：将步骤9)虚拟阻抗压降与线路压差功率函数表达式中用三角函数形式表达，得到虚拟阻抗三角函数式：

并求解动态虚拟阻抗模值，动态虚拟阻抗模值大小表示为：

步骤11)的具体实现方法为：根据步骤10)动态虚拟阻抗模值和阻抗角建立动态虚拟阻抗，将动态虚拟阻抗补偿电压加入步骤3)多储能并联系统无功-电压下垂控制方程中，得到下垂控制数学表达式：U_i＝U₀-kQ_i+δU_Vi，解决多储能并联系统无功分配不均问题。

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