CN114825482A - 火电调频的超级电容电压稳定系统及方法 - Google Patents

火电调频的超级电容电压稳定系统及方法 Download PDF

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CN114825482A CN202210747859.3A CN202210747859A CN114825482A CN 114825482 A CN114825482 A CN 114825482A CN 202210747859 A CN202210747859 A CN 202210747859A CN 114825482 A CN114825482 A CN 114825482A
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韩惠畴
丘雪松
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张强
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Abstract

本公开提供了一种火电调频的超级电容电压稳定系统及方法，涉及电压调节领域。该系统具体包括：6kV厂用电单元，PCS换流变压单元和超级电容储能单元；6kV厂用电单元的输入端与高压厂用变低压侧相连，6kV厂用电单元的输出端与所述PCS换流变压单元的输入端相连，PCS换流变压单元的输出端与所述超级电容储能单元的输出端相连。本公开通过超级电容储能单元输出端有功功率变化量得到超级电容储能单元输出端电压变化量，以调整所述PCS换流变压单元输出端的电压，在相同功率变化范围内，使三相两电平PCS换流器直流侧电压的波动范围更小，提高火电系统中超级电容储能单元的稳定性。

Description

火电调频的超级电容电压稳定系统及方法
技术领域
本公开涉及电压调节领域，尤其涉及一种火电调频的超级电容电压稳定系统及方法。
背景技术
相关技术中，随着风电和光伏的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。目前通过超级电容器进行调频，工作原理是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。所述超级电容器的充放电响应速度快，短时功率吞吐能力强，可实现满功率毫秒级输出/吸收。
由于超级电容充放电特性，电压与荷电状态成线性关系，超级电容进行大功率充电中其输出端电压升降幅度较大，增加/下降速度较快，导致超级电容的稳定性降低，增加了系统风险。
发明内容
本公开提供一种火电调频的超级电容电压稳定系统及方法。本公开的技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种火电调频的超级电容电压稳定系统，包括：
6kV厂用电单元（1），PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）；
所述6kV厂用电单元（1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电单元（1）的输出端与所述PCS换流变压单元（2）的输入端相连，所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，所述PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）用于与所述6kV厂用电单元（1）进行功率交换，以进行火电机组自动发电量控制AGC频率调节；
所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，其中，所述PCS换流变压单元（2）根据推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程和超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量得到超级电容储能单元（3）输出端电压变化量，以调整所述PCS换流变压单元（2）输出端的电压。
可选的，所述6kV厂用电单元（1）包括：6kV厂用电A段（1-1）；6kV厂用电B段（1-2）；6kV厂用A段储能进线开关（1-3）；6kV厂用B段储能进线开关（1-4）；
所述6kV厂用电A段（1-1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电A段（1-1）的输出端与6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输入端相连；
所述6kV厂用电B段（1-2）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电B段（1-2）的输出端与6kV厂用B段储能进线开关（1-4）的输入端相连；
所述，当火电机组AGC调频指令指示所述超级电容储能单元（3）进行充放电时，所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）和所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）进入闭合状态，以连通所述6kV厂用电单元（1）和所述PCS换流变压单元（2）。
可选的，所述PCS换流变压单元（2）包括：A套储能并网开关（2-1）；B套储能并网开关（2-2）；A套储能升压变（2-3）；B套储能升压变（2-4）；A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）；B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）；
所述A套储能并网开关（2-1）的输入端与所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输出端相连，所述B套储能并网开关（2-2）的输入端与所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）相连；
所述A套储能升压变（2-3）的高压侧与所述A套储能并网开关（2-1）的输出端连接，所述B套储能升压变（2-4）的高压侧与所述B套储能并网开关（2-2）的输出端连接；所述A套储能升压变（2-3）的低压侧与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的交流侧连接，所述A套储能升压变（2-4）的低压侧与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的交流侧连接。
当所述超级电容储能单元（3）吸收或释放电能，根据负荷大小控制所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）、所述A套储能并网开关（2-1）的开闭状态；或，控制所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）、所述B套储能并网开关（2-2）的开闭状态，以使所述超级电容储能单元（3）接入电网；
当所述超级电容储能单元（3）处于放电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为逆变状态；当所述超级电容储能单元（3）处于充电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为整流状态。
可选的，所述超级电容储能单元（3）包括：A套超级电容储能装置（3-1）；B套超级电容储能装置（3-2）。
所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的直流侧连接，所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）直流侧连接；
所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）用于根据火电机组AGC调频指令调整充放电状态，以避免超级电容储能单元（3）过充电或过放电。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种火电调频的超级电容电压稳定方法，包括：
建立稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程，其中，所述直流-超级电容有功功率下垂控制方程中包含下垂系数；
根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数；
根据所述自适应下垂系数获取推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程；
根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
可选的，所述稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure 653925DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：
Figure 858641DEST_PATH_IMAGE002
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压实际值；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压参考值；P为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率实际值；
Figure 995224DEST_PATH_IMAGE004
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率参考值；n为所述下垂系数。
可选的，所述根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数的公式化表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
其中：
Figure 336207DEST_PATH_IMAGE006
为所述自适应下垂系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 267254DEST_PATH_IMAGE008
为所述超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 21583DEST_PATH_IMAGE010
为所述超级电容储能单元（3）输出端电压变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的上限；
Figure 961858DEST_PATH_IMAGE012
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的下限。
可选的，所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
可选的，所述根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压，包括：
获取超级电容储能单元（3）输出端当前的
Figure 422926DEST_PATH_IMAGE014
，并根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取所述
Figure 852770DEST_PATH_IMAGE010
，根据所述
Figure 497991DEST_PATH_IMAGE010
调整所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
本公开的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
采用超级电容作为储能元器件参与到火电AGC调频中，可以提高火电AGC调频性能。
采用三相两电平PCS换流器作为超级电容储能与厂用系统的连接换流装置，在三相两电平PCS换流器控制系统中采用自适应下垂系数，可以代替传统超级电容换流器直流侧的DC-DC换流器。
在PCS换流器控制系统中采用自适应下垂控制策略，采用根据超级电容输出有功功率变化量及其输出端电压变化量拟合非得到的自适应下垂系数，可以在相同功率变化范围。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据一示例性实施例示出的一种火电调频的超级电容电压稳定系统的结构图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种火电调频的超级电容电压稳定方法的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种常规下垂控制与自适应下垂控制对比曲线图。
图1中包括：6kV厂用电单元（1）；PCS换流变压单元（2）；超级电容储能单元（3）；6kV厂用电A段（1-1）；6kV厂用电B段（1-2）；6kV厂用A段储能进线开关（1-3）；6kV厂用B段储能进线开关（1-4）；A套储能并网开关（2-1）；B套储能并网开关（2-2）；A套储能升压变（2-3）；B套储能升压变（2-4）；A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）；B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）；A套超级电容储能装置（3-1）；B套超级电容储能装置（3-2）。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，本公开所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息。
随着风电和光伏的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。目前中国调频电源主要是火电机组与水电机组，工作原理是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化。但是火电机组通常存在响应时滞长，机组爬坡速率低等问题，无法准确跟踪电网调度指令，暴露出调节时间延迟、调节偏差和调节反向等现象，火电机组频繁的变换功率运行，对机组设备疲劳和磨损有一定的加重，影响机组运行寿命。
超级电容器(Supercapacitor, SC或Ultracapacitor，UC)又称“电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)”是近年来一直受到人们关注的一种新型储能器件，其充放电响应速度快，短时功率吞吐能力强，可实现满功率毫秒级输出/吸收。相关研究表明，超级电容持续充/放电时间15分钟，功率调节效率是水电机组的1.4倍、燃气机组的2.2倍、燃煤机组的24倍，特别适合分钟级别的供电需求沿。
因为超级电容充放电特性，电压与荷电状态成线性关系，超级电容进行大功率充电中电压升降幅度较大，增加/下降速度较快，传统系统拓扑中需要在超级电容换流器直流侧加入DC-DC换流器维持超级电容输出侧电压稳定，但这无疑增加了系统硬件投入，且增加了设备维护工作了。
图1是根据一示例性实施例示出的一种火电调频的超级电容电压稳定系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：6kV厂用电单元（1），储能变流器（Power ConversionSystem，PCS）换流变压单元2和超级电容储能单元（3）。
所述6kV厂用电单元（1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电单元（1）的输出端与所述PCS换流变压单元（2）的输入端相连，所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，所述PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）用于与所述6kV厂用电单元（1）进行功率交换，以进行火电机组自动发电量控制AGC频率调节。
本申请实施例中，通过自动发电量控制（Automatic Generation Control，AGC）技术来控制火电系统的频率。电力系统频率和有功功率自动控制统称为自动发电量控制。AGC是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率等于额定值，同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控制技术。基本目标包括使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；及控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡。现代的AGC是一个闭环反馈控制系统，主要由两大部分构成：
负荷分配器：根据测得的发电机实际出力、频率偏差和其它有关信号，按一定的调节准则分配各机组应承担的机组有功出力设定值。该部分为传统的电网调度功能实现。
机组控制器：根据负荷分配器设定的有功出力，使机组在额定频率下的实发功率与设定有功出力相一致。电厂具备AGC功能时该部分由机组协调控制系统（CoordinationControl System，CCS）自动实现。
从控制论的角度来看，AGC过程是一个通过调节控制区域中各发电机出力,使由于负荷变化和机组出力波动而产生的区域控制偏差(Area Control Error，ACE )不断减少直到为零的闭环控制过程。该系统可被看作一个多变量串级调节系统，其中负荷分配器的功能为该闭环系统中的主控制器，而机组控制器的作用为串级系统的内回路控制器，各内回路控制器与机组对象一起构成主控制器的执行机构。由于火电机组锅炉的惯性和迟延，使各火电厂在实现AGC时表现为惯性特性，出现与主控制回路频率调节快速性要求的矛盾。
AGC调节控制的是靠一次调频不能将频率偏移调节到允许的范围之内的一般在10s到3min之间变化幅度比较大的脉动负荷分量，脉动负荷分量引起的频率偏移较大。
AGC随电力系统自动化在近年来发展很快，在目前实施的厂网分离过程中，AGC作为连接厂网的技术纽带，可靠的厂网相互协作对电网的稳定发展和电厂的高效运转都将起到十分积极的作用。
所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，其中，所述PCS换流变压单元（2）根据推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程和超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量得到超级电容储能单元（3）输出端电压变化量，以调整所述PCS换流变压单元（2）输出端的电压。
本申请实施例中，通过所述PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）与所述6kV厂用电单元（1）进行功率交换，以进行火电机组AGC频率调节。进一步地，所述PCS换流变压单元（2）中包含A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）和B套储能三相两电平PCS换流器（2-6），采用自适应下垂控制策略来控制这两个三相两电平PCS换流器直流侧的电压，根据所述超级电容储能单元（3）吸收或发出有功功率的参考值和吸收或发出有功功率的实际值的差值得到超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量，结合推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取超级电容储能单元（3）输出端电压变化量，也即PCS换流变压单元（2）输出端电压的参考值与实际值的差值，可以在相同功率变化范围内，使三相两电平PCS换流器直流侧电压的波动范围更小，提高火电系统中超级电容储能单元（3）的稳定性。
可选的，所述6kV厂用电单元（1）包括：6kV厂用电A段（1-1）；6kV厂用电B段（1-2）；6kV厂用A段储能进线开关（1-3）；6kV厂用B段储能进线开关（1-4）；
所述6kV厂用电A段（1-1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电A段（1-1）的输出端与6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输入端相连；
所述6kV厂用电B段（1-2）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电B段（1-2）的输出端与6kV厂用B段储能进线开关（1-4）的输入端相连；
所述，当火电机组AGC调频指令指示所述超级电容储能单元（3）进行充放电时，所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）和所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）进入闭合状态，以连通所述6kV厂用电单元（1）和所述PCS换流变压单元（2）。
本申请实施例中， PCS为电化学储能系统中，连接于电池系统与电网之间的实现电能双向转换的装置，可控制所述超级电容储能单元（3）的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。
PCS 由 DC（直流）/AC（交流）双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。同时PCS 可通过CAN接口与BMS通讯、干接点传输等方式，获取超级电容储能单元（3）状态信息，可实现对超级电容储能单元（3）的保护性充放电，确保超级电容储能单元（3）运行安全。
可选的，所述PCS换流变压单元（2）包括：A套储能并网开关（2-1）；B套储能并网开关（2-2）；A套储能升压变（2-3）；B套储能升压变（2-4）；A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）；B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）；
所述A套储能并网开关（2-1）的输入端与所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输出端相连，所述B套储能并网开关（2-2）的输入端与所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）相连；
所述A套储能升压变（2-3）的高压侧与所述A套储能并网开关（2-1）的输出端连接，所述B套储能升压变（2-4）的高压侧与所述B套储能并网开关（2-2）的输出端连接；所述A套储能升压变（2-3）的低压侧与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的交流侧连接，所述A套储能升压变（2-4）的低压侧与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的交流侧连接；
当所述超级电容储能单元（3）吸收或释放电能，根据负荷大小控制所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）、所述A套储能并网开关（2-1）的开闭状态；或，控制所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）、所述B套储能并网开关（2-2）的开闭状态，以使所述超级电容储能单元（3）接入电网；
当所述超级电容储能单元（3）处于放电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为逆变状态；当所述超级电容储能单元（3）处于充电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为整流状态。
本申请实施例中，当火电机组需要所述超级电容储能单元（3）吸收或释放电能时，根据负荷大小选择闭合所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）、所述A套储能并网开关（2-1），以将电网与所述超级电容储能单元（3）中的A套超级电容储能装置（3-1）连通；或，闭合所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）、所述B套储能并网开关（2-2），以将电网与所述超级电容储能单元（3）中的B套超级电容储能装置（3-2）连通；或，闭合所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）、所述A套储能并网开关（2-1）、所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）、所述B套储能并网开关（2-2），以将电网与所述超级电容储能单元（3）中的A套超级电容储能装置（3-1）和B套超级电容储能装置（3-2）连通。
在超级电容储能单元（3）工作时，放电状态下的超级电容储能单元（3）储存的电能经三相两电平PCS换流器逆变为交流电经高压厂用变低压侧回馈到电网；超级电容储能单元（3）在充电状态下，电网的电压经过高压厂用变低压侧后，经三相两电平PCS换流器整流变为直流储存在超级电容储能单元（3）中，三相两电平PCS换流器可以工作在整流和逆变两种状态，从而实现能量在电网和超级电容储能单元（3）之间的双向流动。
可选的，所述超级电容储能单元（3）包括：A套超级电容储能装置（3-1）；B套超级电容储能装置（3-2）。
所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的直流侧连接，所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）直流侧连接；
所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）用于根据火电机组AGC调频指令调整充放电状态，以避免超级电容储能单元（3）过充电或过放电。
图2是根据一示例性实施例示出的一种火电调频的超级电容电压稳定方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：
步骤201，建立稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程，其中，所述直流-超级电容有功功率下垂控制方程中包含下垂系数。
步骤202，根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数。
步骤203，根据所述自适应下垂系数获取推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程。
步骤204，根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
本申请实施例中，在所述A套超级电容储能装置（3-1）、所述B套超级电容储能装置（3-2）直流电压控制系统中，采用直流-超级电容有功功率控制下垂控制，通过有功功率调节实现直流电压静差调节。建立稳态情况下直流-超级电容有功功率下垂控制方程后，对其中的下垂系数进行改进，获取自适应下垂系数。
可选的，所述稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure 38693DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：
Figure 682164DEST_PATH_IMAGE002
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压实际值；
Figure 220593DEST_PATH_IMAGE003
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压参考值；P为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率实际值；
Figure 949515DEST_PATH_IMAGE004
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率参考值；n为所述下垂系数。
可选的，所述根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数的公式化表达为：
Figure 966012DEST_PATH_IMAGE005
；
其中：
Figure 463990DEST_PATH_IMAGE006
为所述自适应下垂系数，
Figure 970057DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 123958DEST_PATH_IMAGE008
为所述超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量；
Figure 6464DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 358947DEST_PATH_IMAGE010
为所述超级电容储能单元（3）输出端电压变化量；
Figure 239179DEST_PATH_IMAGE011
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的上限；
Figure 677113DEST_PATH_IMAGE012
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的下限。
本申请实施例中，如果只有A套超级电容储能装置（3-1）接入电网，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为所述A套超级电容储能装置（3-1）吸收或发出的有功功率参考值与所述A套超级电容储能装置（3-1）吸收或发出的有功功率实际值的差值；如果只有B套超级电容储能装置（3-2）接入电网，
Figure 769834DEST_PATH_IMAGE008
为所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率参考值与所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率实际值的差值；如果A套超级电容储能装置（3-1）和B套超级电容储能装置（3-2）接入电网均接入电网，则
Figure 242404DEST_PATH_IMAGE015
为所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率参考值与有功功率实际值的差值。
当
Figure 293537DEST_PATH_IMAGE010
为正，即A套超级电容储能装置（3-1）和B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压偏差为正时，
Figure 218767DEST_PATH_IMAGE006
分子系数选择
Figure 443075DEST_PATH_IMAGE016
；当
Figure 707834DEST_PATH_IMAGE010
为负，即A套超级电容储能装置（3-1）、所述B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压偏差为负时，
Figure 992185DEST_PATH_IMAGE006
分子系数选择
Figure DEST_PATH_IMAGE017
。
可选的，所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure 73886DEST_PATH_IMAGE001
。
本申请实施例中，不管是所述A套超级电容储能装置（3-1）、所述B套超级电容储能装置（3-2）工作于充电还是放电状态，对应的A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）和B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）工作于整流状态还是逆变状态，采用本申请提供的自适应下垂系数，对于同样的
Figure 836306DEST_PATH_IMAGE015
，获取的
Figure 221151DEST_PATH_IMAGE010
更小，不需要传统超级电容换流器直流侧的DC-DC换流器来稳定直流电压，避免电压大幅度调整对控制系统稳定性能造成的破坏。
可选的，所述根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压，包括：
获取超级电容储能单元（3）输出端当前的
Figure 676403DEST_PATH_IMAGE014
，并根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取所述
Figure 513909DEST_PATH_IMAGE010
，根据所述
Figure 80019DEST_PATH_IMAGE010
调整所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
图3是是根据一示例性实施例示出的一种常规下垂控制与自适应下垂控制对比曲线图。参照图3，图3（a）为常规下垂控制时
Figure 116109DEST_PATH_IMAGE010
和P的关系曲线，图3（b）为本申请自适应下垂控制时
Figure 679945DEST_PATH_IMAGE018
和P的关系曲线，横轴为P，单位为兆瓦（mW），纵轴为
Figure 67064DEST_PATH_IMAGE019
，单位为千伏（kV）。在纵轴左边的区域内，P小于0，说明所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端或所述B套超级电容储能装置（3-2）输出端在被对应的三相两电平PCS换流器吸收能量，即A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）处于放电状态，对应A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为逆变状态；在纵轴右边的区域内，P小于0，说明所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端或所述B套超级电容储能装置（3-2）输出端在吸收对应的三相两电平PCS换流器的能量，即A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）处于充电状态，对应A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为整流状态。
当所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）处于放电状态，对应的A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）和B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）工作于逆变状态，当面对同样功率调节量
Figure 171286DEST_PATH_IMAGE020
，传统下垂控制和自适应下垂控制电压调节量分别为
Figure 265144DEST_PATH_IMAGE021
，且
Figure 62199DEST_PATH_IMAGE022
＞
Figure 671035DEST_PATH_IMAGE023
，根据本申请所提推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取的所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压调节范围更小；当所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）处于充电状态，对应的A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）和B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）工作于整流状态，当面对同样功率调节量
Figure 516631DEST_PATH_IMAGE024
，传统下垂控制和自适应下垂控制电压调节量分别为
Figure 527312DEST_PATH_IMAGE025
，且
Figure 698531DEST_PATH_IMAGE026
，根据本申请所提推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取的所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压调节范围更小，避免电压大幅度调整对超级电容系统稳定性能造成的破坏。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种火电调频的超级电容电压稳定系统，其特征在于，包括：6kV厂用电单元（1），储能变流器PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）；
所述6kV厂用电单元（1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电单元（1）的输出端与所述PCS换流变压单元（2）的输入端相连，所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，所述PCS换流变压单元（2）和超级电容储能单元（3）用于与所述6kV厂用电单元（1）进行功率交换，以进行火电机组自动发电量控制AGC频率调节；
所述PCS换流变压单元（2）的输出端与所述超级电容储能单元（3）的输出端相连，其中，所述PCS换流变压单元（2）根据推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程和超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量得到超级电容储能单元（3）输出端电压变化量，以调整所述PCS换流变压单元（2）输出端的电压。
2.根据权利要求1所述的火电调频的超级电容电压稳定系统，其特征在于，所述6kV厂用电单元（1）包括：6kV厂用电A段（1-1）；6kV厂用电B段（1-2）；6kV厂用A段储能进线开关（1-3）；6kV厂用B段储能进线开关（1-4）；
所述6kV厂用电A段（1-1）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电A段（1-1）的输出端与6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输入端相连；
所述6kV厂用电B段（1-2）的输入端与高压厂用变低压侧相连，所述6kV厂用电B段（1-2）的输出端与6kV厂用B段储能进线开关（1-4）的输入端相连；
当火电机组AGC调频指令指示所述超级电容储能单元（3）进行充放电时，所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）和所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）进入闭合状态，以连通所述6kV厂用电单元（1）和所述PCS换流变压单元（2）。
3.根据权利要求2所述的火电调频的超级电容电压稳定系统，其特征在于，所述PCS换流变压单元（2）包括：A套储能并网开关（2-1）；B套储能并网开关（2-2）；A套储能升压变（2-3）；B套储能升压变（2-4）；A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）；B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）；
所述A套储能并网开关（2-1）的输入端与所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）的输出端相连，所述B套储能并网开关（2-2）的输入端与所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）相连；
所述A套储能升压变（2-3）的高压侧与所述A套储能并网开关（2-1）的输出端连接，所述B套储能升压变（2-4）的高压侧与所述B套储能并网开关（2-2）的输出端连接；所述A套储能升压变（2-3）的低压侧与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的交流侧连接，所述A套储能升压变（2-4）的低压侧与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的交流侧连接；
当所述超级电容储能单元（3）吸收或释放电能，根据负荷大小控制所述6kV厂用A段储能进线开关（1-3）、所述A套储能并网开关（2-1）的开闭状态；或，控制所述6kV厂用B段储能进线开关（1-4）、所述B套储能并网开关（2-2）的开闭状态，以使所述超级电容储能单元（3）接入电网；
当所述超级电容储能单元（3）处于放电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为逆变状态；当所述超级电容储能单元（3）处于充电状态，所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）、B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）的工作状态为整流状态。
4.根据权利要求3所述的火电调频的超级电容电压稳定系统，其特征在于，所述超级电容储能单元（3）包括：A套超级电容储能装置（3-1）；B套超级电容储能装置（3-2）；
所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端与所述A套储能三相两电平PCS换流器（2-5）的直流侧连接，所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端与所述B套储能三相两电平PCS换流器（2-6）直流侧连接；
所述A套超级电容储能装置（3-1）和所述B套超级电容储能装置（3-2）用于根据火电机组AGC调频指令调整充放电状态，以避免超级电容储能单元（3）过充电或过放电。
5.一种火电调频的超级电容电压稳定方法，其特征在于，应用于权利要求1-4中任一项所述的火电调频的超级电容电压稳定系统，包括以下步骤：
建立稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程，其中，所述直流-超级电容有功功率下垂控制方程中包含下垂系数；
根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数；
根据所述自适应下垂系数获取推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程；
根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
6.根据权利要求5所述的火电调频用超级电容电压稳定方法，其特征在于，所述稳态情况下的直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure 864388DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：
Figure 385500DEST_PATH_IMAGE002
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压实际值；
Figure 635215DEST_PATH_IMAGE003
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压参考值；P为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率实际值；
Figure 558172DEST_PATH_IMAGE004
为所述A套超级电容储能装置（3-1）或所述B套超级电容储能装置（3-2）吸收或发出的有功功率参考值；n为所述下垂系数。
7.根据权利要求6所述的火电调频用超级电容电压稳定方法，其特征在于，所述根据超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量和超级电容储能单元（3）输出端电压变化量获取自适应下垂系数的公式化表达为：
Figure 867931DEST_PATH_IMAGE005
；
其中：
Figure 876338DEST_PATH_IMAGE006
为所述自适应下垂系数，
Figure 929744DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 769525DEST_PATH_IMAGE008
为所述超级电容储能单元（3）输出端有功功率变化量；
Figure 922288DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 214729DEST_PATH_IMAGE010
为所述超级电容储能单元（3）输出端电压变化量；
Figure 275089DEST_PATH_IMAGE011
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的上限；
Figure 969376DEST_PATH_IMAGE012
为A套超级电容储能装置（3-1）或B套超级电容储能装置（3-2）输出端电压的下限。
8.根据权利要求7所述的火电调频用超级电容电压稳定方法，其特征在于，所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程的公式化表达为：
Figure 558620DEST_PATH_IMAGE013
。
9.根据权利要求8所述的火电调频用超级电容电压稳定方法，其特征在于，所述根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程控制所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压，包括：
获取超级电容储能单元（3）输出端当前的
Figure 603936DEST_PATH_IMAGE014
，并根据所述推荐直流-超级电容有功功率下垂控制方程获取所述
Figure 668320DEST_PATH_IMAGE015
，根据所述
Figure 217113DEST_PATH_IMAGE016
调整所述A套超级电容储能装置（3-1）的输出端电压或所述B套超级电容储能装置（3-2）的输出端电压。
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