CN115833266A - 新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法 - Google Patents

新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，包括：步骤1、根据同步发电机转子运动方程和同步发电机的功率响应曲线，将分布式发电单元等效成虚拟同步发电机模型G2，并获得所述虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程；步骤2、根据同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程，得到虚拟同步发电机模型G2的功率响应曲线P(t)，从而进行功率曲线分配。本发明通过等效的功率曲线，各发电单元可以实时调整输出功率，承担负荷变化，减少同步机组负担，有利于系统的稳定运行。

Description

新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法
技术领域
本发明属于电力领域，具体涉及一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法。
背景技术
为了减少全球能源危机以及不可逆转的气候变化，光伏发电等可再生能源发电技术在过去的十年中得到迅速发展。当前新能源系统并网多以跟网型方式并网，即按照指定的有功无功功率指令固定输出功率，控制简单。但是由于跟网型控制的换流器不具有同步发电机的惯性，其受系统负荷波动，运行方式的转变的影响较大。
图1描述了分布式能源系统的典型结构，交流母线上分布若干负载，同步发电机接入交流母线，等效为G1;发电单元与储能单元并联，通过电压源型换流站（voltage-sourceconverter, VSC）接入交流系统，S1 、S2、…Sn分别为各单元容量，同时通过跟网型控制方式接入交流系统。当系统负荷发生波动时，通常同步发电机G1可根据其波动来调整功率输出，来维持系统的稳定运行。然而，在交流系统较弱的情况下，该分布式能源系统的正常运行将面临严重威胁。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法。该方法通过将所有发电单元进行聚合控制，使其功率输出曲线同一个虚拟的同步发电机等效，借此来模拟发电机功率输出。通过等效的功率曲线，各发电单元可以实时调整输出功率来减少同步机组负担。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，包括如下步骤：
步骤1、根据同步发电机的转子运动方程和同步发电机的功率响应曲线，将分布式发电单元等效成虚拟同步发电机模型G2，并获得所述虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程；
步骤2、根据同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程，得到虚拟同步发电机模型G2的功率响应P(t)，从而进行功率曲线分配。
进一步地，其特征在于，所述步骤1具体包括：
已知同步发电机的转子运动方程为：
Figure SMS_1
；
其中，
Figure SMS_2
为转子机械角速度，单位为rad/s；J为转子的转动惯量，单位为
Figure SMS_3
；
Figure SMS_4
为作用在转子轴上的不平衡转矩，略去风阻摩擦等损耗即为原动机机械转矩
Figure SMS_5
和发电机电磁转矩
Figure SMS_6
之差，单位为
Figure SMS_7
；
根据同步发电机的功率响应曲线将每个发电单元等效为一个虚拟同步发电机；
经过上述等效后，进一步将多个分布式发电单元等效为一个虚拟同步发电机模型G2，所述虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程为：
Figure SMS_8
，
其中，J2为分布式发电单元集群后等效的转子转动惯量，
Figure SMS_9
为其等效后的不平衡转矩。
进一步地，其特征在于，所述步骤2具体包括：
根据步骤1得到同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程：
Figure SMS_10
；
Figure SMS_11
；
其中，J1为同步发电机G1的转子转动惯量，
Figure SMS_12
为同步发电机G1的不平衡转矩；
当负荷集群发生扰动时，
Figure SMS_13
,将负荷变化量
Figure SMS_14
作为输入代入上述公式联立得：
Figure SMS_15
；
整理得到：
Figure SMS_16
,
将得到的转子机械角速度
Figure SMS_17
代入虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程得到虚拟同步发电机模型G2的电磁功率变化量：
Figure SMS_18
，
由此得到虚拟同步发电机模型G2的功率响应P(t)；
假定S1、S2、…Sn分别为第1、2、…n个分布式发电单元的容量，将虚拟同步发电机模型G2的功率曲线分解成为各时段功率指令：
Figure SMS_19
、
Figure SMS_20
……
Figure SMS_21
；
其中，
Figure SMS_22
、
Figure SMS_23
、…
Figure SMS_24
为第1、2、…n个分布式发电单元的功率指令值，得到功率指令后通过同步相量测量单元将其下发至第1、2、…n个分布式发电单元。
进一步地，如果有p个分布式发电单元为不可接受功率指令变化的机组，其各自容量和为
Figure SMS_25
，
Figure SMS_26
，则其他的分布式发电单元根据各自容量依照
Figure SMS_27
进行重新分配，
Figure SMS_28
为第m个接受功率指令的机组，Sm为第m个分布式发电单元的容量，由此计算后通过PMU下发至各分布式发电单元。
有益效果：
本发明提出的新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法可该方法通过将所有发电单元进行聚合控制，使其功率输出曲线同一个虚拟的同步发电机等效。通过等效的功率曲线，各发电单元可以实时调整输出功率，承担负荷变化，减少同步机组负担。
本发明通过等效的功率曲线，各发电单元可以实时调整输出功率，承担负荷变化，减少同步机组负担，有利于系统的稳定运行，可以为分布式能源并网系统的发展提供重要支撑，市场前景广阔。
附图说明
图1为分布式能源系统结构图；
图2为分布式发电单元功率响应曲线；
图3为分布式能源系统发电机等效结构图；
图4为分布式能源系统简化结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法具体包括如下步骤：
步骤1、将分布式发电单元等效成虚拟同步发电机模型：
每个发电单元的功率输出可以跟随时间t的变化而变化，其变化规律依据同步发电机的功率响应曲线如图2所示，即可等效为一个虚拟同步发电机。
已知同步发电机转子运动方程为：
Figure SMS_29
；
其中
Figure SMS_30
为转子机械角速度，单位为rad/s；J为转子的转动惯量，单位为
Figure SMS_31
；
Figure SMS_32
为作用在转子轴上的不平衡转矩，略去风阻摩擦等损耗即为原动机机械转矩
Figure SMS_33
和发电机电磁转矩
Figure SMS_34
之差，单位为
Figure SMS_35
。
经过上述等效后，可将如图1所示的分布式能源系统结构图等效为图3。进一步将多个分布式发电单元等效为一个虚拟同步发电机模型G2，如图4所示，等效后的虚拟同步发电机模型G2同样具有一个虚拟的转子运动方程：
Figure SMS_36
，J2为分布式电源集群后等效的转子转动惯量，
Figure SMS_37
为其等效后的不平衡转矩。
步骤2、进行功率曲线分配：
根据步骤1可得图4中同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程：
Figure SMS_38
；
Figure SMS_39
；
其中，J1为同步发电机G1的转子转动惯量，
Figure SMS_40
为同步发电机G1的不平衡转矩。
当负荷集群发生扰动时，
Figure SMS_41
,将负荷变化量
Figure SMS_42
作为输入代入上述公式联立得：
Figure SMS_43
；
整理可得：
Figure SMS_44
,将得到的转子机械角速度
Figure SMS_45
代入虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程可得虚拟同步发电机模型G2的电磁功率变化量：
Figure SMS_46
，由此可得虚拟同步发电机模型G2的功率响应P(t)。
假定S1、S2、…Sn分别为第1、2、…n个分布式发电单元的容量，则将虚拟的同步发电机模型G2的功率曲线分解成为各时段功率指令：
Figure SMS_47
、
Figure SMS_48
……
Figure SMS_49
；
其中，
Figure SMS_50
、
Figure SMS_51
、…
Figure SMS_52
为第1、2、…n个分布式发电单元的功率指令值，得到功率指令后通过同步相量测量单元(phasor measurement unit, PMU)将其下发至第1、2、…n个分布式发电单元。
如果有p个分布式发电单元为不可接受功率指令变化的机组，其各自容量和为
Figure SMS_53
，
Figure SMS_54
，则其他的分布式发电单元根据各自容量依照
Figure SMS_55
进行重新分配，
Figure SMS_56
为第m个接受功率指令的机组，Sm为第m个分布式发电单元的容量，由此计算后通过PMU下发至各分布式发电单元。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据同步发电机的转子运动方程和同步发电机的功率响应曲线，将分布式发电单元等效成虚拟同步发电机模型 G2，并获得所述虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程；
步骤2、根据同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程，得到虚拟同步发电机模型G2的功率响应P(t)，从而进行功率曲线分配。
2.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
已知同步发电机的转子运动方程为：
Figure QLYQS_1
，
其中，
Figure QLYQS_2
为转子机械角速度，单位为rad/s；J为转子的转动惯量，单位为
Figure QLYQS_3
；
Figure QLYQS_4
为作用在转子轴上的不平衡转矩，略去风阻摩擦等损耗即为原动机机械转矩
Figure QLYQS_5
和发电机电磁转矩
Figure QLYQS_6
之差，单位为
Figure QLYQS_7
；
根据同步发电机的功率响应曲线将每个发电单元等效为一个虚拟同步发电机；
经过上述等效后，进一步将多个分布式发电单元等效为一个虚拟同步发电机模型G2，所述虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程为：
Figure QLYQS_8
，
其中， J2为分布式发电单元集群后等效的转子转动惯量，
Figure QLYQS_9
为其等效后的不平衡转矩。
3.根据权利要求2所述的一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
根据步骤1得到同步发电机G1、虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程：
Figure QLYQS_10
；
Figure QLYQS_11
其中，J1为同步发电机G1的转子转动惯量，
Figure QLYQS_12
为同步发电机G1的不平衡转矩；
当负荷集群发生扰动时，
Figure QLYQS_13
,将负荷变化量
Figure QLYQS_14
作为输入代入上述公式联立得：
Figure QLYQS_15
；
整理得到:
Figure QLYQS_16
,
将得到的转子机械角速度
Figure QLYQS_17
代入虚拟同步发电机模型G2的转子运动方程得到虚拟同步发电机模型G2的电磁功率变化量：
Figure QLYQS_18
，
由此得到虚拟同步发电机模型G2的功率响应P(t)；
假定S 1 、S 2 、…S n 分别为第1、2、…n个分布式发电单元的容量，将虚拟同步发电机模型G2的功率曲线分解成为各时段功率指令：
Figure QLYQS_19
、
Figure QLYQS_20
……
Figure QLYQS_21
，
其中，
Figure QLYQS_22
、
Figure QLYQS_23
、…
Figure QLYQS_24
为第1、2、…n个分布式发电单元的功率指令值，得到功率指令后通过同步相量测量单元将其下发至第1、2、…n个分布式发电单元。
4.根据权利要求3所述的一种新能源电力系统中跟网型变流器集群聚合控制方法，其特征在于，如果有p个分布式发电单元为不可接受功率指令变化的机组，其各自容量和为
Figure QLYQS_25
，
Figure QLYQS_26
，则其他的分布式发电单元根据各自容量依照
Figure QLYQS_27
进行重新分配，
Figure QLYQS_28
为第m个接受功率指令的机组，S m 为第m个分布式发电单元的容量，由此计算后通过PMU下发至各分布式发电单元。
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