RU2783040C1 - Frequency control method in an autonomous power system, including an electrical energy storage system - Google Patents
Frequency control method in an autonomous power system, including an electrical energy storage system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783040C1 RU2783040C1 RU2022115473A RU2022115473A RU2783040C1 RU 2783040 C1 RU2783040 C1 RU 2783040C1 RU 2022115473 A RU2022115473 A RU 2022115473A RU 2022115473 A RU2022115473 A RU 2022115473A RU 2783040 C1 RU2783040 C1 RU 2783040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- signal
- block
- frequency
- input
- Prior art date
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims abstract description 33
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к, способам управления системой накопления электрической энергии для ограничения отклонений частоты в автономной энергосистеме.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to methods for controlling an electric energy storage system to limit frequency deviations in an autonomous power system.
Из уровня техники известен способ обеспечения динамической устойчивости энергосистемы, включающей дизель-генераторную установку или газопоршневую установку конечной мощности, нагрузку и систему накопления электрической энергии, включающую двунаправленный инвертор, накопитель энергии и систему управления, подключенные к выходу электрогенератора параллельно с нагрузкой. Система дополнительно содержит датчик тока, измеряющий ток генератора, и датчик напряжения, измеряющий напряжение сети. Система управления контролирует скорость нарастания или убывания мощности генератора, в том случае, если скорость нарастания или убывания мощности генератора превосходит заданную величину, а система накопления энергии выдает или потребляет мощность таким образом, что скорость нарастания или убывания мощности генератора остается в установленных пределах. Патент РФ № 2722215, МПК H02J 3/12; H02J 3/46, опубл. 28.05.2020.From the prior art, a method is known to ensure the dynamic stability of a power system, including a diesel generator set or a gas piston plant of final power, a load and an electric energy storage system, including a bidirectional inverter, an energy storage device and a control system connected to the output of the electric generator in parallel with the load. The system additionally contains a current sensor that measures the generator current and a voltage sensor that measures the mains voltage. The control system controls the rate of increase or decrease in the power of the generator, in the event that the rate of increase or decrease in the power of the generator exceeds the specified value, and the energy storage system produces or consumes power in such a way that the rate of increase or decrease in the power of the generator remains within the set limits. RF patent No. 2722215, IPC
Известен способ управления инвертором напряжения в системах накопления электрической энергии при резкопеременной нагрузке, заключающийся в том, что вычисляют действительную и мнимую мгновенную мощность в цепи нагрузки, вычисляют величину ошибки между сигналами обратной связи и фильтрованными сигналами, производят деление сигналов ошибки на величину амплитуды обобщённого вектора напряжения нагрузки, формируют сигналы задания на ток в цепи нагрузки в двух ортогональных проекциях, вычисляют величину ошибки между сигналами обратной связи и сигналами задания по току в цепи нагрузки в двух ортогональных проекциях, преобразуют сигналы управления ортогональных проекций в три моделирующих сигнала во временной области, формируют опорный двухполярный сигнал, вырабатывают импульсы управления вентилями инвертора напряжения при превышении моделирующих напряжений над опорным напряжением. Согласно способу, также определяют полярность и величину изменения мощности нагрузки в двух ортогональных проекциях, фиксируют полярность изменения мощности нагрузки в двух ортогональных проекциях, умножают сигнал полярности мощности нагрузки в двух ортогональных проекциях на сигнал с выхода компаратора сравнения сигнала обратной связи по соответствующей ортогональной проекции мощности инвертора напряжения и сигнала задания на минимальный уровень данной составляющей мощности инвертора, умножают на задание на величину скорости изменения мощности источника питания в двух ортогональных проекциях, формируют линейно изменяющееся задание на мощность источника питания в двух ортогональных проекциях. Патент РФ № 2733999, МПК G05F 1/66, опубл.: 09.10.2020.A known method for controlling a voltage inverter in electrical energy storage systems with a sharply changing load, which consists in calculating the real and imaginary instantaneous power in the load circuit, calculating the error between feedback signals and filtered signals, dividing the error signals by the magnitude of the amplitude of the generalized voltage vector load, generate current reference signals in the load circuit in two orthogonal projections, calculate the error between the feedback signals and the current reference signals in the load circuit in two orthogonal projections, convert the orthogonal projection control signals into three modeling signals in the time domain, form the reference bipolar signal, generate impulses to control the voltage inverter valves when the modeling voltages exceed the reference voltage. According to the method, the polarity and magnitude of the load power change in two orthogonal projections are also determined, the polarity of the load power change in two orthogonal projections is fixed, the load power polarity signal is multiplied in two orthogonal projections by the signal from the output of the comparator for comparing the feedback signal according to the corresponding orthogonal projection of the inverter power voltage and the reference signal to the minimum level of this component of the inverter power, multiplied by the reference by the value of the power source power change rate in two orthogonal projections, a linearly changing reference to the power source power in two orthogonal projections is formed. RF patent No. 2733999, IPC
Известна система управления накопителем электрической энергии для расширения области допустимых режимов генерирующих установок источников распределенной генерации при кратковременных отклонениях частоты. Представленный подход позволяет предотвращать излишние отключения ГУ при кратковременных отклонениях частоты и обеспечивать надежное электроснабжение потребителей. Управляющее воздействие со стороны накопителя формируется при выходе частоты за допустимый уровень, при этом, используется только один канал управления - канал частоты, и не учитывается текущий уровень заряда накопителя. Патент РФ № 2718113, МПК H02J 3/32, опубл.: 30.03.2020.Known control system of the storage of electrical energy to expand the range of permissible modes of generating installations of sources of distributed generation with short-term frequency deviations. The presented approach makes it possible to prevent unnecessary shutdowns of the GU during short-term frequency deviations and to ensure a reliable power supply to consumers. The control action from the drive is formed when the frequency goes beyond the allowable level, while only one control channel is used - the frequency channel, and the current charge level of the drive is not taken into account. RF patent No. 2718113, IPC
Задачей заявленного технического решения является создание комплексного подхода к регулированию частоты в автономной энергосистеме с задействованием сразу принципов управления: по отклонению частоты и по возмущению (изменению нагрузки), а также с автоматическим поддержанием уровня заряда накопителя энергии. The objective of the claimed technical solution is to create an integrated approach to frequency control in an autonomous power system with the use of control principles at once: by frequency deviation and by disturbance (load change), as well as with automatic maintenance of the energy storage charge level.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в уменьшении отклонений частоты в автономной энергосистеме.The technical result of the proposed technical solution is manifested in the reduction of frequency deviations in an autonomous power system.
Технический результат также проявляется в сохранении ресурса СНЭЭ при её участии в регулировании частоты.The technical result is also manifested in the conservation of the SNEE resource with its participation in frequency control.
Технический результат также проявляется в появлении у СНЭЭ дополнительной функции поддержания частоты, что ведёт к более эффективному и интенсивному использованию СНЭЭ.The technical result is also manifested in the appearance of an additional frequency maintenance function in the SNEE, which leads to a more efficient and intensive use of the SNEE.
Технический результат достигается тем, что способ регулирования частоты в автономной энергосистеме, включающей СНЭЭ, характеризуется тем, что подают сигнал мощности нагрузки Pнагр, питаемой от электростанции, на вход сумматора и на вход блока расчета сглаженной мощности, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, на выходе которого получают сигнал сглаженной мощности, который подают на вход сумматора со знаком «-», на выходе сумматора получают сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, измеряют частоту f электрического тока в энергосистеме, подают сигнал требуемого значения частоты fтреб, равный заданной уставке, со знаком «+» и сигнал f со знаком «-» на вход сумматора, на выходе которого получают сигнал отклонения частоты, который подвергают обработке в блоке расчёта пропорциональной составляющей, представляющем собой пропорциональное звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, и в блоке расчёта дифференциальной составляющей, представляющем собой дифференцирующее звено с задаваемым коэффициентом усиления Кд, на выходе блока расчёта, представляющего собой пропорциональное звено, получают сигнал пропорциональной составляющей, который определяется отклонением частоты, на выходе блока расчёта, представляющего собой дифференцирующее звено, получают сигнал дифференциальной составляющей, который определяется скоростью изменения частоты, сигнал пропорциональной составляющей и сигнал дифференциальной составляющей подают на вход сумматора, на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, являющийся суммой пропорциональной и дифференциальной составляющих, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, и сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подвергают обработке в блоке формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем энергии и автономной энергосистемой.The technical result is achieved by the fact that the method of frequency control in an autonomous power system, including SNEE, is characterized by the fact that the load power signal Pload supplied from the power plant is fed to the input of the adder and to the input of the smoothed power calculation unit, which is a first-order aperiodic link, at the output which a smoothed power signal is received, which is fed to the input of the adder with the “-” sign, at the output of the adder, a power signal is received, determined by the regulator by disturbance, the frequency f of the electric current in the power system is measured, the signal of the required frequency value freq equal to the specified setting is given with the sign "+" and the signal f with the sign "-" to the input of the adder, at the output of which a frequency deviation signal is received, which is processed in the proportional component calculation unit, which is a proportional link with a given gain Kp, and in the differential component calculation unit, which represents diffe a reductive link with a given gain Kd, at the output of the calculation block, which is a proportional link, a proportional component signal is received, which is determined by the frequency deviation, at the output of the calculation block, which is a differentiating link, a differential component signal is received, which is determined by the rate of change of frequency, the signal proportional component and the signal of the differential component are fed to the input of the adder, at the output of which a power signal is obtained, determined by the controller by the frequency deviation, which is the sum of the proportional and differential components, the power signal, determined by the controller by the disturbance, and the power signal, determined by the controller by the frequency deviation, are subjected to processing in the signal generation unit that controls the power converter as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between the energy storage device and the autonomous power system.
Технический результат также достигается тем, что способ регулирования частоты в автономной энергосистеме, включающей СНЭЭ, характеризуется тем, что подают сигнал мощности нагрузки Pнагр, питаемой от электростанции, на вход сумматора и на вход блока расчёта сглаженной мощности, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, на выходе которого получают сигнал сглаженной мощности, который подают на вход сумматора со знаком «-», на выходе сумматора получают сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, измеряют частоту f электрического тока в энергосистеме, подают сигнал требуемого значения частоты fтреб, равный заданной уставке, со знаком «+» и сигнал f со знаком «-» на вход сумматора, на выходе которого получают сигнал отклонения частоты, который подвергают обработке в блоке расчёта пропорциональной составляющей, представляющем собой пропорциональное звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, и в блоке расчёта дифференциальной составляющей, представляющем собой дифференцирующее звено с задаваемым коэффициентом усиления Кд, на выходе блока расчёта, представляющего собой пропорциональное звено, получают сигнал пропорциональной составляющей, который определяется отклонением частоты, на выходе блока расчёта, представляющего собой дифференцирующее звено, получают сигнал дифференциальной составляющей, который определяется скоростью изменения частоты, сигнал пропорциональной составляющей и сигнал дифференциальной составляющей подают на вход сумматора, на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, являющийся суммой пропорциональной и дифференциальной составляющих, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, подвергают обработке в блоке формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1 в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем энергии № 1 и автономной энергосистемой, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подвергают обработке в блоке формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2 в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем энергии № 2 и автономной энергосистемой.The technical result is also achieved by the fact that the method of frequency control in an autonomous power system, including SNEE, is characterized by the fact that the load power signal Pload supplied from the power plant is fed to the input of the adder and to the input of the smoothed power calculation unit, which is a first-order aperiodic link, to at the output of which a smoothed power signal is received, which is fed to the input of the adder with the “-” sign, at the output of the adder a power signal is received, determined by the regulator by disturbance, the frequency f of the electric current in the power system is measured, the signal of the required frequency value freq equal to the specified setting is given, with the sign "+" and the signal f with the sign "-" to the input of the adder, at the output of which a frequency deviation signal is received, which is processed in the proportional component calculation unit, which is a proportional link with a given gain Kp, and in the differential component calculation unit, representing a differentiating link with a given gain Kd, at the output of the calculation block, which is a proportional link, a proportional component signal is received, which is determined by the frequency deviation, at the output of the calculation block, which is a differentiating link, a differential component signal is received, which is determined by the rate of change of frequency, the signal proportional component and the signal of the differential component are fed to the input of the adder, at the output of which a power signal is obtained, determined by the controller by the frequency deviation, which is the sum of the proportional and differential components, the power signal, determined by the controller by the disturbance, is processed in the signal generation unit that controls the power converter No. 1 as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between the energy storage device No. 1 and the autonomous power system, the power signal determined by the regulator by the frequency deviation is processed otke in the signal generation unit that controls power converter No. 2 as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between energy storage No. 2 and an autonomous power system.
Комбинация процессов сглаживания набросов/сбросов нагрузки с использованием апериодического звена и стабилизации частоты на основе ПД-регулятора в СНЭЭ дает наилучшую эффективность в уменьшении отклонений частоты. Эффект достигается за счет того, что малое время отклика СНЭЭ позволяет с минимальной задержкой (у современных СНЭЭ она составляет порядка 5 мс) компенсировать бросок мощности нагрузки – СНЭЭ увеличивает или уменьшает мощность энергообмена на величину броска нагрузки, поддерживая тем самым баланс активной мощности на зажимах генератора и уменьшая, вследствие этого, отклонение частоты. The combination of smoothing surges/load dumps using an aperiodic link and frequency stabilization based on a PD controller in SNEE gives the best efficiency in reducing frequency deviations. The effect is achieved due to the fact that the short response time of the SNEE allows with a minimum delay (for modern SNEE it is about 5 ms) to compensate for the load power surge - SNEE increases or decreases the energy exchange power by the amount of the load surge, thereby maintaining the balance of active power at the generator terminals and thereby reducing the frequency deviation.
Выполнение блока расчета сглаженной мощности, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, позволяет формировать управляющее воздействие в зависимости от изменения нагрузки и задействовать в регулировании значительную мощность СНЭЭ уже в первый момент сброса или наброса нагрузки, пока частота в энергосистеме ещё не успела отклониться от номинального значения.The execution of the block for calculating the smoothed power, which is a first-order aperiodic link, makes it possible to form a control action depending on the change in load and to involve in the regulation a significant power of the SNEE already at the first moment of load shedding or surge, while the frequency in the power system has not yet had time to deviate from the nominal value.
Выполнение блока расчета пропорциональной составляющей, представляющего собой пропорциональное звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, позволяет формировать управляющее воздействие в зависимости от значения отклонения частоты в энергосистеме в рассматриваемый момент времени, увеличивая сигнал на выходе тем больше, чем большее значение имеет отклонение регулируемой величины.The execution of the block for calculating the proportional component, which is a proportional link with a given gain Kp, allows you to form a control action depending on the value of the frequency deviation in the power system at the considered time point, increasing the output signal the more, the greater the deviation of the controlled value.
Выполнение блока расчета дифференциальной составляющей, представляющего собой дифференцирующее звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, позволяет формировать управляющее воздействие в зависимости от значения скорости изменения частоты в энергосистеме в рассматриваемый момент времени и противодействовать отклонениям от целевого значения, которые прогнозируются в будущем.The execution of the block for calculating the differential component, which is a differentiating link with a given gain Kp, makes it possible to form a control action depending on the value of the frequency change rate in the power system at the considered point in time and counteract deviations from the target value that are predicted in the future.
Выполнение блока искусственной зоны нечувствительности по мощности позволяет обнулить сигнал мощности, определяемый регулятором, чтобы избежать излишнего использования ресурса СНЭЭ в случаях, когда возмущение в энергосистеме незначительно и мощность СНЭЭ для его компенсации привлекать нецелесообразно, а также когда имеется шум, неточность или исчезновение сигнала измерений.The execution of the artificial dead zone block for power allows you to reset the power signal determined by the regulator in order to avoid unnecessary use of the SNEE resource in cases where the perturbation in the power system is insignificant and it is inexpedient to use the SNEE power to compensate for it, and also when there is noise, inaccuracy or disappearance of the measurement signal.
Выполнение блока искусственной зоны нечувствительности по частоте позволяет обнулить сигнал отклонения частоты, чтобы избежать излишнего использования ресурса СНЭЭ в случаях, когда отклонение частоты в энергосистеме незначительно и мощность СНЭЭ для его ликвидации привлекать нецелесообразно, а также когда имеется шум, неточность или исчезновение сигнала измерений.The execution of the artificial dead zone block in frequency allows you to reset the frequency deviation signal in order to avoid unnecessary use of the SNEE resource in cases where the frequency deviation in the power system is insignificant and it is inexpedient to involve the SNEE power to eliminate it, and also when there is noise, inaccuracy or disappearance of the measurement signal.
Выполнение блока поддержания уровня заряда накопителя позволяет корректировать мощность, потребляемую или выдаваемую СНЭЭ в процессе регулирования частоты, в зависимости от уровня заряда накопителя и обеспечить автоматическое поддержание уровня заряда накопителя с целью предотвращения глубокого разряда накопителя, негативно сказывающегося на его ресурсе, и недопущения ситуации, при которой СНЭЭ не может участвовать в регулировании из-за чрезмерно низкого или высокого уровня заряда накопителя в конкретный момент времени.Implementation of the block for maintaining the charge level of the storage device makes it possible to adjust the power consumed or output by the SNEE in the process of frequency regulation, depending on the charge level of the storage device, and to ensure automatic maintenance of the charge level of the storage device in order to prevent deep discharge of the storage device, which negatively affects its resource, and to prevent a situation when which the EECS cannot participate in the regulation due to an excessively low or high level of the drive charge at a particular point in time.
Обработка сигнала мощности, определяемого регулятором по возмущению, в блоке формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1 в составе СНЭЭ, обеспечивающим энергообмен между накопителем энергии № 1 и энергосистемой, позволяет в первый момент наброса или сброса нагрузки максимально задействовать накопитель с бόльшим ресурсом по доступному количеству циклов заряд-разряд и меньшей энергоёмкостью (например, накопитель на основе суперконденсаторов).The processing of the power signal, determined by the regulator by disturbance, in the signal generation unit that controls power converter No. 1 as part of the SNEE, which provides energy exchange between energy storage No. 1 and the power system, allows at the first moment of loading or shedding the load to maximize the use of the drive with a larger resource in terms of the available amount charge-discharge cycles and lower energy consumption (for example, a storage device based on supercapacitors).
Обработка сигнала мощности, определяемого регулятором по отклонению частоты, в блоке формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2 в составе СНЭЭ, обеспечивающим энергообмен между накопителем энергии № 2 и энергосистемой, позволяет в первый момент наброса или сброса нагрузки минимально задействовать накопитель с меньшим ресурсом по доступному количеству циклов заряд-разряд и большей энергоёмкостью (например, накопитель на основе литий-ионных аккумуляторов) и вводить его в работу постепенно – вместе с нарастанием частоты, если его не удалось ликвидировать накопителем с бόльшим ресурсом.The processing of the power signal, determined by the regulator by the frequency deviation, in the signal generation unit that controls the power converter No. 2 as part of the SNEE, which provides energy exchange between the energy storage No. 2 and the power system, allows at the first moment of loading or shedding the load to minimally use the drive with a smaller resource available the number of charge-discharge cycles and higher energy consumption (for example, a storage device based on lithium-ion batteries) and put it into operation gradually - along with an increase in frequency, if it could not be eliminated by a storage device with a longer resource.
Заявляемые способы далее поясняется с помощью фиг. 1-7.The claimed methods are further explained with the help of FIG. 1-7.
На Фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с одним накопителем энергии.On FIG. 1 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with one energy storage device.
На Фиг. 2 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с одним накопителем энергии с учетом задействования блоков «искусственная зона нечувствительности по мощности» и поддержания заряда.On FIG. 2 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with one energy storage device, taking into account the use of the "artificial power dead zone" blocks and maintaining the charge.
На Фиг. 3 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с одним накопителем энергии с учетом задействования блоков «искусственная зона нечувствительности по мощности», «искусственная зона нечувствительности по частоте» и поддержания заряда.On FIG. 3 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with one energy storage device, taking into account the use of the "artificial power dead zone", "artificial frequency dead zone" and charge maintenance blocks.
На Фиг. 4 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с несколькими накопителями энергии разных типов.On FIG. 4 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with several energy storage devices of different types.
На Фиг. 5 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с несколькими накопителями энергии разных типов с учетом использования блоков «искусственная зона нечувствительности по мощности» и поддержания заряда.On FIG. 5 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with several energy storage devices of different types, taking into account the use of "artificial power dead zone" blocks and charge maintenance.
На Фиг. 6 представлена принципиальная схема реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме с несколькими накопителями энергии разных типов с учетом использования блоков «искусственная зона нечувствительности по мощности», «искусственная зона нечувствительности по частоте» и поддержания заряда.On FIG. 6 shows a schematic diagram of the implementation of the frequency control method in an autonomous power system with several energy storage devices of different types, taking into account the use of the "artificial power dead zone", "artificial frequency dead zone" and charge maintenance blocks.
На Фиг. 7 представлен пример уставки и границ по уровню заряда.On FIG. 7 shows an example of a setpoint and limits on the level of charge.
На фиг. 8-11 представлены графики с результатами численного моделирования реализации заявленных способов, отражающих их эффективность.In FIG. 8-11 are graphs with the results of numerical simulation of the implementation of the claimed methods, reflecting their effectiveness.
На фиг. 1-6 условно обозначены следующие элементы схем реализации способов:In FIG. 1-6, the following elements of the method implementation schemes are conventionally indicated:
- измеритель (1) мощности нагрузки, питаемой от электростанции;- a meter (1) of the power of the load fed from the power plant;
- сумматор (2), (5), (8);- adder (2), (5), (8);
- блок (3) расчета сглаженной мощности;- block (3) for calculating the smoothed power;
- измеритель (4) частоты в энергосистеме; - frequency meter (4) in the power system;
- блок (6) расчета пропорциональной составляющей;- block (6) for calculating the proportional component;
- блок (7) расчета дифференциальной составляющей;- block (7) for calculating the differential component;
- блок (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем (для энергосистемы с одним накопителем энергии);- block (9) for generating signals that control the power converter (for a power system with one energy storage device);
- блок (10) «Искусственная зона нечувствительности по мощности № 1»;- block (10) "Artificial power dead zone No. 1";
- блок (11) «Искусственная зона нечувствительности по мощности № 2»;- block (11) "Artificial power dead zone No. 2";
- блок (12) поддержания уровня заряда накопителя энергии (для энергосистемы с одним накопителем энергии);- block (12) for maintaining the charge level of the energy storage device (for a power system with one energy storage device);
- блок (13) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1;- block (13) for generating signals that control power converter No. 1;
- блок (14) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2;- block (14) for generating signals that control power converter No. 2;
- блок (15) поддержания уровня заряда накопителя энергии № 1 (для энергосистемы с несколькими накопителями энергии разных типов);- block (15) for maintaining the charge level of energy storage device No. 1 (for a power system with several energy storage devices of different types);
- блок (16) поддержания уровня заряда накопителя энергии № 2 (для энергосистемы с несколькими накопителями энергии разных типов);- block (16) for maintaining the charge level of energy storage device No. 2 (for a power system with several energy storage devices of different types);
- блок (17) «Искусственная зона нечувствительности по частоте»;- block (17) "Artificial frequency dead zone";
- накопитель энергии (18) (для энергосистемы с одним типом накопителя);- energy storage (18) (for a power system with one type of storage);
- накопитель энергии № 1 (19) (для энергосистемы с несколькими накопителями энергии разных типов);- energy storage unit No. 1 (19) (for a power system with several energy storage units of different types);
- накопитель энергии № 2 (20) (для энергосистемы с несколькими накопителями энергии разных типов).- energy storage unit No. 2 (20) (for a power system with several energy storage units of different types).
Пример осуществления заявленного способа регулирования частоты в автономной энергосистеме, включающей СНЭЭ, по первому варианту, представлен далее. An example of the implementation of the claimed method of frequency control in an autonomous power system, including SNEE, according to the first variant, is presented below.
Изначально подают сигнал мощности нагрузки Pнагр с измерителя (1) мощности нагрузки, питаемой от электростанции, на вход (2) сумматора и на вход блока (3) расчета сглаженной мощности, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, на выходе которого получают сигнал сглаженной мощности, который подают на вход сумматора (2) со знаком «-».Initially, the load power signal Pload is fed from the load power meter (1) fed from the power plant to the input (2) of the adder and to the input of the block (3) for calculating the smoothed power, which is an aperiodic link of the first order, at the output of which a smoothed power signal is received, which is fed to the input of the adder (2) with the sign "-".
Апериодическое звено первого порядка может представлять собой последовательно включённый резистор и параллельно включённый конденсатор или программу для ЭВМ. Примеры реализации звена не ограничены приведенными примерами, существуют и другие, очевидные для специалиста в уровне техникиA first-order aperiodic link can be a series-connected resistor and a parallel-connected capacitor or a computer program. Link implementation examples are not limited to the examples given, there are others that are obvious to a person skilled in the art.
На выходе сумматора (2) получают сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению. At the output of the adder (2), a power signal is received, which is determined by the regulator by the disturbance.
С измерителя (4) частоты в энергосистеме, сигнал частоты f со знаком «-» и сигнал требуемого значения частоты fтреб, равный заданной уставке, со знаком «+» подают на вход сумматора (5), на выходе которого получают сигнал отклонения частоты. Сигнал отклонения частоты подвергают обработке в блоке (6) расчёта пропорциональной составляющей, представляющем собой пропорциональное звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, и в блоке (7) расчёта дифференциальной составляющей, представляющем собой дифференцирующее звено с задаваемым коэффициентом усиления Кд.From the frequency meter (4) in the power system, the frequency signal f with the "-" sign and the signal of the required frequency value freq, equal to the specified setting, with the "+" sign are fed to the input of the adder (5), at the output of which a frequency deviation signal is received. The frequency deviation signal is processed in the block (6) for calculating the proportional component, which is a proportional link with a given gain Kp, and in the block (7) for calculating the differential component, which is a differentiating link with a given gain Kd.
На выходе блока (6) расчёта, представляющего собой пропорциональное звено, получают сигнал пропорциональной составляющей, который определяется отклонением частоты, а на выходе блока (7) расчёта, представляющего собой дифференцирующее звено, получают сигнал дифференциальной составляющей, который определяется скоростью изменения частоты.At the output of the calculation block (6), which is a proportional link, a proportional component signal is received, which is determined by the frequency deviation, and at the output of the calculation block (7), which is a differentiating link, a differential component signal is received, which is determined by the frequency change rate.
Сигнал пропорциональной составляющей и сигнал дифференциальной составляющей подают на вход сумматора (8), на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, являющийся суммой пропорциональной и дифференциальной составляющих. The signal of the proportional component and the signal of the differential component are fed to the input of the adder (8), at the output of which a power signal is obtained, determined by the regulator by the frequency deviation, which is the sum of the proportional and differential components.
Сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, и сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подвергают обработке в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем (18) энергии и автономной энергосистемой.The power signal, determined by the regulator by disturbance, and the power signal, determined by the regulator by frequency deviation, are processed in the block (9) for generating signals that control the power converter as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between the energy storage (18) and the autonomous power system.
В предпочтительном варианте, перед обработкой в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, подают на вход блока (10) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, с учетом нечувствительности по мощности, равный значению сигнала на входе блока «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности по мощности № 1, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In the preferred embodiment, before processing in the block (9) for generating signals that control the power converter as part of the SNEE, the power signal determined by the regulator by perturbation is fed to the input of the block (10) "artificial power dead zone No. 1", at the output of which the power signal determined by the controller by the disturbance, taking into account the power insensitivity, equal to the value of the signal at the input of the "artificial power dead zone No. 1" block, if it is outside the specified power dead zone No. 1, or equal to 0 if it is in the dead zone.
В одном из возможных вариантов осуществления, перед обработкой в блоке (6) расчёта пропорциональной составляющей и в блоке (7) расчёта дифференциальной составляющей сигнал отклонения частоты подают на вход блока (17) «искусственная зона нечувствительности по частоте», на выходе которого получают сигнал отклонения частоты с учетом нечувствительности по частоте, равный значению сигнала на входе блока (17) «искусственная зона нечувствительности по частоте», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности по частоте, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In one of the possible embodiments, before processing in the block (6) for calculating the proportional component and in the block (7) for calculating the differential component, the frequency deviation signal is fed to the input of the block (17) "artificial frequency dead zone", at the output of which a deviation signal is received frequency, taking into account frequency deadband, equal to the value of the signal at the input of block (17) "artificial deadband in frequency", if it is outside the specified frequency deadband, or equal to 0 if it is in the deadband.
В другом варианте осуществления, перед обработкой в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подают на вход блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, с учетом нечувствительности по мощности, равный значению сигнала на входе блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности по мощности № 2, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In another embodiment, before processing in the block (9) for generating signals that control the power converter as part of the SNEE, the power signal determined by the regulator by the frequency deviation is fed to the input of the block (11) "artificial power dead zone No. 2", at the output which a power signal is received, determined by the regulator by the frequency deviation, taking into account the power insensitivity, equal to the signal value at the input of the block (11) "artificial power dead zone No. 2", if it is outside the specified power dead zone No. 2, or equal to 0 if it is in the dead zone.
Для реализации заявленного способа могут также измерять уровень заряда накопителя (18) энергии и перед обработкой в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, и значение уровня заряда накопителя (18) энергии подавать на вход блока (12) поддержания уровня заряда накопителя энергии. При этом предпочтительно, в блоке (12) поддержания уровня заряда заданы уставка по уровню заряда накопителя (18) и граничные значения по уровням заряда выше и ниже уставки. В зависимости от выхода значения уровня заряда за граничные значения, значение мощности увеличивают или уменьшают на величину, соответствующую заданным граничным значениям, или оставляют неизменной, в случае если значение уровня заряда не выходит за граничные значения.To implement the claimed method, it is also possible to measure the charge level of the energy storage (18) and, before processing in the block (9) for generating signals that control the power converter as part of the SNEE, the power signal determined by the regulator by disturbance, the power signal determined by the regulator by frequency deviation, and the value of the charge level of the energy storage (18) to be fed to the input of the block (12) for maintaining the charge level of the energy storage. In this case, preferably, in the block (12) maintaining the charge level, the setpoint is set for the level of charge of the drive (18) and the boundary values for the charge levels above and below the setpoint. Depending on the charge level value going beyond the boundary values, the power value is increased or decreased by an amount corresponding to the specified boundary values, or left unchanged if the charge level value does not go beyond the boundary values.
Другими словами, если текущий уровень заряда накопителя (18) энергии вышел за допустимый диапазон, требуемая от накопителя мощность будет скорректирована.In other words, if the current charge level of the energy storage (18) is out of range, the required power from the storage will be adjusted.
На Фиг. 7 показан конкретный пример уставки в 70% с граничными значениями k1, k2, k3, заданными +-10, +-15 и +-18% соответственно.On FIG. 7 shows a specific example of a setting of 70% with the limit values k1, k2, k3 set to +-10, +-15 and +-18% respectively.
Например: если задана уставка 70%, а текущий заряд равен 76%, то управляющие сигналы не изменятся, т. к. |76-70| = 6 %, что меньше k1=10%.For example: if the setting is set to 70%, and the current charge is 76%, then the control signals will not change, since |76-70| = 6%, which is less than k1=10%.
Если текущий заряд 82%, значит превышение границы k1, требуется повысить выдачу мощности на a процентов.If the current charge is 82%, then the limit k1 is exceeded, it is required to increase the power output by a percent.
Если текущий заряд 86%, значит превышение границы k2, требуется повысить выдачу мощности на b процентов.If the current charge is 86%, then the k2 limit is exceeded, it is required to increase the power output by b percent.
Если текущий заряд 95%, значит превышение границы k3, требуется повысить выдачу мощности на c процентов.If the current charge is 95%, then the k3 limit is exceeded, it is required to increase the power output by c percent.
Если текущий заряд 58%, значит превышение границы k1, требуется снизить выдачу мощности на a процентов.If the current charge is 58%, then the limit k1 is exceeded, it is required to reduce the power output by a percent.
Если текущий заряд 54%, значит превышение границы k2, требуется снизить выдачу мощности на b процентов.If the current charge is 54%, then the k2 limit is exceeded, it is required to reduce the power output by b percent.
Если текущий заряд 45%, значит превышение границы k3, требуется снизить выдачу мощности на c процентов.If the current charge is 45%, then the k3 limit is exceeded, it is required to reduce the power output by c percent.
За то, насколько нужно снизить/повысить выдачу/потребление мощности накопителя отвечают поправочные коэффициенты a, b, c, которые заранее определены для граничных значений уровня заряда. Их значения, как и остальные, выбираются в ходе ручной настройки, либо другими известными способами, например, с помощью оптимизационных методов.Correction coefficients a, b, c, which are predetermined for the boundary values of the charge level, are responsible for how much it is necessary to reduce / increase the output / power consumption of the drive. Their values, like the rest, are selected during manual tuning, or by other known methods, for example, using optimization methods.
Также возможен вариант осуществления, при котором перед обработкой в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, сначала подают на вход блока (12) поддержания уровня заряда накопителя энергии, а затем его выходной сигнал подают на вход блока (10) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», выходной сигнал которого, в свою очередь, подвергают обработке в блоке (9).It is also possible to implement an embodiment in which, before processing in the block (9) for generating signals that control the power converter, the power signal determined by the regulator by perturbation is first fed to the input of the block (12) for maintaining the charge level of the energy storage device, and then its output signal is fed to block (10) input "artificial power dead zone No. 1", the output signal of which, in turn, is processed in block (9).
Также возможен вариант осуществления, при котором перед обработкой в блоке (9) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, сначала подают на вход блока (12) поддержания уровня заряда накопителя энергии, а затем его выходной сигнал подают на вход блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», выходной сигнал которого, в свою очередь, подвергают обработке в блоке (9).An embodiment is also possible, in which, before processing in the block (9) for generating signals that control the power converter, the power signal determined by the regulator by the frequency deviation is first fed to the input of the block (12) for maintaining the charge level of the energy storage device, and then its output signal is fed to the input of block (11) "artificial power dead zone No. 2", the output signal of which, in turn, is processed in block (9).
Описанный вариант реализации способа применим для случаев, когда в составе СНЭЭ имеется один накопитель (18) энергии (например, накопитель энергии на основе литий-ионных аккумуляторов).The described embodiment of the method is applicable for cases where the SNEE has one energy storage device (18) (for example, an energy storage device based on lithium-ion batteries).
Также заявлен способ регулирования частоты в автономной энергосистеме, включающей гибридную СНЭЭ. Под гибридной СНЭЭ следует понимать систему, имеющую в своём составе несколько накопителей (19), (20) энергии разных типов (например, накопитель энергии на основе литий-ионных аккумуляторов и накопитель энергии на основе суперконденсаторов).Also claimed is a method for frequency control in an autonomous power system, including a hybrid SNEE. A hybrid SNEE should be understood as a system that incorporates several energy storage devices (19), (20) of different types (for example, an energy storage device based on lithium-ion batteries and an energy storage device based on supercapacitors).
Изначально подают сигнал мощности нагрузки Pнагр с измерителя (1) мощности нагрузки, питаемой от электростанции, на вход (2) сумматора и на вход блока (3) расчета сглаженной мощности, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, на выходе которого получают сигнал сглаженной мощности, который подают на вход сумматора (2) со знаком «-».Initially, the load power signal Pload is fed from the load power meter (1) fed from the power plant to the input (2) of the adder and to the input of the block (3) for calculating the smoothed power, which is an aperiodic link of the first order, at the output of which a smoothed power signal is received, which is fed to the input of the adder (2) with the sign "-".
С измерителя (4) частоты в энергосистеме, сигнал частоты f со знаком «-» и сигнал требуемого значения частоты fтреб, равный заданной уставке, со знаком «+» подают на вход сумматора (5), на выходе которого получают сигнал отклонения частоты. Сигнал отклонения частоты подвергают обработке в блоке (6) расчёта пропорциональной составляющей, представляющем собой пропорциональное звено с задаваемым коэффициентом усиления Кп, и в блоке (7) расчёта дифференциальной составляющей, представляющем собой дифференцирующее звено с задаваемым коэффициентом усиления Кд.From the frequency meter (4) in the power system, the frequency signal f with the "-" sign and the signal of the required frequency value freq, equal to the specified setting, with the "+" sign are fed to the input of the adder (5), at the output of which a frequency deviation signal is received. The frequency deviation signal is processed in the block (6) for calculating the proportional component, which is a proportional link with a given gain Kp, and in the block (7) for calculating the differential component, which is a differentiating link with a given gain Kd.
На выходе блока (6) расчёта, представляющего собой пропорциональное звено, получают сигнал пропорциональной составляющей, который определяется отклонением частоты, а на выходе блока (7) расчёта, представляющего собой дифференцирующее звено, получают сигнал дифференциальной составляющей, который определяется скоростью изменения частоты.At the output of the calculation block (6), which is a proportional link, a proportional component signal is received, which is determined by the frequency deviation, and at the output of the calculation block (7), which is a differentiating link, a differential component signal is received, which is determined by the frequency change rate.
Сигнал пропорциональной составляющей и сигнал дифференциальной составляющей подают на вход сумматора (8), на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, являющийся суммой пропорциональной и дифференциальной составляющих.The signal of the proportional component and the signal of the differential component are fed to the input of the adder (8), at the output of which a power signal is obtained, determined by the regulator by the frequency deviation, which is the sum of the proportional and differential components.
Сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, подвергают обработке в блоке (13) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1 в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем (19) энергии № 1 и автономной энергосистемой.The power signal determined by the regulator by disturbance is subjected to processing in the block (13) for generating signals that control power converter No. 1 as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between energy storage (19) No. 1 and an autonomous power system.
Сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подвергают обработке в блоке (14) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2 в составе СНЭЭ, обеспечивающим управляемый энергообмен между накопителем (20) энергии № 2 и автономной энергосистемой.The power signal, determined by the regulator by the frequency deviation, is processed in the block (14) for generating signals that control the power converter No. 2 as part of the SNEE, which provides controlled energy exchange between the energy storage (20) No. 2 and an autonomous power system.
Отличие второго варианта способа регулирования частоты от первого варианта, с одним типом аккумулирующего элемента, в котором сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, и сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подвергаются обработке в блоке (9) формирования сигналов, управляющих одним преобразователем, обеспечивающим управляемый энергообмен между одним накопителем (18) энергии и энергосистемой, заключается в том, что сигналы подвергаются обработке в блоках (13), (14) формирования сигналов, управляющих разными преобразователями, с целью рационального использования ресурса разных накопителей (19), (20) энергии в составе гибридной СНЭЭ.The difference between the second variant of the frequency control method and the first variant, with one type of storage element, in which the power signal determined by the regulator by disturbance, and the power signal determined by the regulator by frequency deviation, are processed in the block (9) for generating signals that control one converter, providing a controlled energy exchange between one energy storage (18) and the power system, lies in the fact that the signals are processed in signal generation units (13), (14) that control different converters in order to rationally use the resource of different storage devices (19), (20 ) energy in the composition of the hybrid SNEE.
Это достигается за счет того, что один сигнал определяет режим работы накопителя энергии № 1 (19) с большим ресурсом по числу циклов заряда-разряда для сглаживания набросов/сбросов нагрузки с использованием апериодического звена, а второй сигнал – режим работы накопителя энергии № 2 (20) с большей энергоемкостью, но с меньшим ресурсом по числу циклов, который используется для стабилизации частоты по алгоритму на основе ПД-регулятора.This is achieved due to the fact that one signal determines the operating mode of energy storage device No. 1 (19) with a long resource in terms of the number of charge-discharge cycles to smooth surges / load drops using an aperiodic link, and the second signal determines the operating mode of energy storage device No. 2 ( 20) with a higher energy intensity, but with a smaller resource in terms of the number of cycles, which is used to stabilize the frequency according to an algorithm based on a PD controller.
В предпочтительном варианте, перед обработкой в блоке (13) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1 в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, подают на вход блока (10) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, с учетом нечувствительности по мощности, равный значению сигнала на входе блока (10) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In the preferred embodiment, before processing in the block (13) for generating signals that control the power converter No. 1 as part of the SNEE, the power signal determined by the regulator by perturbation is fed to the input of the block (10) "artificial dead zone for power No. 1", at the output which the power signal is received, determined by the regulator by the disturbance, taking into account the power insensitivity, equal to the value of the signal at the input of the block (10) "artificial power dead zone No. 1", if it is outside the specified dead zone, or equal to 0 if it is in the dead zone.
В одном из возможных вариантов осуществления, перед обработкой в блоке (6) расчёта пропорциональной составляющей и в блоке (7) расчёта дифференциальной составляющей сигнал отклонения частоты подают на вход блока (17) «искусственная зона нечувствительности по частоте», на выходе которого получают сигнал отклонения частоты с учетом нечувствительности по частоте, равный значению сигнала на входе блока (17) «искусственная зона нечувствительности по частоте», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности по частоте, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In one of the possible embodiments, before processing in the block (6) for calculating the proportional component and in the block (7) for calculating the differential component, the frequency deviation signal is fed to the input of the block (17) "artificial frequency dead zone", at the output of which a deviation signal is received frequency, taking into account frequency deadband, equal to the value of the signal at the input of block (17) "artificial deadband in frequency", if it is outside the specified frequency deadband, or equal to 0 if it is in the deadband.
В другом варианте осуществления, перед обработкой в блоке (14) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2 в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, подают на вход блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», на выходе которого получают сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, с учетом нечувствительности по мощности, равный значению сигнала на входе блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», если оно находится за пределами заданной зоны нечувствительности, или равный 0, если оно находится в зоне нечувствительности.In another embodiment, before processing in block (14) for generating signals that control power converter No. 2 as part of the SNEE, the power signal determined by the controller by frequency deviation is fed to the input of block (11) "artificial power dead zone No. 2", at the output of which a power signal is received, determined by the regulator by the frequency deviation, taking into account the power deadness, equal to the value of the signal at the input of the block (11) "artificial power dead zone No. 2", if it is outside the specified dead zone, or equal to 0 if it is in the dead zone.
В предпочтительном варианте реализации способа регулирования частоты в автономной энергосистеме, включающей гибридную СНЭЭ, также измеряют уровень заряда накопителя (19) энергии № 1, и, перед обработкой в блоке (13) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1 в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, и уровень заряда накопителя (19) энергии № 1 подают на вход блока (15) поддержания уровня заряда накопителя энергии № 1, где заданы уставка по уровню заряда накопителя 1 и граничные значения по уровням заряда выше и ниже уставки, и, в зависимости от выхода значения уровня заряда за граничные значения, увеличивают или уменьшают значение мощности на величину, соответствующую заданным граничным значениям, или оставляют неизменной, в случае если значение уровня заряда не выходит за граничные значения. Предпочтительно, также измеряют уровень заряда накопителя (20) энергии № 2, перед обработкой в блоке (14) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2 в составе СНЭЭ, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, и уровень заряда накопителя (20) энергии № 2 подают на вход блока (16) поддержания уровня заряда накопителя (20) энергии № 2, где заданы уставка по уровню заряда накопителя (20) № 2 и граничные значения по уровням заряда выше и ниже уставки, и, в зависимости от выхода значения уровня заряда за граничные значения, увеличивают или уменьшают значение мощности на величину, соответствующую заданным граничным значениям, или оставляют неизменной, в случае если значение уровня заряда не выходит за граничные значения.In the preferred embodiment of the frequency control method in an autonomous power system, including a hybrid SNEE, the charge level of the energy storage (19) No. 1 is also measured, and, before processing in the block (13) for generating signals that control the power converter No. 1 as part of the SNEE, the power signal , determined by the regulator by the disturbance, and the charge level of the energy storage (19) No. 1 is fed to the input of the block (15) for maintaining the charge level of the energy storage No. 1, where the setpoint for the charge level of the
Также возможен вариант осуществления, при котором перед обработкой в блоке (13) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 1, сигнал мощности, определяемый регулятором по возмущению, сначала подают на вход блока (15) поддержания уровня заряда накопителя энергии № 1, а затем его выходной сигнал подают на вход блока (10) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 1», выходной сигнал которого, в свою очередь, подвергают обработке в блоке (13).An embodiment is also possible, in which, before processing in the block (13) for generating signals that control the power converter No. 1, the power signal determined by the regulator by the disturbance is first fed to the input of the block (15) for maintaining the charge level of the energy storage device No. 1, and then it the output signal is fed to the input of the block (10) "artificial power dead zone No. 1", the output signal of which, in turn, is processed in the block (13).
Также возможен вариант осуществления, при котором перед обработкой в блоке (14) формирования сигналов, управляющих силовым преобразователем № 2, сигнал мощности, определяемый регулятором по отклонению частоты, сначала подают на вход блока (16) поддержания уровня заряда накопителя энергии № 2, а затем его выходной сигнал подают на вход блока (11) «искусственная зона нечувствительности по мощности № 2», выходной сигнал которого, в свою очередь, подвергают обработке в блоке (14).An embodiment is also possible, in which, before processing in the block (14) for generating signals that control the power converter No. 2, the power signal determined by the regulator by the frequency deviation is first fed to the input of the block (16) for maintaining the charge level of the energy storage device No. 2, and then its output signal is fed to the input of block (11) "artificial power dead zone No. 2", the output signal of which, in turn, is processed in block (14).
Эффективность заявленного способа регулирования частоты подтверждаются результатами исследования на модели автономной энергосистемы в MATLAB Simulink. Ниже представлены расчёты по четырём способам регулирования частоты:The effectiveness of the claimed frequency control method is confirmed by the results of a study on an autonomous power system model in MATLAB Simulink. Below are the calculations for the four methods of frequency control:
1. Традиционный вариант: СНЭЭ не участвует в регулировании частоты, оно выполняется только дизель-генераторной установкой (ДГУ), которая имеет автоматический регулятор скорости, а именно ПИД-регулятор со следующими параметрами: коэффициент усиления пропорциональной составляющей Кп = 30, коэффициент усиления интегрирующей составляющей Ки = 25, коэффициент усиления дифференцирующей составляющей Кд = 2.5. (Фиг. 8)1. Traditional option: SNEE does not participate in frequency control, it is performed only by a diesel generator set (DGS), which has an automatic speed controller, namely a PID controller with the following parameters: proportional component gain Kp = 30, integrating component gain Ki = 25, gain coefficient of the differentiating component Kd = 2.5. (Fig. 8)
Примечание: в расчётах 2–4 ДГУ также участвует в регулировании, но к ней присоединяется СНЭЭ.Note: in
2. СНЭЭ участвует в регулировании с регулятором по возмущению. Постоянная времени апериодического звена Тапер = 5 с.2. SNEE participates in regulation with a disturbance controller. Time constant of the aperiodic link Taper = 5 s.
В первый момент СНЭЭ компенсирует бросок мощности нагрузки и плавно передаёт нагрузку на генераторный агрегат. При этом обеспечивается: во-первых, значительное уменьшение отклонения частоты, во-вторых, плавное изменение частоты, исключающее ударные процессы в механизмах потребителей электроэнергии. Однако отклонение частоты значительное: 0,2 Гц. (Фиг. 9)At the first moment, the SNEE compensates for the load power surge and smoothly transfers the load to the generating set. This ensures: firstly, a significant reduction in frequency deviation, and secondly, a smooth change in frequency, excluding shock processes in the mechanisms of electricity consumers. However, the frequency deviation is significant: 0.2 Hz. (Fig. 9)
3. СНЭЭ участвует в регулировании с ПД-регулятором по отклонению частоты. Параметры регулятора: Кп = 200; Кд = 3,01.3. SNEE participates in regulation with PD-controller by frequency deviation. Regulator parameters: Kp = 200; Kd = 3.01.
СНЭЭ значительно уменьшает отклонения частоты, но допускает её ударное изменение. (Фиг. 10)SNEE significantly reduces frequency deviations, but allows its impact change. (Fig. 10)
4. СНЭЭ участвует в регулировании согласно предложенному способу (совмещается управление по возмущению и по отклонению частоты). Принятые параметры: Кп=200; Кд=3,01; Тапер=5 с.4. SNEE participates in the regulation according to the proposed method (combined control by disturbance and frequency deviation). Accepted parameters: Kp=200; Kd=3.01; Taper=5 s.
Предложенный способ с комбинацией двух принципов управления, во-первых, ещё больше уменьшает отклонения частоты, а во-вторых, исключает ударные (с большой производной по времени) изменения частоты. Таким образом, данный вариант является наиболее эффективным среди исследованных. Принципы управления по возмущению и по отклонению частоты дополняют друг друга. (Фиг. 11)The proposed method with a combination of two control principles, firstly, further reduces frequency deviations, and secondly, eliminates shock (with a large time derivative) frequency changes. Thus, this option is the most effective among the studied. The principles of control by disturbance and by frequency deviation complement each other. (Fig. 11)
Описание осуществления способа не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. The description of the implementation of the method does not limit in any way the scope of the proposed technical solution. Other variants of execution and use within the scope of the claimed formula are possible.
Claims (11)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783040C1 true RU2783040C1 (en) | 2022-11-08 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU748650A1 (en) * | 1977-12-12 | 1980-07-15 | Сибирский научно-исследовательский институт энергетики | Automatic regulator of frequency and exchange power in power systems |
| CN106134027A (en) * | 2014-04-09 | 2016-11-16 | 株式会社东芝 | The frequency control apparatus of antiflaming DC united welding system and antiflaming DC united welding system |
| CN109768577A (en) * | 2019-03-18 | 2019-05-17 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | A kind of power station Poewr control method comprising energy storage primary frequency control system |
| RU2725910C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Борис Игоревич Аюев | Method of controlling frequency correction channel of systems for automatic control of frequency and power of gas-turbine power plants when separating into an isolated region |
| RU2736701C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-11-19 | Общество с ограниченной ответственностью «Системы накопления энергии» | System and method of constructing model of power system and performing calculations of modes of power system and model of system for accumulating electric energy, intended for inclusion into system |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU748650A1 (en) * | 1977-12-12 | 1980-07-15 | Сибирский научно-исследовательский институт энергетики | Automatic regulator of frequency and exchange power in power systems |
| CN106134027A (en) * | 2014-04-09 | 2016-11-16 | 株式会社东芝 | The frequency control apparatus of antiflaming DC united welding system and antiflaming DC united welding system |
| CN109768577A (en) * | 2019-03-18 | 2019-05-17 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | A kind of power station Poewr control method comprising energy storage primary frequency control system |
| RU2725910C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Борис Игоревич Аюев | Method of controlling frequency correction channel of systems for automatic control of frequency and power of gas-turbine power plants when separating into an isolated region |
| RU2736701C1 (en) * | 2020-04-08 | 2020-11-19 | Общество с ограниченной ответственностью «Системы накопления энергии» | System and method of constructing model of power system and performing calculations of modes of power system and model of system for accumulating electric energy, intended for inclusion into system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107453375B (en) | Primary frequency modulation electric quantity compensation fine control method and device of giant hydroelectric generating set | |
| KR101119460B1 (en) | Power accumulator and hybrid distributed power supply system | |
| Deshmukh et al. | An adaptive approach for effective power management in DC microgrid based on virtual generation in distributed energy sources | |
| JP6254622B2 (en) | Energy storage device control method and power management system | |
| EP2822163A1 (en) | Power supply system | |
| CN110867873B (en) | Ocean island micro-grid frequency control method | |
| CN105490292B (en) | A kind of energy-storage system participates in the method and device of electric grid secondary FREQUENCY CONTROL | |
| CN105406496B (en) | A kind of isolated micro-capacitance sensor frequency modulation control method based on practical frequency response identification | |
| CN105449701A (en) | A method and apparatus for an energy storage system to participate in power grid frequency control | |
| CN105262083B (en) | A kind of active distribution method of MPC frequency modulation frequency modulation based on time-varying load disturbance | |
| JP2013126260A (en) | Operation apparatus and method of natural variation power supply | |
| CN101917060B (en) | Automatic power generation control method | |
| CN114336678B (en) | PMU-based primary frequency modulation control method for wind-solar energy storage station | |
| WO2007052349A1 (en) | Electric power supply system and autonomous type distributed control system for electric power supply network and control method | |
| US20230187942A1 (en) | Method for operating a power supply plant, and power supply plant | |
| AU2015267553A1 (en) | A multi-function power regulator for prioritizing functions and allocating resources thereof | |
| Elgammal et al. | Optimal model predictive frequency control management of grid integration PV/wind/FC/storage battery based smart grid using multi objective particle swarm optimization MOPSO | |
| Kryonidis et al. | Use of ultracapacitor for provision of inertial response in virtual synchronous generator: Design and experimental validation | |
| RU2783040C1 (en) | Frequency control method in an autonomous power system, including an electrical energy storage system | |
| CN105720596A (en) | Frequency modulation method and frequency modulation device for power energy storage system | |
| CN108539762B (en) | Frequency control system and method of wind driven generator system based on active disturbance rejection | |
| Masui et al. | Load frequency control of a microgrid based on H∞ control considering response speed of generators | |
| Akter et al. | Multi-objective model reference modified adaptive PID framework to islanded microgrid control under various load conditions | |
| Zhai et al. | Adaptive virtual inertia control-based frequency support method for photovoltaic penetrated power system | |
| Yoon et al. | Autonomous Frequency Regulation of a Grid-Following Converter Powered by Battery Energy Storage System |