基于混合储能的虚拟惯量控制技术研究

新能源发电技术的应用越来越广泛,但新能源机组呈现出的转动惯量较弱,无法为系统提供有效的惯性支撑,而虚拟惯量控制技术通过模拟同步发电机的特性使得并网逆变器具备频率响应能力.围绕基于储能的虚拟惯量控制技术,首先阐述了新能源机组常用的虚拟惯量控制方法,比较了不同类型储能的虚拟惯量特点,最后提出和分析了基于超级电容和电池混合储能的虚拟惯量控制技术.     

基于链式电池储能系统的惯量补偿策略

随着新能源渗透率的不断提高,新能源并网系统呈现出低惯量特性,电力系统频率稳定性降低。在中、高压电网中接入链式电池储能变换器,有利于提高系统的等效惯量。介绍了链式电池储能变换器的主电路拓扑及数学模型,分析了惯量补偿目标和储能容量配置,提出了一种基于链式电池储能系统(BESS)的惯量补偿控制策略。该策略使链式BESS能够响应电网频率的变化,对电网频率变化产生阻尼作用。实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于频率安全约束-惯量削弱分摊的风电场惯量补偿控制方法

大规模风电并网导致电网惯量不断削弱、系统频率特性恶化,风电场应根据产生的惯量削弱情况承担维持电网频率安全的义务。首先,根据电网频率约束指标求解维持频率安全的临界惯量,并结合实际惯量求解电网惯量补偿目标。然后,通过计算各风电场对电网惯量的削弱量,按照削弱量比例分配各风电场、风机的虚拟惯量补偿目标;再根据惯量补偿目标和风速动态设置惯性控制增益,使风机、风电场响应惯量补偿目标,能够保障电网惯量安全。最后,在IEEE 39节点算例系统中验证了所提方法的有效性。     

基于模糊自抗扰的风电场储能虚拟惯量控制

随着风电机组在电力系统并网增多,能够支撑电网频率的惯性愈发降低,系统频率的稳定性受到了影响,为此,提出一种基于模糊自抗扰储能惯量控制的双馈风电机组电网频率调整方法.该方法通过设计模糊自抗扰控制器来控制储能系统的运行,进而为电网有功频率提供支撑;为有效估计和补偿系统的不确定性及扰动,利用模糊规则自动修改整定扩张状态观测器参数.最后,应用Matlab/Simulink来分析模糊控制和模糊自抗扰控制的储能惯量控制结构下电网频率及其他机组参数.仿真表明,所提方法具有更好的电网频率调节功能,同时,提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力.     

基于虚拟轴耦合的虚拟同步发电机混合储能惯量-阻尼协调控制策略

将虚拟同步运行的混合储能装置与同步发电机通过虚拟轴耦合,可实现暂态能量的高效传递,提高可再生能源发电系统的暂态稳定性。建立了混合储能装置静态能量与同步发电机动能之间的转换关系。对混合储能装置中的虚拟惯量进行分析,以获得同步运行能力。为了从同步发电机中传递更多的暂态能量,在混合储能装置中引入新的虚拟轴,并分析混合储能装置与虚拟轴耦合对系统暂态稳定性的影响。利用哈密顿能量函数,推导混合储能装置暂态能量高效传递的必要条件,进而提出了混合储能装置虚拟轴的控制策略,以协调虚拟惯量和功率振荡抑制功能。算例仿真结果表明,所提控制策略能明显改善系统频率和功角的暂态稳定性。     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。     

计及储能动态的VSG惯量阻尼自适应控制研究

随着风力发电、光伏发电等新能源发电渗透率增加,电力系统的等效惯量和等效阻尼逐渐减小,其稳定性问题变得越来越严峻。虚拟同步发电机（virtual synchronous generator, VSG）技术的提出能有效地解决这一问题。然而,传统的VSG并网逆变器采用恒惯量和阻尼控制,在系统受到扰动时,其鲁棒性较差。因此,为增强系统的鲁棒性,优化其频率响应曲线,本文提出了一种计及储能装置动态特性的并网VSG惯量阻尼自适应控制策略。首先,阐述了VSG的基本工作原理,然后通过建立其数学模型分析不同旋转惯量和阻尼系数对系统输出特性的影响。在此基础上,结合同步发电机（synchronous generator, SG）功角特性曲线和频率振荡曲线设计出旋转惯量和阻尼系数的自适应控制策略,该控制策略通过引入惯性环节以较好地匹配储能装置的动态特性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真软件对比分析了所提控制策略和传统的VSG恒惯量和阻尼控制,结果验证了所提控制策略的正确性。     

计及虚拟惯量控制的DFIG等效惯量在线评估与响应特性分析

虚拟惯量控制的引入提高了双馈风机的频率调节能力,然而其惯量表现形式依赖于不同控制方式,导致其惯量响应特性不尽相同,亟需实现对其惯量水平及变化特征的准确感知。对基于转子动能虚拟惯量控制的双馈风机等效惯性定量表征及响应特性问题展开研究。首先,基于利用转子动能的虚拟惯量控制策略,建立了双馈风机在转子转速时间尺度下的简化模型,进而理论推导了双馈风机等效惯性常数的数学解析式。其次,针对解析式中双馈风机控制参数的“黑箱”问题,提出了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波的控制参数在线辨识方法。在此基础上,利用双馈风机稳态运行下的量测信息在线评估双馈风机等效惯性常数,定量表征双馈风机的惯量支撑能力。最后,在改进的四机两区仿真系统上验证了该方法的准确性。仿真分析结果表明：虚拟惯量控制参数主要影响惯量响应过程的初始阶段和恢复阶段,速度控制器参数主要影响惯量响应过程的恢复阶段和稳定阶段。     

一种基于储能技术的风电场虚拟惯量补偿策略

变速恒频风电机组转子动能被变频器与电网"隔离",使得其对电网贡献的惯量几乎为零。随着风电渗透率不断提高,电网的频率稳定性问题也随之加大。因此各国风电并网导则均明确要求风电场需具有参与系统频率调整的能力。由于风电场内部机组数量庞大,机组间运行工况不一致,风电场层面的控制仍具有很大难度。为此文中定义风电–储能系统的虚拟惯量,研究储能装置协助风电场进行惯量补偿的容量要求,并基于模糊逻辑控制提出一种利用储能装置补偿风电场惯量的控制策略。仿真研究表明:所提虚拟惯量补偿策略能够有效补偿风电场虚拟惯量、协调风电–储能系统和常规电网之间的能量交换,使风电场迅速响应系统的频率变化,从而有效地提高大规模风电场接入系统的频率稳定性。     

基于混合储能的变惯量虚拟同步耦合控制技术

若混合储能设备的静止能量拓展为旋转惯量的能量来源,则灵活可控的虚拟同步耦合运行方式,会使电力电子化电力系统的暂态稳定更具可控性.为提高新能源高渗透系统的暂态稳定性,首先建立电池储能、电容储能与同步发电机旋转机械动能间的能量转化关系,使静止混合储能设备具有与系统同步耦合运行的能力.其次,分析由混合储能引入的虚拟惯量对频率...     

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

风电机组虚拟惯量控制的应用方法研究

分析了风电机组参与电网调频存在的特点和限制,从频率事件检测、风机转速保护、风机转速恢复三个方面对已有虚拟惯量控制方法进行了优化,提出了一种实用的风电虚拟惯量控制方法,并给出了该方法在实际风机中应用的具体步骤,最后通过仿真分析和实验测试,验证了所提方法在实际风机中应用的可行性。仿真和实验结果表明,基于所提的虚拟惯量控制方法,风电机组能够在有效参与系统调频电网调频后及时平稳地恢复到最优转速运行,从而提高风电机组的发电效率, 并为参与下一次调频控制提供了条件。     

面向储能惯量支撑能力评估的新型电力系统惯性系数辨识方法

传统的中心惯量方法,难以用以衡量储能等电力电子设备的惯量支撑能力。提出了一种基于量测数据的惯量辨识方法,用以衡量储能对电网的惯量支撑作用。首先,对含储能电力系统惯性系数计算方法进行了推导,明确了频率-功率-惯量的关联关系;其次,采用多项式方法对储能并网点以及系统的功率、频率量测数据进行拟合,基于拟合结果辨识获得对应惯性系数;最后,在IEEE 39节点系统中对方法的有效性进行了验证,并进一步分析了不同控制策略、控制参数对储能惯量支撑能力的影响。所提方法也可以用于新型电力系统中其他类型电力电子装置的惯量评估。     

基于模糊控制的高占比风电系统自适应虚拟惯量及调频参数补偿策略研究

随着风电在电网中占比的大幅提高,传统同步发电机组占比减少,系统惯性降低,抵抗扰动故障风险能力下降.为提高高占比风电系统的频率稳定性,提出一种基于模糊控制的自适应虚拟惯量及调频参数补偿策略.首先分析扰动故障下不同风电占比对频率变化特性的影响,建立风机参与调频的数学模型以及高占比风电系统综合频率响应模型.其次针对风机定虚拟惯量控制在频率恢复过程中的不足,构建风机模糊自适应虚拟惯量及调频参数补偿方案.最后通过仿真算例验证风电虚拟惯量自适应模糊控制在提高系统频率稳定性方面的有效性.     

基于量测数据的风电场等效虚拟惯量评估方法

研究风电场等效虚拟惯量评估方法可以定量掌握风电场对电网的惯量贡献。已有方法通过建立含有虚拟惯量控制的风电机组简化模型并结合转子运动方程推导出风电场等效惯量的计算公式,但该方法却存在所需参数众多且不易获得的问题。对此,提出一种从易于获得的量测数据中求取风电场等效惯量的方法。首先,介绍了风电虚拟惯量的概念。其次,对风电机组惯量响应过程中自身动能和输出电能的转换进行分析,并根据能量守恒原理提出一种利用风电场公共耦合点(point of common coupling,PCC)有功-频率量测数据进行计算的惯量评估方法,该方法可以避免基于系统辨识方法在评估过程中对辨识模型降阶所带来的误差,从而得到更高精度的惯量评估结果。最后,在PSASP中建立仿真算例验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于改进嵌入式SOGI-FLL的储能变换器虚拟惯量控制策略

针对储能变换器采用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)的虚拟惯量控制策略,易受电网谐波和直流分量干扰而存在纹波的问题,提出一种基于改进嵌入式二阶广义积分器-锁频环(IESOGI-FLL)的虚拟惯量控制策略.将多重频率自适应陷波器与基于二阶广义积分器原理的频率自适应滤波器嵌入SOGI-FLL的控制系统中形成IESO...     

直流配电网中变流器的虚拟惯量自适应控制

针对直流配电网中惯性低、直流母线电压易受负荷、新能源出力波动等影响,基于直流配电网的潜在惯性,此处提出一种虚拟电容惯量自适应控制方法。首先引入直流电网的虚拟电容惯量;其次,根据直流母线电压偏差量和变化率在新能源出力及不同种类负荷波动的情况设计出一种动态调节虚拟电容惯量的控制策略,该策略可在保证系统电压稳定性的情况下有效提高系统的快速性。最后,通过Matlab/Simulink将其与传统虚拟惯量控制策略进行了对比分析以验证改进控制策略的有效性和优越性。     

直驱永磁风力发电机的变系数PD虚拟惯量控制研究

传统PD虚拟惯量控制虽然能有效避免无惯量情况下频率的二次跌落问题,但应对风速变化时,传统控制方法中固定的惯性系数可能导致惯量响应中惯量的过余或不足,风机输出有功功率延时变化,影响系统频率的变化,惯量响应效果不理想。为此,在搭建PD虚拟惯量控制模型的基础上,综合考虑转子动能与风速变化对虚拟惯量调节的影响,通过当前风速与下一时刻预测风速对应的旋转动能超前算出满足系统的变微分系数,优化传统控制方法中的风机辅助功率,匹配系统适时的惯量效应,在系统频率调整方面具有更高的灵活性,同时避免了传统控制方法机械、固定的全惯量支撑,减小机组的调频压力。最后通过仿真验证了所提策略的有效性。     

基于解析法的高比例可再生能源系统惯量支撑储能配置

高比例可再生能源系统需要适宜的储能平抑其不确定性,但现有储能配置方法大多依赖于离线或仿真计算技术,计算成本较高、效率低,难以满足复杂多变新型电力系统实时调度的需求。针对这一问题,提出了一种新型的基于解析法的系统惯量支撑储能配置方法。建立了系统等效负荷概率分布模型用于求解传统机组期望发电量及同步概率,同时建立了以风电场为代表的可再生能源同步概率模型,实现了可再生能源和传统发电机组对系统惯量不确定性影响的充分表征,在此基础上求解了系统期望惯量;根据RoCoF约束求解需求惯量,并根据系统惯量的缺失值设计实现了储能功率配置,在保证系统RoCoF指标的基础上提升了计算效能。在IEEE 39节点系统中对所提方法进行了验证,结果表明了所提方法的有效性。