[發明專利]光伏虛擬同步機一次調頻控制方法及設備

有效

• 申請號: 201810397904.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108599241B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 葛俊;鞏宇;李智;宋鵬;劉輝;江浩;劉漢民
• 申請（專利權）人: 華北電力科學研究院有限責任公司;國網冀北電力有限公司電力科學研究院;國網冀北電力有限公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24;H02J3/48
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥;王濤

本發明提供了一種光伏虛擬同步機一次調頻控制方法及設備，該方法包括：接收電網由穩定運行頻率下降至第一頻率的頻率跌落信號；響應所述頻率跌落信號，基于光伏虛擬同步機利用光伏儲能單元和光伏電源協調提供支撐功率，以對所述電網進行一次調頻。通過利用光伏儲能單元和光伏電源協調提供支撐功率，能夠充分利用光伏功率，減小一次調頻功率消失的隱患。

技術領域

本發明涉及電力技術領域，尤其涉及一種光伏虛擬同步機一次調頻控制方法及設備。

背景技術

隨著新能源技術與產業的發展，光伏等新能源發電在電網中的占比逐漸升高。由于光伏電站一般采用電力電子逆變器接入并網，相比傳統發電設備(例如，同步發電機)，逆變器具有控制響應迅速、控制靈活等優勢，但同時存在多種缺陷，例如，缺少慣量和阻尼，不能響應一次調頻、調壓。這導致火電等傳統能源擔負了區域電網幾乎所有的一次調頻、調峰任務。對此，研究者提出虛擬同步機(VSG)的概念，使得光伏逆變器具有了虛擬慣量、一次調頻、調壓的能力。

圖1是一種現有光伏虛擬同步機的拓撲結構示意圖。如圖1所示，儲能單元(電池)與雙向DC/DC組合后并聯在光伏直流母線上，儲能單元和光伏電源均單獨作為虛擬同步機的虛擬原動機。VSG采用電壓電流雙環閉合控制，當檢測到電網頻率、電壓發生波動時，虛擬同步機控制系統經過分析計算后產生脈沖信號決定DC/AC、DC/DC功率輸出值，實現響應虛擬慣量、一次調頻及調壓的功能。

然而，現有虛擬同步機存在以下缺點：

其一，為了獲取最大的發電功率，常規光伏逆變器通常采用MPPT方式以獲得最大出力。而MPPT控制方式屬于被動控制，無論外界功率需求如何，光伏電源始終以最大功率方式運行，難以實現光伏出力的靈活可控，容易造成系統功率利用不充分。而且，在穩態運行過程中，光伏虛擬同步機(包括光伏逆變器)存在以下兩種運行場景：

光伏VSG的儲能虛擬原動機處于熱備用狀態，當光伏電源可用最大功率大于負載或者調度指令所需的功率需求時，會導致系統出現電壓和頻率越限。在此情形下，需適當棄光，即調度降低光伏電源功率輸出，以滿足系統功率匹配。

當負載或調度的功率需求大于光伏電源可用最大功率時，也可能導致電壓或頻率異常；此時若不采取控制措施保證光伏出力穩定，光伏電源則可能由于功率不匹配而導致直流側電壓跌落甚至崩潰。這種情形下，需控制分布式光伏電源以最大可用功率輸出，且需保證直流電壓穩定。

其二，當電網頻率跌落時，光伏虛擬同步機應提高逆變器出口側功率以響應一次調頻。在常規的MPPT(Maximum Power Point Tracking，跟蹤最大功率點)運行模式下，由儲能單元支撐系統頻率低于死區運行場景下的慣量和一次調頻功率。然而，儲能單元自身容量有限制，且充放電過程會導致儲能單元的電壓、SOC(State ofCharge,荷電狀態)低于設定值，從而導致光伏虛擬同步機存在配置的分散式儲能單元無法在系統發生頻率事件時提供足夠的慣量和一次調頻功率的隱患。

其三，單機容量為P_N的光伏虛擬同步機會配備10％P_N的儲能用于支撐功率。但一般支撐時間較短，小于二次調頻的響應時間。圖2是現有技術中限功率狀態下儲能獨立響應一次調頻的功率曲線圖。如圖2所示，當電網頻率跌落時，只有儲能側支撐功率以響應一次調頻，最大功率為10％P_N，即使光伏功率有可用容量也不參與調頻；當儲能系統電量消耗殆盡時，一次調頻功率消失，二次調頻還沒有響應，電網頻率出現二次跌落。

發明內容

本發明提供一種光伏虛擬同步機一次調頻控制方法及設備，以在電網頻率跌落時使光伏和儲能協調支撐功率，充分利用光伏功率，減小一次調頻功率消失的隱患。

本發明實施例提供一種光伏虛擬同步機一次調頻控制方法，包括：接收電網由穩定運行頻率下降至第一頻率的頻率跌落信號；響應所述頻率跌落信號，基于光伏虛擬同步機利用光伏儲能單元和光伏電源協調提供支撐功率，以對所述電網進行一次調頻。