[發明專利]一種提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法

有效

• 申請號: 202010100322.9
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111293709B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 姜惠蘭;李政;張馳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28;H02J3/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法：通過分析推導DFIG并網位置、功率輸出特性、系統等效功角這些因素對系統暫態功角穩定的影響關系，得出了系統功角實時變化與DFIG輸出外特性對等值系統電磁功率變化量ΔP_e的影響公式，確定出有利于系統暫態功角穩定的SMES有功、無功輸出的精確控制規律。本發明充分利用SMES靈活的四象限功率輸出能力，依據DFIG接入位置和暫態期間系統暫態功角變化的信息，實時控制SMES功率的輸入輸出，補償DFIG并網點的有功無功功率，通過增大系統減速面積和減小加速面積，達到提高系統暫態功角穩定性的目的。

技術領域

本發明涉及提高電力系統暫態功角穩定性技術領域，更具體地說，是涉及一種提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法。

背景技術

隨著電力系統中風電穿透功率的不斷提高，風電場接入對系統暫態功角穩定性的影響不容忽視。雙饋異步風力發電機(DFIG)由于其特殊的結構，它本身不存在功角特性，不具備傳統意義上的機電暫態過程，其主要通過輸出功率影響同步機組的電磁功率從而影響系統的穩定運行。然而當系統出現大擾動的暫態期間，由于風力發電機自身的調節能力比較弱，通常需要補償裝置通過改善風機輸出特性來提高系統的暫態穩定性。隨著電力電子技術和高溫超導體技術的發展，超導儲能裝置因其功率的快速響應和四象限調節能力，在維持電網穩定方面得到應用。

近年來已有不少利用SMES提高系統穩定運行的研究。主要集中在以下方面：針對風電的隨機性和波動性，儲能裝置的存儲特性使得它能夠在一定程度上解決風電輸出功率不確定性和波動性的問題，利用儲能技術可以在一段時間內使系統輸出功率維持在一個相對穩定的范圍，起到平滑輸出有功，改善電能質量的作用。超導儲能裝置能夠在短時間內向風電場提供有功和無功功率，利用儲能裝置快速去磁并衰減風電機組轉子過電流，在故障暫態過程中吸收能量降低風電機組直流側過電壓，并配合網側變換器控制無功功率，抬升DFIG并網點電壓，提高并網點電壓穩定性，加快故障后風電機組的恢復速度，并在故障后將能量回饋給電網，提高DFIG的低電壓穿越能力。利用SMES裝置的有功功率控制策略來提高系統暫態功角穩定性，在大擾動后發電機機械功率和電磁功率的差額是導致系統穩定被破壞的主要原因，在正確的控制策略下，SMES能夠快速的進行有功補償，從而可以有效的減少系統功率差額，通過增大系統減速面積和減小加速面積在較短的時間內抑制系統的振蕩，提高系統的暫態穩定性。

現有的研究大多將關注點放在利用超導儲能裝置來平滑并網風電場的動態輸出特性和提高低電壓穿越能力上。在系統暫態功角穩定性方面，也只是利用SMES的有功功率補償特點，而未考慮SMES的無功輸出特性和接入位置對系統暫態功角穩定的影響關系。將SMES-DFIG互聯來提高系統暫態功角穩定性的研究較少又都基于單機無窮大系統，缺少理論上從原始多機系統入手分析DFIG-SMES接入對系統暫態穩定性的影響。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提出一種利用與風機并聯的超導儲能進行功率補償來提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法，通過對含有DFIG-SMES的原始多機系統進行分析，推導出DFIG并網位置、功率輸出特性、系統等效功角這些因素對系統轉子運動方程中電磁功率的影響關系，在此基礎上，總結出有利于系統暫態功角穩定的精確控制SMES功率輸出的策略，主要是充分利用SMES靈活的四象限功率輸出能力，依據DFIG接入位置和暫態期間系統暫態功角變化的信息，實時控制SMES功率的輸入輸出，補償DFIG并網點的有功無功功率，通過增大系統減速面積和減小加速面積，達到提高系統暫態功角穩定性的目的。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法，包括以下內容：

第一部分：通過分析推導DFIG并網位置、功率輸出特性、系統等效功角這些因素對電力系統暫態功角穩定的影響關系，得出了電力系統功角實時變化與DFIG輸出外特性對等值電力系統電磁功率變化量ΔP_e的影響公式；具體過程如下：