[發明專利]基于能量反饋修正的儲能參與調頻控制器及參數配置方法

有效

• 申請號: 202110393297.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113131496B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 劉鋒;吳世勇;楊鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于低慣量電力系統技術領域的一種基于能量反饋修正的儲能參與調頻控制器及參數配置方法?？刂破鞯脑O計是在儲能裝置的有功輸出上引入一個與儲能裝置能量偏差成正比的修正項；其參數配置方法為：首先，輸入電力系統集總參數和允許頻率最大偏差；然后，根據系統一次調頻響應速度確定儲能能量水平反饋強度，繪制系統最大頻率偏差隨儲能下垂強度的變化曲線；最后，在以上變化曲線中，尋找滿足頻率穩定要求的臨界下垂強度，進而選擇合適的下垂強度。本發明實現了儲能在一次調頻和二次調頻中的多時間尺度協調控制，降低了儲能裝置的容量和功率需求，顯著提高了儲能裝置的利用率，實際應用簡潔高效，工程實用性更強。

技術領域

本發明涉及低慣量電力系統技術領域，尤其涉及一種基于能量反饋修正的儲能參與調頻控制器及參數配置方法。

背景技術

電力系統是國民經濟建設的重要基礎設施，電力系統失穩可能導致大規模停電事故，造成巨大的經濟損失，所以維持電力系統穩定性是系統運行的首要任務。近年來，為了實現低碳能源轉型，實現能源與經濟可持續發展，我國新能源和直流輸電比例不斷提高，電力系統中的同步發電機逐漸被以電力電子設備為接口的新能源和直流輸電所替代。由于電力電子設備不具有類似于同步發電機的旋轉慣量，所以電力系統抵御不平衡功率的能力不斷下降，電力系統的頻率特性不斷惡化，頻率穩定面臨巨大的挑戰。

使用儲能裝置參與頻率調節，不失為一種有效的改善頻率特性的方法。相比于傳統同步發電機的一次調頻，儲能裝置的響應速度更快，所以在適當的控制策略下，可以提高電力系統應對不平衡功率的能力，從而提高電力系統的頻率穩定性。然而儲能裝置的容量和功率都是有限的，并且儲能裝置不能獨立恢復自身能量水平。在這樣的背景下，如何控制儲能裝置參與調頻是一個亟需解決的問題。

在電力系統中，電力系統穩定性是指正常運行的電力系統在受到擾動后，如負荷波動、線路故障和發電機故障等，能夠重新回到穩定運行狀態的能力。電力系統穩定性主要分為電壓穩定、頻率穩定、功角穩定三類。其中頻率穩定是指電力系統維持系統頻率在某一范圍內的能力。當頻率低于某一臨界頻率，一些設備會相繼退出運行，造成大面積停電，也就是頻率崩潰。電力系統的頻率反映了系統中的有功功率平衡程度。在研究頻率穩定時，往往只關注系統的頻率和有功功率，所以電力系統全局的頻率動態特性(即電力系統慣性中心的頻率動態特性)可由反映系統頻率因有功功率不平衡而產生變化的等效搖擺方程和反映系統有功注入和有功消耗因頻率偏差而產生變化的動態方程來刻畫。

1)反映系統頻率變化的搖擺方程

在現在的電力系統中，系統的頻率動態特性遵循同步發電機的搖擺方程，其基本形式如下所示：

其中ω表示系統慣性中心的COI坐標下的頻率偏差值，P_m，P_l分別為系統集總的有功輸入偏差和有功負荷偏差。M，d分別表示系統的集總慣性時間常數和頻率阻尼。

在穩態情況下，系統功率的生產與消耗相等，即P_m-P_l＝0，系統運行在頻率平衡點，有ω＝0且系統電源或者負荷的有功發生波動時，會導致功率輸入輸出不匹配，即P_m-P_l≠0，此時系統存在不平衡功率，這會導致即系統頻率發生變化。顯然，在相同的不平衡功率下，系統的集總慣量越大，系統的頻率變化率越小，系統的集總慣量越小，系統的頻率變化率越大。

2)反映系統有功變化的動態方程

同步發電機調速器能夠根據頻率變化調節自身注入的機械功率P_m，實現系統一次調頻，維持系統的頻率穩定。將其建模為如下的微分方程