[發明專利]一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210468608.1
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114938006A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 徐群;孫豐杰;劉宏波;高寬志;李學華;陳慶兆;胡洋;陳琛;程輝;魏振;董帥
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司青島供電公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本公開屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法及系統，包括：獲取電網角頻率的變化值；當電網角頻率降低時，基于能量路由器的多有源橋直流電容降低多有源橋的直流電壓，向電能路由器的中壓交流端口注入有功功率，向電網釋放有功功率，完成多有源橋的直流電壓控制；當電網角頻率升高時，基于多有源橋直流電容提升多有源橋的直流電壓，電能路由器的中壓交流端口從電網中吸收有功功率，釋放電網的有功頻率，通過虛擬慣量控制多有源橋直流電壓，降低電網角頻率的上升速率，調節電網頻率。

技術領域

本公開屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在新型電力系統中，隨著分布式發電的比例越來越高，系統慣量有所下降，發電出力以及負荷的波動容易引起電網潮流和頻率的振蕩，因此往往要求電力電子換流器能夠通過恰當的控制策略為系統提供虛擬慣量。

電能路由器是近年來新興的一種電力電子裝備，具備多端口、多電壓等級、多功能等優勢，可用于分布式發電、電池儲能系統、交直流負荷等的接入以及并網，實現高效、靈活的能量管理。在電能路由器內部，各端口通過多有源橋實現互聯。多有源橋主要有兩類，一類是采用直流母線互聯，另一類則采用公共高頻母線互聯。采用直流母線和高頻母線的電能路由器和分別如圖1和圖2所示，其中，MVDC端口接入中壓直流電網，LVDC端口接入低壓直流電網，用于連接光伏、儲能、直流負荷或者直流微網；MVAC端口接入中壓交流電網，LVAC端口接入低壓交流電網，用于連接交流負荷、配電網或微網。

據發明人了解，采用電能路由器為系統提供虛擬慣量時，需要利用分布式發電設備或者電池儲能來提供有功功率以及吸收有功功率。但是，由于分布式發電設備的出力具有波動性、間歇性，所以在模擬虛擬慣量時受到一些限制。電池儲能能夠提供平穩的功率吞吐，不過對瞬時大功率的支撐能力有限，其造價也較高。

發明內容

為了解決上述問題，本公開提出了一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法及系統，模擬虛擬慣量的控制策略，改善電網的頻率特性。

根據一些實施例，本公開的第一方案提供了一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法，采用如下技術方案：

一種基于虛擬慣量的電網頻率控制方法，采用基于高頻母線的電能路由器，包括：

獲取電網角頻率的變化值；

當電網角頻率降低時，基于能量路由器的多有源橋直流電容降低多有源橋的直流電壓，向電能路由器的中壓交流端口注入有功功率，向電網釋放有功功率，完成多有源橋的直流電壓控制；

當電網角頻率升高時，基于多有源橋直流電容提升多有源橋的直流電壓，電能路由器的中壓交流端口從電網中吸收有功功率，釋放電網的有功頻率，通過虛擬慣量控制多有源橋直流電壓，降低電網角頻率的上升速率，調節電網頻率。

作為進一步的技術限定，在所述多有源橋的直流電壓控制過程中，將負荷功率前饋控制到多有源橋的控制內環，抵消負荷波動對所述多有源橋直流電壓的影響；將電網角頻率的變化值引入有功功率控制外環，結合比例系數疊加至多有源橋直流電壓的參考值。

作為進一步的技術限定，在所述虛擬慣量控制的過程中，將電網角頻率的變化值引入到有功功率控制外環，結合比例系數疊加至電能路由器有功功率的參考值。

進一步的，當所述比例系數為零時，所述虛擬慣量控制無效，多有源橋直流電壓不變，電網頻率下降；隨著所述比例系數的增大，虛擬慣量控制增強，多有源橋直流電壓下降，釋放有功功率，降低電網頻率的下降速率，調節電網頻率。

作為進一步的技術限定，所述電網角頻率表示每秒電氣角的變化，與電網頻率成正比。