[發明專利]一種基于超級電容儲能的新能源機組慣量模擬控制方法

在審

• 申請號: 202211736510.6
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116094035A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 朱介北;王云逸;仲悟之;鄧兆順;劉新元;暴悅爽;鄭惠萍;褚曉杰
• 申請（專利權）人: 天津大學;中國電力科學研究院有限公司;國網山西省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J7/34
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 李晶

1.一種基于超級電容儲能的新能源機組慣量模擬控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1，以經雙向DC/DC變換器接入新能源機組直流母線的超級電容作為慣量模擬的能量來源，通過聯立超級電容功率動態方程和同步機轉子運動方程、功率傳輸方程，計算超級電容電壓和電網頻率的耦合關系式；

步驟2，依據計算得到的耦合關系式，根據需求的模擬慣量時間常數、模擬阻尼系數、模擬電抗系數、額定容量、允許超級電容電壓變化范圍、允許頻率變化范圍參數，配置超級電容容值以及選取超級電容額定電壓；

步驟3，依據計算得到的耦合關系式設計慣量模擬控制器；

步驟4，利用鎖相環測量電網頻率信息，并將電網頻率、電網額定頻率、模擬慣量時間常數、模擬阻尼系數、模擬電抗系數、額定容量、超級電容容值、超級電容額定電壓輸入慣量模擬控制器，輸出超級電容電壓參考值；

步驟5，利用步驟4得到的超級電容電壓參考值，雙向DC/DC變換器通過電壓電流雙環控制控制超級電容電壓變化提供慣量功率。

2.根據權利要求1所述的一種基于超級電容儲能的新能源機組慣量模擬控制方法，其特征在于：所述耦合關系式為：

式中，u_SCref為超級電容電壓參考值，H_v為模擬慣量時間常數，S₀為新能源機組額定容量，C_SC為超級電容容值，f₀為電網額定頻率，X_v為模擬電抗系數，D_v為模擬阻尼系數，f_g為電網頻率，u_SC0為超級電容額定電壓。

3.根據權利要求1所述的一種基于超級電容儲能的新能源機組慣量模擬控制方法，其特征在于：所述耦合關系式的推導方式具體為：

當電網發生擾動時，同步機的轉子運動方程表示為：

式中，H為同步機慣性時間常數，D為同步機阻尼系數，f為同步機轉子頻率，P_m、P_e和ΔP₁分別為同步機的機械功率、電磁功率和轉速變化時轉子吸收功率；

同步機的功角表示為：

式中，δ為同步機的功角，s為微分算子；

同步機功率傳輸方程表示為：

式中，E為同步機內電勢，U為并網點電壓，X為定子電抗；由于正常運行時δ較小，因此，sinδ≈δ；

將P_m視作一常數，因此，聯立式-得：

超級電容通過雙向DC/DC變換器電壓電流雙環控制吸收或釋放能量，其功率動態方程表示為：

式中，ΔP₂為超級電容的充電功率；令ΔP₁＝ΔP₂，得：

式中，E_v為超級電容儲能的模擬內電勢，令E_v和U均等于1pu，對式兩側同時積分得：

對上式整理得：

4.根據權利要求1所述的一種基于超級電容儲能的新能源機組慣量模擬控制方法，其特征在于：所述配置超級電容容值以及選取超級電容額定電壓的方法為：

當電網頻率到達設定允許變化的最大值f_max和最小值f_min時，超級電容電壓亦達到最大值u_SCmax和最小值u_SCmin，由于擾動時電網頻率變化的時間尺度遠高于式中f_g項的二階響應系數，因此由式得：

式中，H_max為設計的可模擬的最大慣性時間常數，聯立式兩子式并消除u_SC0項，可得配置的超級電容值C_SC為：

聯立式兩子式并消除C_SC項，可得超級電容額定電壓u_SC0為：