本發(fā)明屬于電力，具體涉及一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電、光伏等以電力電子變換器為接口的發(fā)電單元大規(guī)模并網(wǎng)，構(gòu)網(wǎng)型(grid-forming,gfm)控制模式因其能夠模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的電壓和頻率特性而逐漸受到關(guān)注。然而，在電網(wǎng)短路故障等大擾動(dòng)情況下，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)易出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)功角失穩(wěn)，甚至引發(fā)脫網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有研究多集中于控制模式切換或簡(jiǎn)單構(gòu)建虛擬阻抗，但未能全面考慮低電壓穿越、過電流限制及功角穩(wěn)定三者之間的平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中未能全面考慮低電壓穿越、過電流限制及功角穩(wěn)定三者之間平衡的問題，提供了一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，包括：

4、將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值分為dq坐標(biāo)系下電流，結(jié)合儲(chǔ)能換流器輸出a相電流在d軸的分量，與兩端電壓差計(jì)算得到限流所需總阻抗，設(shè)定虛擬阻抗，將虛擬阻抗引入到電流控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過電流限制；

5、電流控制環(huán)節(jié)輸出電壓，輸出電壓作用于vsg功率控住環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功角控制。

6、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值im設(shè)定為：im＝(1+km)in式中：km為儲(chǔ)能換流器峰值耐流系數(shù)；in為vsg輸出的額定電流。

7、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，設(shè)定的儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值，將儲(chǔ)能換流器輸出a相電壓初始位置與dq坐標(biāo)系下d軸重合，使儲(chǔ)能換流器所連線路的阻抗近似等效在d軸上，計(jì)算所需虛擬阻抗的d、q軸分量大小，結(jié)合儲(chǔ)能換流器輸出a相電流在d軸的分量，與兩端電壓差計(jì)算得到限流所需總阻抗，虛擬阻抗值z(mì)v由虛擬電阻rv及虛擬電感l(wèi)v組成，表示為：其中：式中：zd、zq為虛擬阻抗zv的d、q軸分量；ed、eq為儲(chǔ)能換流器輸出電壓的d、q軸分量；req+jxeq為故障前儲(chǔ)能所連外接線路的等效阻抗，req為等效電阻，xeq為等效電抗；ugd、ugq為故障發(fā)生后電網(wǎng)電壓的d、q軸分量。

8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，根據(jù)設(shè)定的虛擬阻抗，使故障期間穩(wěn)態(tài)電流被控制為(1+km)in，此時(shí)儲(chǔ)能換流器輸出電流最大值imax表示為：為保證儲(chǔ)能控制在故障期間系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，儲(chǔ)能換流器輸出電流最大值imax需滿足：imax≤im；為了使儲(chǔ)能換流器能承受最大暫態(tài)電流，所設(shè)定虛擬阻抗?jié)M足：

9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，設(shè)定儲(chǔ)能換流器和外接輸電線路阻抗為x，則儲(chǔ)能換流器vsg輸出有功功率p和無功功率q表示為：式中：e為vsg輸出電壓；u為儲(chǔ)能換流器所連線路電壓；δ為vsg系統(tǒng)功角；vsg系統(tǒng)功角與額定值的差值δδ表示為：式中：δω＝ωn-ω為虛擬頻率調(diào)節(jié)量；ωn為額定虛擬頻率；δp為vsg輸出有功功率調(diào)節(jié)量；d為虛擬阻尼；j為虛擬慣量。

10、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過同時(shí)調(diào)整有功功率參考值和無功回路控制，實(shí)現(xiàn)了在三相接地故障下對(duì)vsg輸出特性的精確調(diào)控；其中故障前后無功回路的參考電壓表示為：式中：n為無功功率電壓下垂系數(shù)；eref為故障前參考電壓；為無功功率參考值。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，為維持vsg暫態(tài)功角穩(wěn)定性，修改有功功率參考值為：式中：pref為修改之前有功功率參考值。

12、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，vsg輸出最大有功電流對(duì)應(yīng)的最大有功輸出參考值為：式中：λ為功功率參考值修正系數(shù)；id為儲(chǔ)能換流器輸出電流的d軸分量；儲(chǔ)能vsg控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)限流目同時(shí)穩(wěn)定功角輸出的有功功率參考值pref表示為：pref＝min(pref1,pref2)；式中：min表示取其最小值。

13、一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升系統(tǒng)，包括：

14、電流控制模塊，用于將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值分為dq坐標(biāo)系下電流，結(jié)合儲(chǔ)能換流器輸出a相電流在d軸的分量，與兩端電壓差計(jì)算得到限流所需總阻抗，設(shè)定虛擬阻抗，將虛擬阻抗引入到電流控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過電流限制；

15、功率控制模塊，用于電流控制環(huán)節(jié)輸出電壓，輸出電壓作用于vsg功率控住環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功角控制。

16、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，電流控制模塊中，將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值im設(shè)定為：im＝(1+km)in式中：km為儲(chǔ)能換流器峰值耐流系數(shù)；in為vsg輸出的額定電流。

17、本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果：

18、本發(fā)明主要針對(duì)以電壓型虛擬同步發(fā)電機(jī)(virtual?synchronous?generator,vsg)為核心的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)短路故障下的過電流限制及功角控制策略。該方法通過自適應(yīng)調(diào)整虛擬阻抗和修正有功功率指令值，實(shí)現(xiàn)了在低電壓穿越過程中有效抑制過電流，并維持系統(tǒng)功角穩(wěn)定，從而提升了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的暫態(tài)性能。本發(fā)明針對(duì)以電壓型虛擬同步發(fā)電機(jī)(virtual?synchronous?generator,vsg)為核心的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)，在電網(wǎng)遭遇短路故障時(shí)的復(fù)雜工況，提出了一種創(chuàng)新的過電流限制及功角控制策略。這一策略的核心在于巧妙地結(jié)合了自適應(yīng)調(diào)整虛擬阻抗與修正有功功率指令值兩大技術(shù)手段，從而實(shí)現(xiàn)了在極端電網(wǎng)條件下的高效穩(wěn)定運(yùn)行。概括來說，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

19、1、自適應(yīng)調(diào)整虛擬阻抗：

20、在電網(wǎng)短路故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能夠迅速感知電壓跌落程度，并據(jù)此動(dòng)態(tài)調(diào)整vsg的虛擬阻抗值。虛擬阻抗的增加可以有效增加系統(tǒng)輸出阻抗，進(jìn)而減小短路電流，防止設(shè)備過載損壞。傳統(tǒng)方法在面對(duì)電網(wǎng)短路時(shí)，往往難以迅速且有效地限制過電流，可能導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)受損甚至退出運(yùn)行。自適應(yīng)調(diào)整虛擬阻抗則能夠在故障初期即有效抑制過電流，保護(hù)系統(tǒng)安全。

21、通過這一手段，本發(fā)明顯著提高了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)在電網(wǎng)短路故障下的生存能力和可靠性，為電網(wǎng)恢復(fù)提供了重要支撐。

22、2、修正有功功率指令值：

23、在電壓跌落期間，系統(tǒng)不僅調(diào)整虛擬阻抗，還同步修正vsg的有功功率指令值，以匹配電網(wǎng)的實(shí)際需求和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行邊界。這種修正基于實(shí)時(shí)的電網(wǎng)狀態(tài)和系統(tǒng)性能評(píng)估，確保了功率輸出的合理性和穩(wěn)定性。電網(wǎng)短路可能導(dǎo)致系統(tǒng)有功功率輸出失衡，進(jìn)而引發(fā)功角失穩(wěn)，影響系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。通過修正有功功率指令值，本發(fā)明能夠有效避免因功率失衡導(dǎo)致的功角波動(dòng)，維持系統(tǒng)功角穩(wěn)定。

24、功角穩(wěn)定的維持對(duì)于保障電網(wǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本發(fā)明的這一技術(shù)手段顯著提升了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下的功角控制能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

技術(shù)特征：

1.一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值im設(shè)定為：im＝(1+km)in式中：km為儲(chǔ)能換流器峰值耐流系數(shù)；in為vsg輸出的額定電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，設(shè)定的儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值，將儲(chǔ)能換流器輸出a相電壓初始位置與dq坐標(biāo)系下d軸重合，使儲(chǔ)能換流器所連線路的阻抗近似等效在d軸上，計(jì)算所需虛擬阻抗的d、q軸分量大小，結(jié)合儲(chǔ)能換流器輸出a相電流在d軸的分量，與兩端電壓差計(jì)算得到限流所需總阻抗，虛擬阻抗值z(mì)v由虛擬電阻rv及虛擬電感l(wèi)v組成，表示為：其中：式中：zd、zq為虛擬阻抗zv的d、q軸分量；ed、eq為儲(chǔ)能換流器輸出電壓的d、q軸分量；req+jxeq為故障前儲(chǔ)能所連外接線路的等效阻抗，req為等效電阻，xeq為等效電抗；ugd、ugq為故障發(fā)生后電網(wǎng)電壓的d、q軸分量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，根據(jù)設(shè)定的虛擬阻抗，使故障期間穩(wěn)態(tài)電流被控制為(1+km)in，此時(shí)儲(chǔ)能換流器輸出電流最大值imax表示為：為保證儲(chǔ)能控制在故障期間系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，儲(chǔ)能換流器輸出電流最大值imax需滿足：imax≤im；為了使儲(chǔ)能換流器能承受最大暫態(tài)電流，所設(shè)定虛擬阻抗?jié)M足：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，設(shè)定儲(chǔ)能換流器和外接輸電線路阻抗為x，則儲(chǔ)能換流器vsg輸出有功功率p和無功功率q表示為：式中：e為vsg輸出電壓；u為儲(chǔ)能換流器所連線路電壓；δ為vsg系統(tǒng)功角；vsg系統(tǒng)功角與額定值的差值δδ表示為：式中：δω＝ωn-ω為虛擬頻率調(diào)節(jié)量；ωn為額定虛擬頻率；δp為vsg輸出有功功率調(diào)節(jié)量；d為虛擬阻尼；j為虛擬慣量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，通過同時(shí)調(diào)整有功功率參考值和無功回路控制，實(shí)現(xiàn)了在三相接地故障下對(duì)vsg輸出特性的精確調(diào)控；其中故障前后無功回路的參考電壓表示為：式中：n為無功功率電壓下垂系數(shù)；eref為故障前參考電壓；為無功功率參考值。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，為維持vsg暫態(tài)功角穩(wěn)定性，修改有功功率參考值為：式中：pref為修改之前有功功率參考值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法，其特征在于，vsg輸出最大有功電流對(duì)應(yīng)的最大有功輸出參考值為：式中：λ為功功率參考值修正系數(shù)；id為儲(chǔ)能換流器輸出電流的d軸分量；儲(chǔ)能vsg控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)限流目同時(shí)穩(wěn)定功角輸出的有功功率參考值pref表示為：pref＝min(pref1,pref2)；式中：min表示取其最小值。

9.一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升系統(tǒng)，其特征在于，電流控制模塊中，將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值im設(shè)定為：im＝(1+km)in式中：km為儲(chǔ)能換流器峰值耐流系數(shù)；in為vsg輸出的額定電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能暫態(tài)性能提升方法及系統(tǒng)，該方法包括：將儲(chǔ)能換流器在暫態(tài)時(shí)的最大電流閾值分為dq坐標(biāo)系下電流，結(jié)合儲(chǔ)能換流器輸出A相電流在d軸的分量，與兩端電壓差計(jì)算得到限流所需總阻抗，設(shè)定虛擬阻抗，將虛擬阻抗引入到電流控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過電流限制；電流控制環(huán)節(jié)輸出電壓，輸出電壓作用于VSG功率控住環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功角控制。該系統(tǒng)包括電流控制模塊和功率控制模塊。本發(fā)明通過自適應(yīng)調(diào)整虛擬阻抗和修正有功功率指令值，實(shí)現(xiàn)了在低電壓穿越過程中有效抑制過電流，并維持系統(tǒng)功角穩(wěn)定，從而提升了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的暫態(tài)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：馮仰敏,金祎璇,楊直,張虎,吳淵,李德,李杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9