集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法，包括获取目标风电场的运行参数；获取三相换流器交流侧的瞬时电压并变换得到q轴电压；对q轴电压进行高频分量抑制、超前补偿和滞后补偿，得到补偿交流电压；计算得到用于稳定交流电压振荡的电流补偿临时值并限幅得到稳定交流电压振荡的电流补偿最终值；将电流补偿最终值输入到现有的电池储能装置的控制系统中完成风电场集中式电池储能装置接入点的交流电压控制。本发明专利技术能够实现风电场送出线路和电池储能装置接入点的交流电压振荡的有效控制，提升风电场的运行稳定性和能源利用效率，降低弃风发生的概率，而且实施简单，成本低廉、可靠性高，稳定性好。稳定性好。稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法


[0001]本专利技术属于电气工程领域，具体涉及一种集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保证电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
[0003]目前，随着环境问题的日益严重，以风电、光伏等为首的可再生能源得到了大力发展。但是，由于可再生能源具有出力不可控、随机性大等特点，大规模并网之后，其将对交流电网将产生深远的影响，如交流电网在小负荷方式下对可再生能源的消纳能力减弱问题等。为了降低弃风和弃光的概率以及有效提升可再生能源的利用率，需要为可再生能源配置一定容量的电池储能装置。为了方便交流电网调控系统进行控制以及平抑可再生能源站点送出的功率，电池储能装置一般将以集中式的形式在送出线路的升压站进行配置，即电网侧的集中式电池储能配置方式。
[0004]电池是以直流形式对电能进行存储与释放，而风电场是以交流形式接入电网，为了有效平抑风电场送出的功率以及提升能源利用率，直流形式的电池储能装置均通过三相换流器(VSC)接入交流电网，此时VSC是以双向功率接口形式配置在交流电网与电池储能装置之间。
[0005]图1为现有的集中式电池储能接入风电场主电路的电路结构示意图：图中多个风电场内部连接之后经110kV或220kV交流线路输出，在送出线路末端经升压变电站送到220kV或500kV交流线路送至交流系统。由于电力系统升压变压器一般为三相三绕组形式，因此升压变压器的低压侧为10kV或110kV，为集中式的电池储能装置接入提供了很大方便。直流电池储能设备经三相VSC与交流系统互联，Ls为换流电抗器。升压变压器三端的电压分别用u
w
、u
ac
和u
s
表示，电流分别用i
w
、i
ac
和i
s
表示，u
dc
为直流电压，功率参考方向如图所示。
[0006]图2为电池储能装置内部的内外环控制架构示意图：外环部分d轴通道中，三相VSC接收调控系统下达风电场需要向交流系统输送的有功功率指令P
*ac
；三相VSC经过实际测得风电场送出的功率为P
w
，将该功率通过截止频率非常低的低通滤波器(low pass filter,LPF)之后与有功功率指令P
*ac
和电池储能装置的功率P
s
相减，再将功率差值送入定有功功率控制的比例积分控制器G
pq
(s)，产生d轴参考电流指令，s为拉普拉斯算子。经过以上步骤之后，交流系统能得到较为平滑功率，实现了电池储能装置平抑风电场送出功率的功能。图中其余变量意义如下:Q
s
为实际无功功率、ω为交流系统基波角频率，u
sd
为三相VSC交流侧d轴电压，上标带有“*”的为相关物理量的参考指令值。
[0007]由于当前风电场是经过电力电子装置并入交流电网，而电池储能用的三相 VSC也是电力电子装置，再考虑今后偏远地区的风电场极有可能也经电力电子装置的柔性直流输电系统送出，因此风电场与集中式电池储能之间极有可能发生电力电子之间的振荡问题。
当系统发生振荡现象时，风电场和电池储能装置的送出线路和接入点也将发生交流电压振荡现象，同时也伴随着交流电流以及功率振荡现象，进而影响周边电力系统运行。这种类型的振荡如果不加以控制，可能导致周边同步发电机轴系扭转疲劳，也可能激发交流电压幅值突增，破坏电气装置的绝缘水平导致设备被击穿，进而导致风机和储能装置闭锁停运，诱发弃风现象，因此风电场和电池储能之间的振荡问题将严重影响系统的运行稳定性和可再生能源的利用率。
[0008]为解决此问题，工程上通常的做法是改变电池储能事先设计的控制系统参数或者是额外加装无源阻尼装置。改变电池储能事先设计的控制系统参数虽然是一个可行的做法，但是可能改变了电池储能装置的动态响应速度；加装无源阻尼装置虽然效果较好，但是不仅增加了投资成本和占地面积，也将增加系统的运行损耗，牺牲了经济性，而且额外增加的无源阻尼装置也提高了系统的故障风险，降低了系统的可靠性。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、可靠性高且稳定性好的集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法。
[0010]本专利技术提供的这种集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法，包括如下步骤：
[0011]S1.获取目标风电场的运行参数；
[0012]S2.获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压；
[0013]S3.对步骤S2得到的q轴电压进行高频分量抑制，得到q轴电压分量；
[0014]S4.对步骤S3得到的q轴电压分量进行超前补偿，得到超前补偿交流电压；
[0015]S5.对步骤S4得到的超前补偿交流电压进行滞后补偿，得到补偿交流电压；
[0016]S6.根据步骤S5得到的补偿交流电压，计算得到用于稳定交流电压振荡的电流补偿临时值；
[0017]S7.对步骤S6得到的电流补偿临时值进行限幅，得到稳定交流电压振荡的电流补偿最终值；
[0018]S8.将步骤S7得到的电流补偿最终值输入到现有的电池储能装置的控制系统中，从而完成集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制。
[0019]步骤S2所述的获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压，具体为获取三相换流器交流侧的瞬时电压u
sa
(kT
s
)、u
sb
(kT
s
)和 u
sc
(kT
s
)，并采用Park坐标变换的方式，变换得到q轴电压u
sq
(kT
s
)；u
sa
(kT
s
)为三相换流器交流侧的A相瞬时电压值；u
sb
(kT
s
)为三相换流器交流侧的B相瞬时电压值；u
sc
(kT
s
)为三相换流器交流侧的C相瞬时电压值；T
s
为采样周期，k 为第k次采样。
[0020]所述的获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压，具体为采用如下算式进行变换：
[0021][0022]式中u
sd
(kT
s
)为d轴电压；u
sq
(kT
s
)为q轴电压；u
sa
(kT
s
)为三相换流器交流侧的 A相瞬时电压值；u
sb
(kT
s
)为三相换流器交流侧的B相瞬时电压值；u
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法，包括如下步骤：S1.获取目标风电场的运行参数；S2.获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压；S3.对步骤S2得到的q轴电压进行高频分量抑制，得到q轴电压分量；S4.对步骤S3得到的q轴电压分量进行超前补偿，得到超前补偿交流电压；S5.对步骤S4得到的超前补偿交流电压进行滞后补偿，得到补偿交流电压；S6.根据步骤S5得到的补偿交流电压，计算得到用于稳定交流电压振荡的电流补偿临时值；S7.对步骤S6得到的电流补偿临时值进行限幅，得到稳定交流电压振荡的电流补偿最终值；S8.将步骤S7得到的电流补偿最终值输入到现有的电池储能装置的控制系统中，从而完成集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制。2.根据权利要求1所述的集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法，其特征在于步骤S2所述的获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压，具体为获取三相换流器交流侧的瞬时电压u
sa
(kT
s
)、u
sb
(kT
s
)和u
sc
(kT
s
)，并采用Park坐标变换的方式，变换得到q轴电压u
sq
(kT
s
)；u
sa
(kT
s
)为三相换流器交流侧的A相瞬时电压值；u
sb
(kT
s
)为三相换流器交流侧的B相瞬时电压值；u
sc
(kT
s
)为三相换流器交流侧的C相瞬时电压值；T
s
为采样周期，k为第k次采样。3.根据权利要求2所述的集中式电池储能稳定风电场接入点交流电压的控制方法，其特征在于所述的获取三相换流器交流侧的瞬时电压，并进行旋转坐标变换得到q轴电压，具体为采用如下算式进行变换：式中u
sd
(kT
s
)为d轴电压；u
sq
(kT
s
)为q轴电压；u
sa
(kT
s
)为三相换流器交流侧的A相瞬时电压值；u
sb
(kT
s
)为三相换流器交流侧的B相瞬时电压值；u
sc
(kT
s
)为三相换流器交流侧的C相瞬时电压值；θ
PLL
(kT
s
)为三相换流器锁相环的输出相位；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周年光，蒋星，禹海峰，王灿林，肖帅，王璐，周雨桦，谢宇峥，李云丰，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：