一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法和系统，属于光伏电站技术领域。本发明专利技术的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，通过构建最大功率估算模型、自备用电压控制模型、扰动判断模型、虚拟同步控制模型，从而能输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频，能够使光伏电站在最大功率跟踪以及自备用控制策略中切换，在保障光伏消纳能力的前提下，提供了自备用调频能力，使光伏电站利用自备用运行点处的备用功率和配备储能提供持续的一次调频能力，兼顾提供频率响应和最大功率消纳；并能使得光伏电站表现出同步发电机的外特性，同时光伏电站能够在最大功率跟踪和提供调频响应间切换。间切换。间切换。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法和系统，属于光伏电站


技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，能源的日益紧张，新能源开发成为未来能源战略的重要方向。近年来，新能源和储能技术飞速发展，新能源发电并网容量占比逐渐升高，导致电力系统的惯量逐渐降低，削弱了电网应对功率短缺和频率波动的能力。随着火电机组在线比例的持续下降，高比例可再生能源和高度电力电子化以及低惯量将成为我国未来电力系统的重要特征。
[0003]如何引入更加优质的调频资源以替代火电减少带来的惯性支撑和一次调频能力，以缓解可再生能源大规模并网背景下电网的频率稳定和电能质量问题。
[0004]考虑到新能源出力通常与气候、季节和地理位置等外界因素相关，在现有的新能源场站控制方式中，其并网输出功率与电网调频动态响应之间存在不同程度的解耦。因此，在维持新能源场站端具有稳定的并网功率的前提下，研究新能源场站端友好型频率支撑控制技术对于提高新型电力系统的频率稳定性具有重要意义。光伏等新能源场站必然是未来电网的重要发电单元。储能技术的应用可以一定程度上解决电能的即时消纳和传输问题，使得电能表现出时空特性，并与新能源出力的随机性和波动性相契合。因此，储能的应用是解决新能源消纳不足和电网负荷过载的途径之一。现有的相关研究中，储能已被广泛应用于削峰填谷、调频调压等电网的辅助服务中。
[0005]新型电力系统中，高比例可再生能源象征着其出力随机性以及典型并网运行控制方式下，在跟随调度计划时，难以应对频繁波动的出力和负荷；而高比例电力电子化象征着新能源的并网控制复杂，控制参数和状态变量繁多，难以应对源网荷储多端变化多样的工况。
[0006]因此，有必要在新能源现有的典型并网运行控制方式的基础上，设计适当的控制算法，使得新能源场站能够表现出类似同步发电机的调频特性。虚拟同步发电机控制技术是有效弥补高比例新能源并网系统低惯量和弱调频能力的技术手段之一，为了推进“双高”电力系统的转型，提高光伏电站并网的可调控性和稳定性，需要研究光伏电站的虚拟同步发电机控制策略，提高光伏电站并网运行的可靠性和经济性。
[0007]然而现有的光储虚拟同步发电机在运行过程中，高度依赖储能的充放电能力，在储能参与光伏电站的日内调度时，若储能的荷电状态处于保护限值内，其光储虚拟同步发电机的调频能力就会受到较大的限制，且现有的光伏电站运行研究难以兼顾最大功率运行和调频响应，光伏电站运行的经济性有待提高。
[0008]本
技术介绍
中公开的信息仅用于理解本专利技术构思的背景，因此它可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

[0009]针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的一在于提供一种通过构建最大功率估算模型、自备用电压控制模型、扰动判断模型、虚拟同步控制模型，计算得到最大功率估算值，并根据最大功率估算值，生成控制电压信号，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行，达到目标的自备用率；同时对运行频率进行判断，当存在频率扰动时，建立光储虚拟同步发电机，并输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频，方案科学、合理，切实可行的光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法。
[0010]针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的二在于提供一种通过设置最大功率估算模块、自备用电压控制模块、扰动判断模块、虚拟同步控制模块，计算得到最大功率估算值，并根据最大功率估算值，生成控制电压信号，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行，达到目标的自备用率；同时对运行频率进行判断，当存在频率扰动时，建立光储虚拟同步发电机，并输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频，方案科学、合理，切实可行的光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频系统。
[0011]针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的三在于提供一种能够使光伏电站在最大功率跟踪以及自备用控制策略中切换，在保障光伏消纳能力的前提下，提供了自备用调频能力，使光伏电站利用自备用运行点处的备用功率和配备储能提供持续的一次调频能力，兼顾提供频率响应和最大功率消纳的光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法和系统。
[0012]为实现上述目的之一，本专利技术的第一种技术方案为：
[0013]一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，
[0014]包括以下步骤：
[0015]第一步，在光伏电站调频响应的时段内，利用预先构建的最大功率估算模型，计算得到最大功率估算值；
[0016]第二步，将最大功率估算值输入到预先构建的自备用电压控制模型中，生成控制电压信号，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行，达到目标的自备用率；
[0017]第三步，获取在运行点处运行时的运行频率；
[0018]第四步，通过预先构建的扰动判断模型，对运行频率进行判断，得到扰动判断结果；
[0019]当扰动判断结果为频率正常时，执行第三步；
[0020]当扰动判断结果为存在频率扰动时，执行第五步；
[0021]第五步，根据扰动判断结果，利用预先构建的虚拟同步控制模型，建立光储虚拟同步发电机，并输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频。
[0022]本专利技术经过不断探索以及试验，通过构建最大功率估算模型、自备用电压控制模型、扰动判断模型、虚拟同步控制模型，计算得到最大功率估算值，并根据最大功率估算值，生成控制电压信号，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行，达到目标的自备用率；同时对运行频率进行判断，当存在频率扰动时，建立光储虚拟同步发电机，并输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频，方案科学、合理，切实可行。
[0023]进一步，本专利技术提出的光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，能够使光伏电站在最大功率跟踪以及自备用控制策略中切换，在保障光伏消纳能力的前提下，提供
了自备用调频能力，使光伏电站利用自备用运行点处的备用功率和配备储能提供持续的一次调频能力，兼顾提供频率响应和最大功率消纳。
[0024]再进一步，本专利技术基于光伏最大功率估算算法，提出了自备用的变步长电压控制策略；其次，分析配置储能的光伏电站控制架构，基于虚拟同步控制策略建立光储虚拟同步发电机(VSG)，并提出光伏自备用可调的调频策略，利用虚拟同步发电机控制技术并网，且通过自备用可调的控制策略，以提供一定的频率支撑能力，使得光伏电站表现出同步发电机的外特性，同时光伏电站能够在最大功率跟踪和提供调频响应间切换。
[0025]作为优选技术措施：
[0026]所述第一步中，最大功率估算模型的构建方法如下：
[0027]按固定的控制周期给光伏阵列电压输入小扰动量，观测扰动后输出功率的变化方向以调整控制指令的跟踪方向；并根据拟合的自备用运行点处电流I
r
与短路电流I
sc
间的关系，计算光伏电站的最大功率估算值。
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在光伏电站调频响应的时段内，利用预先构建的最大功率估算模型，计算得到最大功率估算值；第二步，将最大功率估算值输入到预先构建的自备用电压控制模型中，生成控制电压信号，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行，达到目标的自备用率；第三步，获取在运行点处运行时的运行频率；第四步，通过预先构建的扰动判断模型，对运行频率进行判断，得到扰动判断结果；当扰动判断结果为频率正常时，执行第三步；当扰动判断结果为存在频率扰动时，执行第五步；第五步，根据扰动判断结果，利用预先构建的虚拟同步控制模型，建立光储虚拟同步发电机，并输出频率响应功率，实现光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频。2.如权利要求1所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，所述第一步中，最大功率估算模型的构建方法如下：按固定的控制周期给光伏阵列电压输入小扰动量，观测扰动后输出功率的变化方向以调整控制指令的跟踪方向；并根据拟合的自备用运行点处电流I
r
与短路电流I
sc
间的关系，计算光伏电站的最大功率估算值。3.如权利要求2所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，最大功率估算值的计算公式如下：其中，r为自备用率，拟合得到的系数ψ0＝1.168,ψ1＝0.190,ψ2＝0.0037,ψ3＝0.0157,ψ4＝0.0339,ψ5＝0.9661，k
m
为温度所对应的拟合系数，I
r
为自备用运行点处电流；自备用运行点处电流的计算公式如下：其中，I
sc
为光伏的短路电流；温度所对应的拟合系数的计算公式如下：k
m
＝α
T
T+β
T
其中，T为温度，α
T
＝
‑
0.8978，β
T
＝275.4。4.如权利要求1所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，所述第二步中，自备用电压控制模型的构建方法如下：步骤21，根据最大功率估算值，估算当前时刻的自备用率；
步骤22，根据自备用率，计算自备用率偏差；步骤23，利用预先建立的变步长电压跟踪控制单元对自备用率偏差进行处理，生成控制电压信号；步骤24，根据控制电压信号，调整光伏运行点，使得光伏电站在自备用率的运行点处运行。5.如权利要求4所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，当前时刻的自备用率，根据当前i时刻最大功率估算值P
est
’
和光伏阵列输出功率P
pv
进行估算，其计算公式如下：其中，r
est
(i)为当前i时刻自备用率，P
est
’
(i)为当前i时刻最大功率估算值，P
pv
(i)为当前i时刻光伏阵列输出功率。6.如权利要求5所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，计算自备用率偏差的公式如下：Δr(i)＝r
*
(i)
‑
r
est
(i)；其中，Δr(i)为当前i时刻自备用率偏差，r*(i)为当前i时刻目标自备用率。7.如权利要求6所述的一种光伏电站自备用可调的虚拟同步控制调频方法，其特征在于，变步长电压跟踪控制单元，用于根据自备用率偏差，计算控制器的电压参考值，其计算公式如下：V
ref
(i+1)＝V
ref
(i)+ΔV(i)其中V
ref
(i+1)为当前i+1时刻控制器的电压参考值，V
ref
(i)为当前i时刻控制器的电压参考值，V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江丰，王天宇，尹峰，柯松，杨军，郑可轲，丁伟聪，舒鹏，华丽云，陈巍文，邵乔乐，张程翔，张新胜，孙坚栋，蒋薇，戴航丹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：