一种基于VSG控制系统的火电储能一次调频容量方法与流程

一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法
技术领域
1.本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法。


背景技术：

2.目前，电储能中比较适合大倍率应用且应用范围最广的是锂电池，而超级电容器是一种新型高性能储能器件，超级电容凭借寿命长，约为锂电池的100多倍。但是，单一锂电池储能或单一超级电容储能无法同时满足火电一次调频要求的高功率密度和二次调频要求的高能量密度的要求。
3.为了提升系统性能，提出了锂电池储能与超级电容储能结合的混合储能技术。但是，现有技术中，在混合储能系统的控制策略中，需要小指令，完全由超级电容响应；需要大指令，以超级电容全功率响应，锂电池作为补充。由此，提出一种基于vsg(voltage sag generator，电压跌落发生器)控制系统的火电储能一次调频容量配置方法以实现混合储能技术。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法。
6.本发明的第二个目的在于提出一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法装置。
7.本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。
8.本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
9.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种方法，包括：
10.在调频工况下，获取储能单元的储能出力与频率变化量之间的传递函数；
11.对所述传递函数进行求解，根据求解特征根获取vsg调频过程中有功功率响应对应的响应类型；
12.根据所述响应类型，分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，根据所述混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息。
13.可选地，在本发明的一个实施例中，所述储能出力与频率变化量之间的传递函数为：
[0014][0015]
其中，δpe为储能单元出力，为网侧角频率，为额定机械角速度，se为同步功率，h为vsg惯性常数，k
ω
为有功频率下垂系数，vsg惯性常数与虚拟转动惯量j关系表示为：
[0016][0017]
其中，sn为vsg额定容量。
[0018]
可选地，在本发明的一个实施例中，所述响应类型包括欠阻尼，所述分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0019]
当有功响应过程为所述欠阻尼时，获取储能出力响应过程中的第一储能单元时域表达式；
[0020]
根据所述第一储能单元时域表达式获取所述储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0021]
其中，所述第一储能单元时域表达式为：
[0022][0023]
其中，e为自然对数底数，k1为特征方程系数。
[0024]
可选地，在本发明的一个实施例中，所述响应类型包括临界阻尼，所述分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0025]
当有功响应过程为所述临界阻尼时，获取储能出力响应过程中的第二储能单元时域表达式；
[0026]
根据所述第二储能单元时域表达式获取所述储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0027]
其中，所述第二储能单元时域表达式为：
[0028][0029]
其中，δp
el
为储能单元输出功率。
[0030]
可选地，在本发明的一个实施例中，所述响应类型包括过阻尼，所述分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0031]
当有功响应过程为所述过阻尼时，获取储能出力响应过程中的第三储能单元时域表达式；
[0032]
根据所述第三储能单元时域表达式获取所述储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0033]
其中，所述第三储能单元时域表达式为：
[0034][0035]
其中，δp
eg
为过阻尼状态下的储能单元输出功率。
[0036]
可选地，在本发明的一个实施例中，在所述根据所述混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息之后，所述方法还包括：
[0037]
基于配置信息响应一次调频扰动，其中，该配置信息可以用于指示混合储能功率和容量配置信息。
[0038]
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量装置，包括：
[0039]
第一获取模块，用于在调频工况下，获取储能单元的储能出力与频率变化量之间的传递函数；
[0040]
第二获取模块，用于对所述传递函数进行求解，根据求解特征根获取vsg调频过程中有功功率响应对应的响应类型；
[0041]
分析模块，用于根据所述响应类型，分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，根据所述混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息。
[0042]
可选地，在本发明的一个实施例中，所述分析模块，还用于：
[0043]
基于配置信息响应一次调频扰动，其中，该配置信息可以用于指示混合储能功率和容量配置信息。
[0044]
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面实施例所述的方法。
[0045]
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面实施例所述的方法。
[0046]
综上所述，本发明提出一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法，该方法可以采用一次调频小扰动全部由储能出力响应，一次调频大扰动由储能 机组共同响应实现并优化混合储能技术，以提高系统性能。
[0047]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0048]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0049]
图1为本发明实施例所提供的一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法的流程示意图；
[0050]
图2为本发明所提供的一种不同阻尼状态下储能出力响应图；
[0051]
图3为本发明所提供的一种不同阻尼状态下储能出力响应图；
[0052]
图4为本发明所提供的一种不同阻尼状态下储能出力响应图；
[0053]
图5为本发明实施例所提供的一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量装置的结构示意图。
具体实施方式
[0054]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055]
下面参考附图描述本发明实施例的基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法方法和装置。
[0056]
图1为本发明实施例所提供的一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法方法的流程示意图。
[0057]
如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0058]
步骤s1:在调频工况下，获取储能单元的储能出力与频率变化量之间的传递函数。
[0059]
其中，在本发明的一个实施例之中，该传递函数可以为：
[0060][0061]
其中，δpe为储能单元出力，为网侧角频率，为额定机械角速度，se为同步功率，h为vsg惯性常数，k
ω
为有功频率下垂系数，d0为虚拟阻尼系数，vsg惯性常数与虚拟转动惯量j关系表示为：
[0062][0063]
其中，sn为vsg额定容量。
[0064]
步骤s2:对传递函数进行求解，根据求解特征根获取vsg调频过程中有功功率响应对应的响应类型。
[0065]
其中，在本发明的一个实施例之中，该对传递函数进行求解可以包括以下步骤：
[0066]
根据求解特征根不同，vsg调频过程中有功功率响应可以分为三种响应类型：
[0067]
欠阻尼(0＜ξ＜1)；
[0068]
临界阻尼(ξ＝1)；
[0069]
过阻尼(ξ＞1)：
[0070]
以及，三种响应类型对应的判别式可以为：
[0071][0072]
步骤s3:根据响应类型，分析在响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，根据混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息。
[0073]
其中，在本发明的一个实施例之中，对公式(1)进行拉普拉斯反变换，可以得到不同阻尼状态，图2、图3和图4分别为本发明所提供的三种不同阻尼状态下储能出力响应图，如图2、图3和图4所示，阴影部分面积e为储能单元所需能量。
[0074]
以及，在本发明的一个实施例之中，当响应类型为欠阻尼时，则分析在所述响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0075]
获取储能出力响应过程中的第一储能单元时域表达式；
[0076]
根据第一储能单元时域表达式获取储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0077]
其中，第一储能单元时域表达式为：
[0078][0079]
其中，e为自然对数底数，k1为特征方程系数，
[0080]
对第二储能单元时域表达式求导
[0081][0082]
其中，公式(2)中，k3＝-seω0。
[0083]
δp
eq
(t)最大值在其导数为0处，对应t为
[0084][0085]
欠阻尼状态下，储能单元最大输出功率为
[0086][0087]
图2中阴影部分面积，即储能单元需配置能量取δp
eq
(t)在0—t的积分
[0088][0089]
公式(3)中，
[0090]
以及，在本发明的一个实施例之中，当响应类型为临界阻尼，分析在响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0091]
获取储能出力响应过程中的第二储能单元时域表达式；
[0092]
根据第二储能单元时域表达式获取储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0093]
其中，第二储能单元时域表达式为：
[0094][0095]
其中，δp
el
为储能单元输出功率，k6为特征方程系数
[0096]
δp
el
(t)最大值在其导数为0处，对应t为
[0097][0098]
临界阻尼状态下，储能单元最大输出功率为
[0099][0100]
图3中阴影部分，储能单元需配置能量为
[0101][0102]
公式(5)中，
[0103]
以及，在本发明的一个实施例之中，当响应类型为过阻尼时，分析在响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，包括：
[0104]
获取储能出力响应过程中的第三储能单元时域表达式；
[0105]
根据第三储能单元时域表达式获取储能单元的最大输出功率和储能单元需配置能量；
[0106]
其中，第三储能单元时域表达式为：
[0107][0108]
其中，δp
eg
为过阻尼状态下的储能单元输出功率，
[0109]
以及，δp
eg
(t)最大值在其导数为0处，对应t为
[0110][0111]
其中，
[0112]
过阻尼状态下，储能单元最大输出功率为
[0113][0114]
图4中阴影部分，储能单元需配置能量为
[0115][0116]
公式(8)中，
[0117]
根据以上不同阻尼状态下，混合储能有功输出和能量分析，可以得到如表1所示的储能单元配置。
[0118]
表1混合储能单元配置表
[0119][0120]
进一步地，在本发明的一个实施例之中，根据混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息之后，该方法还包括：
[0121]
基于配置信息响应一次调频扰动，其中，该配置信息可以用于指示混合储能功率和容量配置信息。也即是，一次调频小扰动全部由储能出力响应，一次调频大扰动由储能 机组共同响应。
[0122]
综上所述，本发明提出一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量方法，该方法可以采用一次调频小扰动全部由储能出力响应，一次调频大扰动由储能 机组共同响应实现并优化混合储能技术，以提高系统性能。
[0123]
图5为本发明实施例所提供的一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量装置的结构示意图。
[0124]
第一获取模块，用于在调频工况下，获取储能单元的储能出力与频率变化量之间的传递函数；
[0125]
第二获取模块，用于对传递函数进行求解，根据求解特征根获取vsg调频过程中有功功率响应对应的响应类型；
[0126]
分析模块，用于根据响应类型，分析在响应类型下混合储能有功输出和储能单元需配置能量，根据混合储能有功输出和储能单元需配置能量生成火电机组一次调频的配置信息。
[0127]
可选地，在本发明的一个实施例之中，分析模块，还用于：
[0128]
基于配置信息响应一次调频扰动，其中，该配置信息可以用于指示混合储能功率和容量配置信息。
[0129]
综上所述，本发明提出一种基于vsg控制系统的火电储能一次调频容量装置，该方法可以采用一次调频小扰动全部由储能出力响应，一次调频大扰动由储能 机组共同响应实现并优化混合储能技术，以提高系统性能。
[0130]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0131]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0132]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0133]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0134]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0135]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0136]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0137]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。