CN112086997B - 一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法 - Google Patents

一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对光伏机组大规模并网导致电力***频率调节能力下降，以及现有调频策略影响发电效益和***的稳定性的问题，提出了基于变功率点跟踪和储能单元协调控制的光伏***调频策略，即通过变功率跟踪响应频率上扰、储能装置响应频率下扰的方式进行一次调频控制，使光伏***在无扰动情况下能够运行在最大功率点处。该策略在不损失发电效益的同时减少了一半的储能容量。揭示了由锁相环测量频率变化率引起的惯量支撑功率跌落现象的原因，据此提出运用一阶高通环节对频率变化率测量值进行修正的方法。对所提协调控制方案和有功备用方案的经济性和控制效果进行了对比，结果表明所提协调控制方案的经济性和技术性均优于有功备用方案。

Description

一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制 方法
技术领域
本发明涉及分布式发电微电网逆变器控制领域，特别是涉及一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法。
背景技术
从2015年底至今，我国光伏和风机的装机容量持续位居世界首位，并仍呈现增长趋势。截至2019年底，我国光伏并网发电装机容量累计达到204.68GW(占总装机容量的10.18％)，未来利用太阳能发电将会成为主流能源利用形式，然而光伏发电的普及也对电网的稳定运行带来了负面影响。由于光伏机组普遍采用最大功率跟踪(Maximum powerpoint tracking，MPPT)算法，其输出功率由外界环境的光照和温度所决定，无法参与***的一次调频且缺乏传统发电机的惯性阻尼特性，电力***更容易受到功率波动和***故障的影响。针对该问题，部分高渗透国家/地区已明确要求新能源发电机组必须具备一定的参与电网调频能力。
为了实现参与电网频率调节，通常有两类方式。一类方式是配置储能装置，储能装置主要用来平抑光伏出力波动和响应网侧频率扰动。所配置的电化学储能的类型主要为蓄电池、超级电容或混合储能。与蓄电池储能相比，超级电容器具有功率密度高、充放电时间短、绿色环保等优点，在稳定母线电压方面有更为出色的表现，适合作为光伏并网***中的能量缓冲单元。对新能源机组配置储能装置的方案已有较多研究，分为光储一体化并网结构和光伏、储能独立并网结构。这两种结构在国内的示范工程中均有应用。但在应用实践中仍然存在一些问题，如配套测试规范的量化指标不清晰，关键参数的计算整定、储能单元的配置以及经济效益方面还有待优化与提升。
另一种方式是采用有功备用控制为参与调频预留一定的备用容量。提出有功备用方案的初衷是配置储能方案的造价和维护成本较为昂贵，而且部分地区的光伏电站还存在“弃光”现象，但有功备用方案降低了光伏发电效益。配置储能方案的特点是可控制强且能够多模式和多场景运行，尤其是适用于离网模式和夜间场景。
总之，基于场景及需求，两种方案有效结合亦或是其他方案，最终寻求更经济更效益的应用方案是大规模新能源机组参与电网调频亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于此，本发明进一步在兼顾频率响应和发电效益的基础上，提出基于变功率跟踪(variable power point tracking，VPPT)和储能单元协调控制的光伏机组调频策略，包括惯量支撑和一次调频。具体技术方案如下。
一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法，其特征在于，所述方法通过变功率跟踪响应频率上扰、储能装置响应频率下扰的方式进行一次调频控制，使光伏***在无扰动情况下能够运行在最大功率点处，该策略在不损失发电效益的同时减少了一半的储能容量；并基于锁相环测量频率变化率引起惯量支撑功率跌落现象的原因分析，提出运用一阶高通环节对频率变化率测量值进行修正，从而提升现有方案的经济性和技术性，具体策略如下：
1)频率上扰模式：在***正常工作时，以MPPT算法运行在最大功率点；当出现负荷减小或频率升高时，VPPT算法启动使光伏***由最大功率点开始运行至光伏机组P-U特性曲线最大功率点右侧区域；这种方案不仅可以增大功率的可调范围，而且在正常工作时以最大功率输出，优化了发电效益；
2)频率下扰模式：在频率降低时，由于光伏***已经运行在最大功率点，无可用的调频容量，因此合理配置储能装置是提高光伏***调节能力的关键；储能装置经过双向DC-DC变换器与光伏直流侧母线电容相连接；超级电容器一方面由于功率密度高，可瞬时大功率输出；另一方面可循环次数较多，满足频繁充放电需求；
3)惯量支撑控制模式：储能装置具有快速响应的特性，除参与一次调频过程以外还可以提供快速的惯量功率支撑，通常采用频率微分反馈方案进行惯量支撑控制，其参考值ΔPsc2公式为：ΔPsc2＝kHdf/dt，其中，kH为虚拟惯量系数；扰动过程中电网频率的变化率df/dt可由锁相环(PLL)或锁频环(FLL)实时测量和记录。
所述上扰模式具体包括三个步骤：若频率偏高并大于0.033Hz的一次调频死区，则一次调频控制启动，并得到功率参考值ΔPpv，公式为：
Figure BSA0000215144480000021
进一步得到频率偏高时光伏的参考功率值Pref，公式为：Pref＝PM+ΔPpv，采用VPPT算法实现目标值Pref的跟踪。
所述下扰模式为防止过充或过放，储能***对荷电状态(SOC)值进行约束，则有：SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax，其中，SOCmin为SOC下限值；SOCmax为上限值；在无扰动的情况下，储能***进行恒功率充电以使SOC保持在SOCmax；当发生频率扰动后，超级电容储能***根据一次调频功率和惯量支撑功率参考值之和进行充放电，即Pscref＝ΔPsc1+ΔPsc2，其中一次调频功率参考值ΔPsc1公式为：
Figure BSA0000215144480000031
所述惯量支撑控制模式提出对PLL1频率变化率的测量进行修正；具体方法是：当PLL1测量的df/dt大于限值并达到最大值Rmax后，选择一阶高通环节RmaxHs/(Hs+1)的响应作为频率变化率的测量值；当df/dt小于限值或未达到最大值Rmax时，直接选择df/dt作为频率变化率的测量值；运用修正的频率变化率测量结果进行惯量功率参考值ΔPsc2的计算，当df/dt大于限值并达到最大值Rmax后，通过一阶高通环节kHRmax-kHRmax/Hs+1计算参考值ΔPsc2；当df/dt小于限值或未达到最大值Rmax时，通过原式计算参考值ΔPsc2，计算公式为：
Figure BSA0000215144480000032
其中，tR为df/dt达到最大值Rmax的时刻，toff为退出一阶高通环节控制指令的时刻，在df/dt较小时(设为0.1Hz/s)结束一阶高通环节控制，重新切回频率微分环节控制。
本发明的有益效果是：该策略以MPPT为基础，***无扰动时光伏运行在最大功率点处，当网侧频率升高时通过变功率运行点减少光伏出力，当网侧频率降低时由储能装置提供备用容量参与频率调节。该策略能够在不损失发电效益的同时减少一半的储能容量。此外，在控制效果方面，针对突加功率扰动下锁相环难以精确测量实际频率及频率变化率(Rate of change of frequency，RoCoF)的问题，通过建立光储***频率响应的小信号模型，分析并提出了改进方法。所发明内容对于大规模光伏发电***的技术升级和改造具有一定的参考意义。。
附图说明
图1为光伏机组P-U特性曲线；
图2为有功备用控制框图；
图3为变功率跟踪算法流程图；
图4为光伏***储能配置结构图；
图5为两种PLL结构及其线性化模型；
图6为仿真***；
图7为PLL1和PLL2的测量结果和模型响应；
图8为算例***功频响应的小信号模型；
图9为PLL1频率变化率的测量结果及修正后的测量结果；
图10为变功率跟踪和超级电容储能的协调控制框图
图11为不同工况下的仿真结果
图12为方案3在负荷突变情形下储能单元的波形。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
有功备用控制以光伏机组的输出特性曲线为基础。光伏机组的稳定运行区域为右侧区域，而左侧区域为不稳定区域。如图1的P-U特性曲线所示，A点为光伏机组在减载率为d％的有功备用点，输出功率为PA；M点为光伏机组正常运行时的最大功率点，输出功率为PM。根据国标《虚拟同步机技术总则》可知：***频率下降期间，光伏虚拟同步机应增加有功输出且始终不低于一次调频前的有功出力，有功出力可增加量的最大值至少为10％PN，PN为额定功率；***频率上升期间，光伏虚拟同步机应减少有功输出且始终不高于一次调频前的有功出力，有功出力可减少量的最大值至少为10％PN。因此可将***的减载率d％定为10％，PB功率点为光伏机组在频率上升期间的功率最低点。在光伏机组正常运行时，若要采取有功备用控制，应首先确定当前的最大功率点PM。对应的减载后输出功率P′为
P′＝PA＝PM-d％PN
为使光伏***参与一次调频，引入具有下垂特性的一次调频控制环节，使得运行在有功备用点A的光伏***在网侧负载扰动下能够自主响应频率变化，如有功备用控制框图2所示。***初始时首先以MPPT算法运行在最大功率点PM；之后切换成有功备用算法，根据最大功率点PM可求得减载后运行点P′。然后每隔10分钟重新进行一次MPPT。由图2可知，有功备用模式下功率参考为下式，式中Pref为光伏的参考功率值。
Pref＝PM-d％PN+ΔPpv
无频率扰动时光伏机组运行在有功备用点；当检测到频率偏差大于±0.033Hz的死区时一次调频环路发生作用，引起的光伏出力偏差为ΔPpv：
Figure BSA0000215144480000051
上式中kf为一次调频系数，f为电网实际频率，fN为额定频率。
由于***不断在MPPT控制和有功备用控制之间切换运行，易影响***的稳定性。而且光伏***在正常运行时处于有功备用模式，减载率为10％的情况下损失的发电量为PM-PA，长期运行将会极大地损失光伏发电的效益。当出现网侧频率升高导致的出力减小时，光伏直流电压进一步增大并且易达到限值。因此采用这种方法虽然在一定程度上缓解了***的频率波动，但是会影响光伏电站的实际发电效益并存在功率的调节深度问题。为此，需要进一步探索最大功率跟踪算法在正常工作时的最大化发电效益，即将变功率跟踪与超级电容储能结合的模式。
对于本专利提出的变功率跟踪和超级电容储能的协调控制，采用VPPT算法与超级电容储能结合的工作模式，在***正常工作时，以MPPT算法运行在点M；当出现负荷减小或频率升高时，VPPT算法启动使光伏***由M点开始运行至右侧区域。这种方案不仅可以增大功率的可调范围，而且在正常工作时以最大功率输出，优化了发电效益。
根据网侧频率波动判断扰动类型，Δf＝f-fN。当Δf＞0.033Hz时，***负荷减小或频率升高；Δf＜-0.033Hz时，***负荷增加或频率降低；|Δf|≤0.033Hz时，***无扰动。根据不同的扰动情况，采用不同的控制模式。在无扰动的情况，光伏***运行在MPPT模式。
VPPT算法流程如图3所示。
在频率降低时，由于光伏***已经运行在最大功率点，无可用的调频容量，因此合理配置储能装置是提高光伏***调节能力的关键。如图4所示，储能装置经过双向DC-DC变换器与光伏直流侧母线电容相连接。
储能装置具有快速响应的特性，除参与一次调频过程以外还可以提供快速的惯量功率支撑。通常采用频率微分反馈方案进行惯量支撑控制，其参考值ΔPsc2，kH为虚拟惯量系数。扰动过程中电网频率的变化率df/dt可由锁相环(PLL)或锁频环(FLL)实时测量和记录。但由于突加功率扰动下PLL或FLL难以精确测量实际的频率及频率变化率响应，制效果欠佳。以两种典型锁相环为例，结构如图5(a)、5(b)所示。PLL1和PLL2的区别是环路滤波器的差异。PLL1和PLL2的环路滤波器分别为一阶惯性环节和PI(比例-积分)环节，如下式所示。式中GLPi(i＝1，2)为PLL1和PLL2的环路滤波器传递函数。两种锁相环的线性化模型如图5(c)所示。
Figure BSA0000215144480000061
算例***如图6所示。首先不考虑光储单元的接入，以虚拟同步机(VSG)和负载构成的简单***来测试两种锁相环在有功负载突加情形下的动态响应。突加功率扰动下PLL难以精确测量实际频率及频率变化率的原因是：功率扰动下实际***会出现相角突变和频率变化这两个过程；PLL的频率及频率变化率响应由这两个过程引起，而相角突变会使得频率及频率变化率难以准确测量出。值得指出的是，当前针对频率变化率难以准确测量的原因和改进方法的研究并没有得到重视。以下建立线性化模型来验证PLL的动态过程。
线性化模型下，频率响应的传递函数为下式，Pload为负载有功功率，上标^表示小扰动量。频率变化率响应的传递函数为频率响应传递函数乘以s算子。
Figure BSA0000215144480000062
频率及频率变化率的仿真测量结果和线性化模型的响应如图7所示，可见：PLL2的频率和频率变化率均会突变，动态性能较差，而PLL1频率和频率变化率的测量准确度较高。但在扰动初始阶段PLL1频率变化率的测量结果依然存在一个由相角突变引起的振荡波动。
进一步，构建考虑光储单元接入的算例***完整线性化模型，如图8所示。两类响应保持一致，表明所构建的线性化模型能够准确描述算例***的动态特性。光储单元的接入主要是减小了稳态频率偏差，由相角突变引起的一个PLL1频率变化率的振荡波动仍然存在于扰动初始阶段。对应地，这可能导致储能***提供的惯量支撑功率出现回落/跌落现象，弱化惯量控制效果。
为此，本专利提出对PLL1频率变化率的测量进行修正。具体方法是：当PLL1测量的df/dt大于限值并达到最大值Rmax后，选择一阶高通环节RmaxHs/(Hs+1)的响应作为频率变化率的测量值；当df/dt小于限值或未达到最大值Rmax时，直接选择df/dt作为频率变化率的测量值。修正的频率变化率测量结果如图9所示，可见修正后的测量值能够近似表征实际***的频率变化率，避免了测量结果出现振荡波动的情况。
综上，基于变功率跟踪和储能单元协调控制的光储***调频策略框图如图10所示。
关于超级电容器储能装置的容量配置，储能单元的容量配置需要满足惯量支撑和一次调频的能量需求。若储能装置容量过小，无法提供充足的备用容量参与频率调节；若储能装置容量过大则会增加储能***成本，造成一定的容量浪费。故需要合理设置储能装置的容量。以容量为500kW的集中式光伏逆变器为例，光伏***配置10％PN的储能备用，储能参与惯量调频和一次调频的时间为30s，则储能容量We为50kW×30s。综合考虑超级电容器组的成本和放电效率问题，采用160V×12F超级电容器2串5并共10组作为光伏机组的储能装置，其最低工作电压Umin为16.8V，最高工作电压Umax为320V，其放电效率ηd＝97.70％。
经济性评估方面：对比分析有功备用方案和配置储能装置方案的经济性。500kW光伏***配置的光伏板型号为SPR-415E-WHT-D，光伏阵列由7×176块光伏板组成。以德国地区记录的光照度和温度数据为基础，数据的采样频率为1Hz，记录总时长365天。根据Q/GDW1994-2013的光伏阵列输出模型计算光伏***的发电功率。表1列出了采用有功备用模式时光伏***的年损失电量和年损失金额。可见，不限电情况下的年经济损失为4.08万元，即使限电50％年经济损失也达到了1.93万元。
表1 采用有功备用模式的光伏***运行经济性分析
Figure BSA0000215144480000071
以某公司提供的超级电容模块和储能变流器产品为例，表2给出了500kW光伏***配置50kW×30s超级电容储能单元的一次性投资明细。一次性投资约为15.8万元，其中超级电容器按照10年折旧，其余***设备折旧可按照20年来计算，则平均每年需要投入约为1.58万元。
表2 储能***投资明细
Figure BSA0000215144480000072
表3对两种调频方案的技术经济性进行了对比。可知采用有功备用的调频方案虽然可以长期提供功率支撑，但是由弃光造成的经济损失巨大；相比之下，配置储能装置仅需一次性投资即可，年均投资金额仅为预留备用功率造成损失的一半。并且由于超级电容储能装置参与调频过程，光储***能够快速地提供惯量支撑功率，技术性更加完备。所以综合来看，在光伏电站配置储能装置会是最佳的调频方案。
表3 两种应用模式技术经济性对比
Figure BSA0000215144480000081
设计仿真***验证所提理论分析。
图6的算例***用500kVA电压源型VSG串联线路阻抗模拟弱电网。光伏***容量为1MVA，包含二个光储发电单元。取调频深度为Δfmax＝±0.5Hz，光储***总调频容量占额定容量的10％。虚拟惯性功率和一次调频功率之和称为调频功率，其大小不超过10％PN，因此一次调频系数和惯量系数取为下式：
Figure BSA0000215144480000082
在电网频率降低的小扰动下，功率和频率的频域关系为下式：
Figure BSA0000215144480000083
为验证光储***协调控制方案的各项性能，对三种调频方案进行比较，分别为：
方案1，不参与调频的方案/MPPT模式；
方案2，有功备用式一次调频；
方案3，储能和VPPT协调控制的惯量支撑与一次调频。
三种方案的仿真结果见图11，仿真情形见表4。图11中展示了直流侧电压、光储***总输出有功功率、VSG频率及频率变化率的波形。
表4 仿真情形
Figure BSA0000215144480000091
为验证本专利提出的PLL1频率变化率测量的修正方法，针对方案3，对这两种惯量控制方式进行对比，如图11(a)所示。可见，采用传统控制时，负荷突增下会出现由df/dt测量引起的功率跌落，导致储能单元不能够有效地提供惯量支撑功率。而采用本专利方案能够避免出现功率跌落状况，储能单元能够有效地提供惯量支撑功率来减小频率变化率。
负荷突变的工况设置见表4，三种方案的仿真结果见图11(b)。方案3控制下储能单元的波形见图12。可见，方案2随着负荷增加/减小，直流电压减小/增加，通过有功备用算法进行一次调频。虽然有功备用方案中也可以加入惯量控制环节，但由于有功备用式跟踪算法的响应速度慢于超级电容储能***，其减小频率变化速率的效果弱于光储***协调控制方案3。方案3在负荷突增时，储能单元处于放电状态，同时提供惯量支撑功率和一次调频功率；而在负荷突减时，储能单元处于充电状态并通过吸收较少的电量提供惯量支撑，由光伏***通过VPPT的方式进行一次调频。
对比三种方案，方案2、3均能够减小稳态频率偏差，但只有方案3能够减小频率变化速率，起到抑制频率快速波动的效果。
如上所述，对本发明进行了详细的说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法，其特征在于，所述方法通过变功率跟踪响应频率上扰、储能装置响应频率下扰的方式进行一次调频控制，使光伏***在无扰动情况下能够运行在最大功率点处,其在不损失发电效益的同时减少了一半的储能容量；并基于锁相环测量频率变化率引起惯量支撑功率跌落现象的原因分析，提出运用一阶高通环节对频率变化率测量值进行修正，从而提升现有方案的经济性和技术性，具体策略如下：
1）频率扰动模式：频率上扰模式和频率下扰模式；
2）惯量支撑控制模式：储能装置具有快速响应的特性，除参与一次调频过程以外还能提供快速的惯量功率支撑，通常采用频率微分反馈方案进行惯量支撑控制，其参考值ΔP sc2公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；其中，k H为虚拟惯量系数；扰动过程中电网频率的变化率df/dt由锁相环(PLL)或锁频环(FLL)实时测量和记录；所述惯量支撑控制模式对PLL1频率变化率的测量进行修正；具体方法是：当PLL1测量的df/dt大于限值并达到最大值R max后，选择一阶高通环节
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的响应作为频率变化率的测量值；当df/dt小于限值或未达到最大值R max时，直接选择df/dt作为频率变化率的测量值；运用修正的频率变化率测量结果进行惯量功率参考值ΔP sc2的计算，当df/dt大于限值并达到最大值R max后，通过一阶高通环节
Figure DEST_PATH_IMAGE006
计算参考值ΔP sc2；当df/dt小于限值或未达到最大值R max时，通过原式计算参考值ΔP sc2，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，t R为df/dt达到最大值R max的时刻，t off为退出一阶高通环节控制指令的时刻，在df/dt为0.1 Hz/s结束一阶高通环节控制，重新切回频率微分环节控制。
2.根据权利要求1所述一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法，其特征在于，所述频率扰动模式为：
1）频率上扰模式：在***正常工作时，以最大功率跟踪(MPPT)算法运行在最大功率点；当出现负荷减小或频率升高时，变功率跟踪(VPPT)算法启动使光伏***由最大功率点开始运行至光伏机组P-U特性曲线最大功率点右侧区域；这种方案不仅可以增大功率的可调范围，而且在正常工作时以最大功率输出，优化了发电效益；
2）频率下扰模式：在频率降低时，由于光伏***已经运行在最大功率点，无可用的调频容量，因此合理配置储能装置是提高光伏***调节能力的关键；储能装置经过双向DC-DC变换器与光伏直流侧母线电容相连接；超级电容器一方面由于功率密度高，可瞬时大功率输出；另一方面可循环次数较多，满足频繁充放电需求。
3.根据权利要求1所述一种基于变功率跟踪和超级电容储能的光伏协调调频控制方法，其特征在于，所述模式确定原则为：根据网侧频率波动判断扰动类型，Δf = f – f N；当Δf > 0.033 Hz时，***负荷减小或频率升高；Δf < -0.033 Hz时，***负荷增加或频率降低；|Δf | ≤ 0.033 Hz时，***无扰动；根据不同的扰动情况，采用不同的控制模式；
所述上扰模式具体包括三个步骤：
第一步：若频率偏高并大于0.033 Hz的一次调频死区，则一次调频控制启动，并得到功率参考值ΔP pv，公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
第二步：进一步得到频率偏高时光伏的参考功率值P ref，公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
第三步：采用VPPT算法实现目标值P ref的跟踪；
所述下扰模式为防止过充或过放，储能***对荷电状态(SOC)值进行约束，则有：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，其中，SOC min为SOC下限值；SOC max为上限值；在无扰动的情况下，储能***进行恒功率充电以使SOC保持在SOC max；
当发生频率扰动后，超级电容储能***根据一次调频功率和惯量支撑功率参考值之和进行充放电，即P scref=ΔP sc1+ΔP sc2，其中一次调频功率参考值ΔP sc1公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
所述无扰动情况，光伏***运行在MPPT模式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114188990B (zh) * 2021-08-19 2023-08-22 华北电力大学（保定） 一种基于小交流信号的分布式光伏辅助调压控制方法
CN113725921B (zh) * 2021-08-20 2023-12-12 华北电力大学（保定） 一种光伏运行在最大功率点左侧参与电网调频的控制方法
CN114552661B (zh) * 2022-04-22 2022-07-29 深圳市德兰明海科技有限公司 一种光储发电***控制方法及存储介质
CN115566698B (zh) * 2022-11-30 2023-03-28 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种基于扰动跟随方法的下垂型逆变器快速频率控制方法
CN115864447B (zh) * 2023-02-24 2023-06-16 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种光伏储能混合***频率控制方法及***
CN117117905B (zh) * 2023-10-23 2024-03-12 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种基于光储协调的一次调频控制方法及***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196341A (zh) * 2017-07-10 2017-09-22 华北电力大学（保定） 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法
CN108923458A (zh) * 2018-07-06 2018-11-30 华北电力大学（保定） 改进电导增量法的变功率跟踪光伏虚拟同步机并网协调控制方法
CN109861242A (zh) * 2017-11-30 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种风电参与电网一次调频的功率协调控制方法及***
CN110336304A (zh) * 2019-07-22 2019-10-15 华北电力大学（保定） 一种基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196341A (zh) * 2017-07-10 2017-09-22 华北电力大学（保定） 变功率点跟踪的两级式无储能光伏虚拟同步机控制方法
CN109861242A (zh) * 2017-11-30 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种风电参与电网一次调频的功率协调控制方法及***
CN108923458A (zh) * 2018-07-06 2018-11-30 华北电力大学（保定） 改进电导增量法的变功率跟踪光伏虚拟同步机并网协调控制方法
CN110336304A (zh) * 2019-07-22 2019-10-15 华北电力大学（保定） 一种基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
具有虚拟同步机特性的光伏并网***控制策略研究;赵佳乐;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》;20190115(第1期);第17-28页 *
基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略;颜湘武等;《电力***自动化》;20200725;第44卷(第14期);第111-120页 *

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