CN112491097B - 一种直流储能功率-电压调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流储能功率‑电压调节方法，包括：在直流储能换流器中采用直流储能有功‑电压控制，得到输出误差信号e表达式；根据储能换流器工作于逆变状态、储能换流器工作于整流状态及直流储能换流器输出有功功率方程，建立直流储能有功‑电压下垂控制方程；当调节电压为正，建立自适应下垂系数Dm1；当调节电压为负，建立自适应下垂系数Dm2；共同组成自适应下垂系数Dm；将自适应下垂系数Dm引入直流储能有功‑电压下垂控制方程中，得到自适应下垂控制数学表达式。本发明采用自适应有功‑电压下垂控制，可以减少储能电压调节范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流储能功率-电压调节方法，该方法采用自适应下垂控制，减少储能电压调节范围。
背景技术
电网容量不断增加，区域电网结构变的复杂，由光伏、风电等高渗透率分布式电源点组成的微网，由于其低惯性、低阻尼特性，势必会对大电网的频率稳定性造成影响。储能单元作为可以灵活充放电的电源，能够实现在电网中动态吸收、释放能量，且因为其响应快速、控制灵活，在维持电网电压稳定有无可替代的优势。
目前在直流储能电压调节领域，多采用线性下垂控制方案，利用有功-电压下垂控制，通过控制有功功率实现电压调节，不具有灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流储能功率-电压调节方法，该方法采用自适应有功-电压下垂控制，减少储能电压调节范围。
本发明采取如下技术方案来实现的：
一种直流储能功率-电压调节方法，包括以下步骤：
1)在直流储能换流器中采用直流储能有功-电压控制，得到输出误差信号e表达式；
2)定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节为负，功率由直流侧向交流侧传输，储能换流器工作于逆变状态；
3)定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节为正，功率由交流侧向直流侧传输，储能换流器工作于整流状态；
4)根据步骤2)储能换流器工作于逆变状态、步骤3)储能换流器工作于整流状态及步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程，建立直流储能有功-电压下垂控制方程；
5)对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为正，建立自适应下垂系数Dm1；
6)对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为负，建立自适应下垂系数Dm2；
7)将步骤5)得到的自适应下垂系数Dm1，步骤6)得到的自适应下垂系数Dm2共同组成自适应下垂系数Dm；
8)将步骤7)得到的自适应下垂系数Dm引入步骤4)直流储能有功-电压下垂控制方程中，得到自适应下垂控制数学表达式。
本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：在直流储能换流器中采用直流储能有功-电压控制，得到输出误差信号e表达式：
其中：Udc和U* dc是直流储能换流器直流侧电压实际值和参考值；P和P*是直流储能换流器的交流侧有功功率实际值和参考值；D是直流储能换流器的下垂系数；e是下垂控制输出误差信号；有功功率与直流电源输出电压成正比关系，可以通过直流电源输出电压Udc静差调节来参与到直流储能有功功率输出调节控制中。
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节P*-P为负，功率由直流侧向交流侧传输，储能换流器工作于逆变状态。
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节P*-P为正，功率由交流侧向直流侧传输，储能换流器工作于整流状态。
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤2)储能换流器工作于逆变状态、步骤3)储能换流器工作于整流状态及步骤1)输出误差信号e表达式，下垂控制输出输出误差信号e＝0，建立直流储能有功-电压下垂控制方程：
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为正，建立自适应下垂系数Dm1：
式中：ΔP为实时功率与目标功率差值；ΔUdc为直流电压参考值与实际值差值。
本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为负，建立自适应下垂系数Dm2：
本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：将将步骤5)得到的自适应下垂系数Dm1，步骤6)得到的自适应下垂系数Dm2共同组成自适应下垂系数Dm：
当ΔUdc＞0，即调节电压为正时，分子系数选择Umax-Udc；当ΔUdc＜0，即调节电压为负时，选择Umin-Udc。
本发明进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明提出一种自适应有功-电压下垂控制方案，可以实现电压精准调节。
2.本发明所提直流储能电压调节方法，可以有效减少储能电压调节范围。
附图说明
图1为直流储能下垂控制结构框图；
图2为直流储能有功-电压下垂控制曲线；
图3为直流储能有功-电压自适应下垂控制曲线对比图。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，直流储能不同于交流储能，只有有功功率输出，无需考虑无功功率和频率、相角等电气量，在直流储能换流器中采用直流储能有功-电压控制，输出误差信号e可表示为：
式(1)中：Udc和U* dc是直流储能换流器直流侧电压实际值和参考值；P和P*是直流储能换流器的交流侧有功功率实际值和参考值；D是直流储能换流器的下垂系数；e是下垂控制输出误差信号。
由公式(1)可知，有功功率与直流电源输出电压成正比关系，可以通过直流电源输出电压Udc静差调节来参与到直流储能有功功率输出调节控制中。
如图2所示，Udcmax和Udcmin分别是储能换流器直流电压阈值上限和下限；Pmax和P-max分别是储能换流器有功功率最大值；阴影部分代表下垂控制工作区域。当功率调节为负，功率由直流侧向交流侧传输，储能换流器工作于逆变状态，当功率调节为正，功率由交流侧向直流侧传输，储能换流器工作于整流状态。直流有功电压下垂控制本质为通过有功功率调节实现直流电压静差调节，稳态情况下，下垂控制输出输出误差信号e＝0，则式(1)可转换为：
如图3所示，传统直流储能有功电压下垂控制中下垂系数D是定值，无法做到同时考虑电压控制效果和功率分配特性，存在直流电压偏差大、功率分配特性差等缺点。本发明提出一种自适应下垂控制方案，根据电压偏差自动调节下垂系数，自适应下垂系数可表示为：
式(3)中：Dm为自适应下垂系数；ΔP为实时功率与目标功率差值；ΔUdc为直流电压参考值与实际值差值。当ΔUdc＞0，即调节电压为正时，分子系数选择Umax-Udc；当ΔUdc＜0，即调节电压为负时，选择Umin-Udc。
储能换流器工作于逆变状态，当功率调节量为ΔP1，传统下垂控制和自适应下垂控制电压调节量分别为ΔU1dc、ΔU1mdc，且ΔU1dc＞ΔU1mdc；储能换流器工作于整流状态，当功率调节量为ΔP2，传统下垂控制和自适应下垂控制电压调节量分别为ΔU2dc、ΔU2mdc，且ΔU2dc＞ΔU2mdc。当面对同样有功波动，采用本发明所提的自适应下垂控制电压调节范围更小，***影响更少。同理面对同样直流电压调节量的时候，采用本发明所提的自适应下垂控制功率调节范围更小。
将本发明所提的自适应下垂系数应用于直流储能有功-电压下垂控制中，自适应下垂控制数学表达式为：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种直流储能功率-电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在直流储能换流器中采用直流储能有功-电压控制，得到输出误差信号e表达式：
其中：Udc和U* dc是直流储能换流器直流侧电压实际值和参考值；P和P*是直流储能换流器的交流侧有功功率实际值和参考值；D是直流储能换流器的下垂系数；e是下垂控制输出误差信号；有功功率与直流电源输出电压成正比关系，可以通过直流电源输出电压Udc静差调节来参与到直流储能有功功率输出调节控制中；
2)定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节P*-P为负，功率由直流侧向交流侧传输，储能换流器工作于逆变状态；
3)定义步骤1)直流储能换流器输出有功功率方程中功率调节P*-P为正，功率由交流侧向直流侧传输，储能换流器工作于整流状态；
4)根据步骤2)储能换流器工作于逆变状态、步骤3)储能换流器工作于整流状态及步骤1)输出误差信号e表达式，下垂控制输出输出误差信号e＝0，建立直流储能有功-电压下垂控制方程：
5)对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为正，建立自适应下垂系数Dm1：
式中：ΔP为实时功率与目标功率差值；ΔUdc为直流电压参考值与实际值差值；
6)对步骤4)得到的直流储能有功-电压下垂控制方程中下垂系数进行改进，当调节电压为负，建立自适应下垂系数Dm2：
7)将步骤5)得到的自适应下垂系数Dm1，步骤6)得到的自适应下垂系数Dm2共同组成自适应下垂系数Dm；
8)将步骤7)得到的自适应下垂系数Dm引入步骤4)直流储能有功-电压下垂控制方程中，得到自适应下垂控制数学表达式。
2.根据权利要求1所述的一种直流储能功率-电压调节方法，其特征在于，步骤7)的具体实现方法为：将步骤5)得到的自适应下垂系数Dm1，步骤6)得到的自适应下垂系数Dm2共同组成自适应下垂系数Dm：
当ΔUdc＞0，即调节电压为正时，下标系数选择Udcmax-Udc；当ΔUdc＜0，即调节电压为负时，选择Udcmin-Udc。
3.根据权利要求2所述的一种直流储能功率-电压调节方法，其特征在于，步骤8)的具体实现方法为：
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