本發(fā)明涉及變流器并網(wǎng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，新能源發(fā)電如風(fēng)能、太陽能等得到了迅速發(fā)展。然而，由于新能源發(fā)電固有的間歇性和波動(dòng)性，電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨前所未有的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，大容量儲能技術(shù)成為保障電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要手段，其中，級聯(lián)儲能技術(shù)因其在單機(jī)大容量和中高壓直掛等方面的優(yōu)勢，逐漸成為大容量儲能應(yīng)用的主流選擇。級聯(lián)儲能變流器通過采用電壓源型控制為電網(wǎng)主動(dòng)提供電壓支持，是未來提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的潛力方案。

2、短路比(shortcircuit?ratio，簡稱scr)是新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中的重要技術(shù)指標(biāo)，用于描述系統(tǒng)短路時(shí)的電流與額定電流之比。具體定義為，在新能源電源側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)短路電流與額定電流的比值。這個(gè)指標(biāo)反映了新能源電源對電網(wǎng)短路電流的響應(yīng)能力，以及電源在短路情況下的承受能力。在并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，準(zhǔn)確理解并掌握短路比具有十分重要的意義。短路比的物理意義在于衡量系統(tǒng)能夠承受的電流大小能力以及穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的范圍，因此能夠用來預(yù)測和分析電網(wǎng)在不同短路條件下的表現(xiàn)，為后續(xù)的設(shè)備選擇與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支撐。

3、本發(fā)明所述多電網(wǎng)條件，就是指電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行于不同短路比條件下的實(shí)際場景。為了確保級聯(lián)儲能變流器能夠適應(yīng)電網(wǎng)系統(tǒng)的短路比變化并保持持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，需要級聯(lián)儲能變流器具備跟隨調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的能力。

4、目前常用的電壓源型控制為虛擬同步機(jī)(vsg)控制策略，是通過模擬傳統(tǒng)同步機(jī)的慣性和阻尼特性實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的支持和穩(wěn)定；但是，此類技術(shù)在面對多電網(wǎng)條件下的實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍存在不足。由于現(xiàn)有的慣性和阻尼參數(shù)設(shè)計(jì)方法往往未能充分考慮電網(wǎng)的具體運(yùn)行條件和變流器的穩(wěn)定裕度。在面對不同電網(wǎng)條件下的波動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有方法的適應(yīng)性有限，可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。此外，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法未能充分優(yōu)化級聯(lián)儲能變流器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，導(dǎo)致變流器在響應(yīng)速度和精度方面難以達(dá)到最佳效果，其動(dòng)態(tài)性能仍有較大改進(jìn)空間。針對上述問題，雖然很多研究機(jī)構(gòu)都給予足夠關(guān)注，但目前尚未見到有效解決方案的公開報(bào)道。

5、因此，需要提出一種全新解決方案，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)電壓源型級聯(lián)儲能變流器的慣性和阻尼參數(shù)，使級聯(lián)儲能變流器能夠更加穩(wěn)定地支持多電網(wǎng)條件下的電網(wǎng)運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

3、提供一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化方法，包括以下步驟：

4、(1)并網(wǎng)系統(tǒng)建模

5、根據(jù)基爾霍夫定律和小信號建立變流器并網(wǎng)系統(tǒng)模型，推導(dǎo)得到并網(wǎng)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，作為分析傳遞特性和階躍響應(yīng)的系統(tǒng)模型；

6、(2)慣性參數(shù)優(yōu)化

7、利用傳遞函數(shù)繪制并網(wǎng)系統(tǒng)的根軌跡圖，在其中繪制等阻尼線，記錄根軌跡與等阻尼線交點(diǎn)所對應(yīng)的慣性系數(shù)；然后根據(jù)該慣性系數(shù)和步驟(1)中的系統(tǒng)模型繪制伯德圖，并基于并網(wǎng)系統(tǒng)的相位裕度要求來確認(rèn)最優(yōu)選慣性系數(shù)；

8、(3)阻尼參數(shù)優(yōu)化

9、結(jié)合系統(tǒng)模型和最優(yōu)選慣性系數(shù)，繪制不同阻尼系數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線；通過分析各階躍響應(yīng)曲線并結(jié)合變流器的動(dòng)態(tài)特性要求，獲取并網(wǎng)系統(tǒng)在滿足響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)量要求時(shí)的最大阻尼系數(shù)，將其作為最佳阻尼系數(shù)；

10、(4)多電網(wǎng)條件下的參數(shù)設(shè)計(jì)

11、設(shè)定短路比調(diào)節(jié)步長，確定逐步增大至最大短路比的多個(gè)短路比條件；然后在各短路比條件下，重復(fù)執(zhí)行步驟(1)至(3)的操作內(nèi)容，獲得不同電網(wǎng)強(qiáng)度條件下的最優(yōu)選慣性系數(shù)和最佳阻尼系數(shù)，并構(gòu)建控制參數(shù)庫；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行線性插值擬合，得到不同短路比條件下的慣性系數(shù)優(yōu)化參數(shù)曲線和阻尼優(yōu)化參數(shù)曲線。

12、本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化控制方法，是在前述方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用優(yōu)化后的控制參數(shù)控制級聯(lián)儲能變流器；具體包括：在變流器并網(wǎng)過程中，根據(jù)系統(tǒng)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)scr值選擇對應(yīng)的慣性系數(shù)優(yōu)化參數(shù)曲線和阻尼優(yōu)化參數(shù)曲線；然后使用各曲線對應(yīng)的控制參數(shù)控制級聯(lián)儲能變流器的運(yùn)行，從而使并網(wǎng)系統(tǒng)在各種電網(wǎng)條件下均能保持穩(wěn)定性和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

13、本發(fā)明還提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)慣性阻尼優(yōu)化控制的高壓直掛級聯(lián)儲能系統(tǒng)，所述級聯(lián)儲能系統(tǒng)具有三相星型結(jié)構(gòu)，每一相均由濾波電抗器lf和n個(gè)儲能模塊串聯(lián)組成；各儲能模塊的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次布置的h橋、濾波電路，以及作為儲能電源的串聯(lián)電池簇；該儲能系統(tǒng)的控制器模塊包括處理器和計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上存儲有計(jì)算機(jī)程序；該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)如前所述的優(yōu)化方法或控制方法。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

15、(1)本發(fā)明通過傳遞特性和階躍響應(yīng)特性優(yōu)化慣性和阻尼參數(shù)，可有效提升級聯(lián)儲能變流器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保變流器電壓源支撐可靠性。

16、(2)本發(fā)明通過建立涵蓋多種電網(wǎng)強(qiáng)度的優(yōu)化參數(shù)庫和優(yōu)化參數(shù)曲線，簡化系統(tǒng)的配置和調(diào)試過程，降低參數(shù)整定的復(fù)雜性和時(shí)間需求，有效增強(qiáng)系統(tǒng)在不同電網(wǎng)運(yùn)行條件下的適應(yīng)性。

技術(shù)特征：

1.一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，系統(tǒng)建模時(shí)使用的參數(shù)包括電網(wǎng)參數(shù)、變流器參數(shù)和控制參數(shù)；其中，電網(wǎng)參數(shù)包括短路比、電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)角頻率；變流器參數(shù)包括額定功率和額定輸出電壓；控制參數(shù)則包括慣性系數(shù)和阻尼系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的傳遞函數(shù)具體如下所示：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中繪制階躍響應(yīng)曲線時(shí)，先設(shè)定阻尼調(diào)節(jié)步長，將阻尼系數(shù)從最小阻尼系數(shù)逐步增加至最大阻尼系數(shù)；在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合最優(yōu)選慣性系數(shù)，分別繪制每個(gè)阻尼參數(shù)下的階躍響應(yīng)曲線。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述級聯(lián)儲能變流器采用星型級聯(lián)h橋結(jié)構(gòu)，具備高壓直掛的能力。

7.一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化控制方法，其特征在于，是在權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)中所述方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用優(yōu)化后的控制參數(shù)控制級聯(lián)儲能變流器；具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該控制方法是采用虛擬同步機(jī)控制策略作為電壓源型控制，具備模擬傳統(tǒng)同步機(jī)的慣性和阻尼特性的能力。

9.一種能夠?qū)崿F(xiàn)慣性阻尼優(yōu)化控制的高壓直掛級聯(lián)儲能系統(tǒng)，其特征在于，所述級聯(lián)儲能系統(tǒng)具有三相星型結(jié)構(gòu)，每一相均由濾波電抗器lf和n個(gè)儲能模塊串聯(lián)組成；各儲能模塊的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次布置的h橋、濾波電路，以及作為儲能電源的串聯(lián)電池簇；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及變流器并網(wǎng)控制技術(shù)，旨在提供一種適應(yīng)多電網(wǎng)條件的級聯(lián)儲能變流器慣性阻尼優(yōu)化方法。包括：并網(wǎng)系統(tǒng)建模、慣性參數(shù)優(yōu)化、阻尼參數(shù)優(yōu)化和多電網(wǎng)條件下的參數(shù)設(shè)計(jì)這幾個(gè)主要步驟。本發(fā)明通過傳遞特性和階躍響應(yīng)特性優(yōu)化慣性和阻尼參數(shù)，可有效提升級聯(lián)儲能變流器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保變流器電壓源支撐可靠性；通過建立涵蓋多種電網(wǎng)強(qiáng)度的優(yōu)化參數(shù)庫和優(yōu)化參數(shù)曲線，簡化系統(tǒng)的配置和調(diào)試過程，降低參數(shù)整定的復(fù)雜性和時(shí)間需求，有效增強(qiáng)系統(tǒng)在不同電網(wǎng)運(yùn)行條件下的適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡文斌,呂海霞,王淵,李曄,宋凱洋,楊帥,白偉,董國靜,劉向龍,陳雅婷,馬瀟婷,張宇辰,陳俊杰,朱波,王芳,朱冠南,華凱文,陳敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19