最新成果|这项技术大幅提升新能源电网稳定性
发布时间:2022-03-07 10:12:51 点击率:429

河北省智能电网配用电技术创新中心依托单位为科林电气,致力于实现碳中和、碳达峰的目标,通过新兴数字化技术与传统电力技术深度融合,突破微电网安全稳定运行等关键技术,为中国电力系统的发展做出自己的贡献。


近期,河北省智能电网配用电技术创新中心、华北电力大学孟建辉教授与科林电气共同就如何在新型电力系统中减小光储发电对系统稳定性的影响方面进行研究,取得重大进展。

近年来,以光伏、风电为代表的新能源发电受到包括中国在内的世界各国的重视和推广,其中配合一定储能的分布式光储发电技术发展迅猛。与传统电力系统中占支配地位的同步发电机相比,光储系统的接入大多是基于电力电子变换器接口的,本身不存在有利于保持系统频率稳定的旋转惯性,大量接入下会影响到电力系统的动态响应及稳定性。

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图1 大规模可再生能源接入系统前后电网频率控制性能变化示意图

虚拟同步发电机控制技术是解决这一问题的有效途径之一,基于虚拟惯性控制的光储单元有助于提高光伏电源的渗透率和利用率,其虚拟惯性大小可控是一重要特征与优势。基于虚拟惯性控制的多个光储单元接入微电网的自律协同运行方法,有效利用光储系统中存储的能量对微电网系统提供灵活可控的惯性支持,以提高微电网的频率质量和稳定性。

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图2 分布式电源的虚拟同步发电机控制框图研究的拓扑结构

如图3所示。该系统中,拟接入的光储发电单元的渗透率超过50%,储能形式主要包括目前常用的蓄电池和超级电容两种,由光储系统构成的虚拟同步单元相互之间受系统集中控制器的调度,同步发电机G1用以负责系统频率和电压的调节,发电机G2工作在恒功率模式。 

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图3 含多类型光储虚拟惯性系统的电网系统拓扑结构

如图4所示,对比分析针对光储单元分别采用传统的最大功率控制、虚拟同步发电机控制(VSG)与灵活虚拟同步发电机控制(FVSG)下系统的频率响应特性,验证了VSG控制与FVSG控制在改善系统频率动态响应上的良好效果。

  (a) 突增负载下系统的频率响应对比            (b)负载突减下系统的频率响应对比

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图4 三种不同控制下负载变化时系统频率的响应特性针

对多类型光储虚拟惯性系统,提出的协同控制策略框图如图5所示,仿真波形如图6所示,其中系统中VSG1和VSG2配置的为蓄电池,超级电容器存在于VSG3单元中。


图5 协同控制策略整体结构 


图6 含储能的VSG单元之间的协同运行波形

超级电容器在扰动瞬间迅速增加虚拟惯量来增加有功出力,进而抑制系统中的高频扰动,在超级电容器恢复过程中,蓄电池能够缓慢增加出力使得低频扰动得以平抑,这样能够在一定程度上提高蓄电池和超级电容器的运行性能。VSG、FVSG及多VSG单元的协同控制方法可以使得光储单元具有一定的惯性支撑能力,对于提高新能源的渗透水平和电网稳定性具有重要意义。