适用于双向储能设备的双象限频率特性分析方法
发布时间：2021-09-23 13:50
电网频率特性是电力系统运行机理分析和控制策略研究的基础,主要研究微电网中涉及双向储能设备的频率特性分析问题。首先,对变流器的功频特性和调频原理进行总结和分析。在此基础之上,针对传统频率特性分析法存在的参考值问题、单电源问题和单维度问题,提出双象限频率特性（dual quadrant frequency characteristic,DQFC）分析方法。该方法构建统一的功率参考体系,不但能实现传统分析方法的功能,而且可对双向储能设备和复杂多电源系统的一次调频、二次调频机理进行定性和定量分析。该多电源系统可由发电机组、无穷大电网、实际电网和多种控制策略下发电机模式/电动机模式运行的双向储能设备组合而成。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证DQFC分析方法的正确性和可行性。
【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
传统频率特性分析方法
采用上述基本思路，提出DQFC分析方法，其基本图解见图2。如未特别指出，本文出现的电源默认采用下垂控制。负荷吸收功率，故其频率特性位于第Ⅰ象限，对应的功率值为正。电源发出功率，故其频率特性位于第Ⅱ象限，对应的功率值为负。图2中直线LG和LL0分别为发电设备的频率特性和总负荷的初状态的频率特性。直线o与纵轴、LG和LL0的交点分别为点x、a和b，有线段ax和bx等长，即PG0=PL0，满足式（1）的功率平衡关系。因此初始状态下，系统的运行线为直线o。点x处的坐标为fN，系统在额定频率fN下运行。分析当总负荷增加ΔPL0后，稳态运行线的变化：负荷增加后，负荷的频率特性将向右移动而变为图2中的直线LL1，在此情况下，若系统仍保持额定频率不变，则负荷吸收的功率将由PL0增加到PL0+ΔPL0，即相当于直线LL1上的c点（对应于图1中的a点）。但实际上，由于负荷增加破坏了原有的功率平衡，在发电设备和负荷的调频作用下，频率将下降至新的平衡值f1，运行线为图2中的直线o′，有线段dy与ey等长，即达到PG1=PL1的新功率平衡。下面分析发电机组调频的具体过程。当总负荷增加后，起初由于发电机组的惯性，转速不能突然变化，系统频率和系统发出的功率暂时保持不变，使发电机组的输出功率小于负荷的功率，造成能量的缺额。这一缺额只能由发电机组将储存的动能释放，于是机组转速开始降低。由于发电机组转速降低，在调速系统的作用下，进气阀和进水阀开度增大，原动机的机械功率增加，进而发电机的输出功率也随之增加。同时，电力系统中的负荷随频率的变化按照自身的调频特性进行调节，一般而言在负荷突增导致频率下降后，负荷会减少吸收的功率。随着这2个过程的进行，系统将达到新的平衡。
针对发电机组，其分析与图2所示的单电源系统DQFC分析类似。区别在于，由于有多个电源，在频率轴左侧有多个电源的频率特性。下面以2个频率特性不同的发电机组为例进行说明，如图3所示。直线LG1和LG2分别为发电机组1和发电机组2的频率特性，初始稳态下标用0表示，调频后的稳态下标用1表示。由运行线o对应的初平衡状态得：
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化分布式储能的关键应用技术研究综述[J]. 李建林,马会萌,袁晓冬,王展,葛乐. 电网技术. 2017(10)
[2]微电网三相四柱组合式双向变流器双模式控制[J]. 刘钊,孙新程,谭迪,吉小鹏,叶曙光,黄向奔. 电网技术. 2017(12)
[3]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]电动汽车与电网能量交互的双向变流器拓扑研究[J]. 鲍谚,姜久春,张宏韬,牛利勇,张维戈. 中国电机工程学报. 2012(31)
[5]低压微网控制策略研究[J]. 王成山,高菲,李鹏,黄碧斌,丁承第,于浩. 中国电机工程学报. 2012(25)
[6]应用于微电网的储能及其控制技术[J]. 唐西胜,齐智平. 太阳能学报. 2012(03)
[7]改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制策略[J]. 刘和平,刘平,胡银全,付强. 电工技术学报. 2012(02)
硕士论文
[1]储能双向变流器的研制及其控制策略研究[D]. 张磊.安徽大学 2016
[2]双向储能逆变器控制及切换策略研究[D]. 戴梅芝.电子科技大学 2014
[3]基于双向变流器技术的蓄电池充放电装置的研究[D]. 杨孝志.合肥工业大学 2004
本文编号：3405819
【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
传统频率特性分析方法
采用上述基本思路，提出DQFC分析方法，其基本图解见图2。如未特别指出，本文出现的电源默认采用下垂控制。负荷吸收功率，故其频率特性位于第Ⅰ象限，对应的功率值为正。电源发出功率，故其频率特性位于第Ⅱ象限，对应的功率值为负。图2中直线LG和LL0分别为发电设备的频率特性和总负荷的初状态的频率特性。直线o与纵轴、LG和LL0的交点分别为点x、a和b，有线段ax和bx等长，即PG0=PL0，满足式（1）的功率平衡关系。因此初始状态下，系统的运行线为直线o。点x处的坐标为fN，系统在额定频率fN下运行。分析当总负荷增加ΔPL0后，稳态运行线的变化：负荷增加后，负荷的频率特性将向右移动而变为图2中的直线LL1，在此情况下，若系统仍保持额定频率不变，则负荷吸收的功率将由PL0增加到PL0+ΔPL0，即相当于直线LL1上的c点（对应于图1中的a点）。但实际上，由于负荷增加破坏了原有的功率平衡，在发电设备和负荷的调频作用下，频率将下降至新的平衡值f1，运行线为图2中的直线o′，有线段dy与ey等长，即达到PG1=PL1的新功率平衡。下面分析发电机组调频的具体过程。当总负荷增加后，起初由于发电机组的惯性，转速不能突然变化，系统频率和系统发出的功率暂时保持不变，使发电机组的输出功率小于负荷的功率，造成能量的缺额。这一缺额只能由发电机组将储存的动能释放，于是机组转速开始降低。由于发电机组转速降低，在调速系统的作用下，进气阀和进水阀开度增大，原动机的机械功率增加，进而发电机的输出功率也随之增加。同时，电力系统中的负荷随频率的变化按照自身的调频特性进行调节，一般而言在负荷突增导致频率下降后，负荷会减少吸收的功率。随着这2个过程的进行，系统将达到新的平衡。
针对发电机组，其分析与图2所示的单电源系统DQFC分析类似。区别在于，由于有多个电源，在频率轴左侧有多个电源的频率特性。下面以2个频率特性不同的发电机组为例进行说明，如图3所示。直线LG1和LG2分别为发电机组1和发电机组2的频率特性，初始稳态下标用0表示，调频后的稳态下标用1表示。由运行线o对应的初平衡状态得：
【参考文献】：
期刊论文
[1]规模化分布式储能的关键应用技术研究综述[J]. 李建林,马会萌,袁晓冬,王展,葛乐. 电网技术. 2017(10)
[2]微电网三相四柱组合式双向变流器双模式控制[J]. 刘钊,孙新程,谭迪,吉小鹏,叶曙光,黄向奔. 电网技术. 2017(12)
[3]虚拟同步机与自主电力系统[J]. 钟庆昌. 中国电机工程学报. 2017(02)
[4]电动汽车与电网能量交互的双向变流器拓扑研究[J]. 鲍谚,姜久春,张宏韬,牛利勇,张维戈. 中国电机工程学报. 2012(31)
[5]低压微网控制策略研究[J]. 王成山,高菲,李鹏,黄碧斌,丁承第,于浩. 中国电机工程学报. 2012(25)
[6]应用于微电网的储能及其控制技术[J]. 唐西胜,齐智平. 太阳能学报. 2012(03)
[7]改善电动汽车动力性能的双向Z源逆变器控制策略[J]. 刘和平,刘平,胡银全,付强. 电工技术学报. 2012(02)
硕士论文
[1]储能双向变流器的研制及其控制策略研究[D]. 张磊.安徽大学 2016
[2]双向储能逆变器控制及切换策略研究[D]. 戴梅芝.电子科技大学 2014
[3]基于双向变流器技术的蓄电池充放电装置的研究[D]. 杨孝志.合肥工业大学 2004
本文编号：3405819
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