摘要: 对储能系统提高系统低频振荡稳定的机理进行研究。将阻尼转矩分析(DTA) 方法扩展至包含储能元件的复杂多机系统,研究了储能元件阻尼转矩的产生、传递、分配及影响模态阻尼的机理,在此基础上提出了基于DTA 的储能系统安装定位、附加稳定控制通道选择及稳定器参数配置的整定方法。计算结果和仿真表明,通过DTA 方法能正确揭示储能系统抑制低频振荡的机理,同时也验证了储能系统整定方法的可行性。*后给出了该方法在实际大规模电网中应用的实例。

      关键词: 低频振荡; 阻尼转矩法; 储能系统; 阻尼

      0 　引言

      电力系统中装设储能系统( ESS) 是可再生能源大规模利用的必备条件。ESS 的相关应用研究在国际上正在逐渐展开 。ESS 可以对有功和无功同时进行调节,从而增强电力系统小干扰稳定性,国内外对此也开展了研究工作 。文献中对各种ESS 对系统稳定性的影响开展了研究,仿真和现场试验结果表明ESS 能够向系统提供正阻尼,可以有效改善电力系统稳定性。文献对于ESS 抑制电力系统低频振荡的机理进行了初步探讨,但都没有对ESS 参数整定提出可行方法。本文围绕机理和整定方法展开研究。

      基于经典控制理论的阻尼转矩分析(DTA) 方法是建立在发电机转子运动所获得的阻尼转矩这一实际概念上,物理意义清晰,已实际应用于电力系统稳定器( PSS) 抑制振荡机理的探索。本文应用DTA 方法研究储能装置抑制低频振荡的机理,在此基础上提出了基于DTA 的ESS 定位以及稳定器通道选择和参数配置的装置整定方法。

      1 　含有储能的统一线性化模型

      基于电压源逆变器的静止无功补偿器(STA TCOM) ,在直流侧采用电池作为储能元件构成电池储能系统( BESS ) , 组成STA TCOM/BESS[728 ] ,能与系统自由交换有功功率,其三相结构如图1 所示。

      在系统稳态过程中,储能系统电容电压保持不变,为V dcref 。在系统暂态过程中,如果电容电压降低(V dc < V dcref ) ,电池对电容充电,向系统注入有功功率;如果电容电压过高,则电池从系统吸收有功功率;两者相等,则电池与系统不发生有功功率的交换,此也为抑制低频振荡的物理解释。

      STA TCOM/ BESS 含有有功功率控制器和无功功率控制器。无功功率控制器控制电压幅值,有功功率控制器控制电压相角,在用于低频振荡抑制时,可分别在这2 个控制器上设计附加阻尼控制器。

      传递函数框图如图2 、图3 所示。

      附加阻尼控制器输出信号V vs和V ds ,如图2 和图3 所示,统称为控制信号V s 。阻尼控制器输入信号称为反馈信号y ,即本地信号,一般取为所装线路的功率偏差值。

      将储能系统方程线性化,并与全系统状态方程整合,通过网络代数方程的接口,可以得到全系统线性化方程:

      式中:δ为发电机功角;ω为转速; Z 为除了功角和转速之外的发电机状态变量,还包括储能装置自身的状态变量(不包括附加阻尼控制器的状态变量) ;B 为稳定器控制信号V s 到状态变量的传递函数。