基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法与流程

本发明涉及风储并网发电，特别是涉及一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法。

背景技术：

1、绿色低碳、环境友好的可持续能源发展道路正在我国加速推进，聚焦大规模高比例可再生能源发电技术、推动氢能与可再生能源融合发展，将是助力实现碳达峰、碳中和目标的重要举措。另外，新能源高比例接入电网后，系统因惯量减小导致频率动态稳定性受到严重威胁，因此，如果可以合理利用氢储系统资源，从中挖掘更多的惯量来源，将成为提升系统安全稳定运行水平的有效手段。综上，合理量化氢储能系统的可供惯量，根据电网需求制定氢储能系统参与频率响应的控制策略，获得有效的惯量支撑效果是提升系统运行安全性的关键。因此，设计一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法是十分有必要的。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供了一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法，包括：

4、根据储氢系统的实际工作特性，计算储氢罐内部的实时压力；

5、根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力及虚拟同步机的旋转动能转换关系，计算储氢系统的虚拟惯量；

6、设置风电机组与储氢系统的功率分配模式；

7、基于储氢系统的虚拟惯量获取储氢系统压力调控值；

8、根据功率分配模式及储氢系统压力调控值对风储并网发电系统进行调控。

9、优选地，根据储氢系统的实际工作特性，计算储氢罐内部的实时压力，具体为：

10、根据储氢系统的实际工作特性，将储氢罐内的实时压力表示为：

11、

12、式中，p0为储氢罐初始压力，tst为储氢罐工作温度，vst为储氢罐的体积，μh为氢气摩尔质量，v(t)为制氢速率，r为气体常数。

13、优选地，根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力及虚拟同步机的旋转动能转换关系，计算储氢系统的虚拟惯量，具体为：

14、根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力，将储氢系统中存储的能量eh表示为：

15、

16、式中，lh2为氢气的低位热值；

17、建立储氢系统中存储的能量eh与虚拟同步机的旋转动能evg的转化关系式，为：

18、

19、式中，f是风储并网发电系统频率，p是同步电机极对数，ω是同步机机械角速度，jv是虚拟惯量，转换得到jv为：

20、

21、式中，δp为储氢罐压力变化量，δf为频率变化量，将系统频率变化近似认定为0，得到储氢系统虚拟惯量系数av为：

22、

23、式中，fn为额定频率50hz。

24、优选地，设置风电机组与储氢系统的功率分配模式，具体为：

25、引入风储并网发电系统的实时频率变化量δf及储氢系统的压力值p，设置四种功率分配模式，分别为：

26、第一种模式，若δf≥0且p≥90％pn，则储氢系统停止运行，且风电机组转为减载运行，其中，pn为储氢罐的额定压力值；

27、第二种模式，若δf≥0且10％pn<p<90％pn，则根据风储并网发电系统所需虚拟惯量的大小对这一时刻的储氢系统的压力值进行调控，通过电解槽制氢的方式吸收风储并网发电系统的多余能量；

28、第三种模式，若δf<0且p≤10％pn，则储氢系统停止运行，且风储并网发电系统的惯量响应缺额全部由风电机组提供；

29、第四种模式，若δf<0且10％pn<p<90％pn，则根据风储并网发电系统所需虚拟惯量的大小对这一时刻的储氢系统的压力值进行调控，通过燃料电池耗氢的方式释放储氢罐中能量。

30、优选地，基于储氢系统的虚拟惯量获取储氢系统压力调控值，具体为：

31、令风储并网发电系统惯量响应功率与等容量同步发电机相同，即：

32、

33、式中，hs为同步发电机的惯性时间常数，为储氢系统施加虚拟惯量控制得到其响应功率为δph，风电机组则负责响应剩余功率δpf，即：

34、

35、最终，得到储氢系统压力调控值为：

36、

37、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

38、本发明提供了一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法，该方法包括根据储氢系统的实际工作特性，计算储氢罐内部的实时压力，根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力及虚拟同步机的旋转动能转换关系，计算储氢系统的虚拟惯量，设置风电机组与储氢系统的功率分配模式，基于储氢系统的虚拟惯量获取储氢系统压力调控值，根据功率分配模式及储氢系统压力调控值对风储并网发电系统进行调控。本发明将储氢系统中的静止能量等效为转子动能，可以根据所需虚拟惯量的大小对储氢压力进行直接调控，从而有效发挥氢储系统的惯量支撑潜力，提升了系统在能量调用时的准确性和灵活性；另外，本发明在充分考虑了并网发电系统的频率变化与储氢系统的压力状态的基础上，设置了四种工作模式，使风储发电系统能够在各个运行状态下全面实现友好并网。

技术特征：

1.一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法，其特征包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据储氢系统的实际工作特性，计算储氢罐内部的实时压力，具体为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力及虚拟同步机的旋转动能转换关系，计算储氢系统的虚拟惯量，具体为：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，设置风电机组与储氢系统的功率分配模式，具体为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于储氢系统的虚拟惯量获取储氢系统压力调控值，具体为：

技术总结
本发明提供了一种基于储氢压力调控的风储并网发电的虚拟惯量控制方法，包括：根据储氢系统的实际工作特性，计算储氢罐内部的实时压力，根据储氢系统的储氢罐内部的实时压力及虚拟同步机的旋转动能转换关系，计算储氢系统的虚拟惯量，设置风电机组与储氢系统的功率分配模式，基于储氢系统的虚拟惯量获取储氢系统压力调控值，根据功率分配模式及储氢系统压力调控值对风储并网发电系统进行调控。本发明能够提高风储并网发电系统在能量调用时的准确性和灵活性，便于使用。

技术研发人员：冯智慧,张中丹,白望望,吕金历,崔炎,王涛,蔡萍,陈博洋,张耀忠
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5