大容量儲(chǔ)能對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響

程維杰，張仕鵬，任學(xué)哲

大容量儲(chǔ)能對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響

程維杰1，張仕鵬2，任學(xué)哲2

（1. 深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2. 中國能源建設(shè)集團(tuán) 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

隨著新能源裝機(jī)規(guī)模的日益擴(kuò)大，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行中的靈活調(diào)節(jié)，未來電網(wǎng)對儲(chǔ)能的需求也日益增加。儲(chǔ)能并網(wǎng)容量的增加對電力系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響顯著，尤其對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響值得關(guān)注。首先，分析了儲(chǔ)能數(shù)學(xué)模型，建立含大容量儲(chǔ)能的電力系統(tǒng)模型；以三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，采用特征值分析法研究了系統(tǒng)潮流改變、潮流不變兩種情況下不同儲(chǔ)能并網(wǎng)容量對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：系統(tǒng)潮流改變和潮流不變情況下，儲(chǔ)能滲透率增加對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響存在明顯差異。整體來看，儲(chǔ)能參與系統(tǒng)運(yùn)行方式協(xié)調(diào)控制更有利于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。此外，通過特征值分析，驗(yàn)證了虛擬慣量控制可一定程度上阻尼系統(tǒng)振蕩，改善系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性。

儲(chǔ)能并網(wǎng)；小干擾穩(wěn)定性；三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)；虛擬慣量

0 引言

隨著能源、環(huán)境問題的日益突出，大力發(fā)展新能源發(fā)電已成為各國的共識(shí)。據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年底，我國風(fēng)電、光伏裝機(jī)分別達(dá)2.81億kW、2.53億kW。圍繞“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)，未來電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例新能源接入電網(wǎng)新形態(tài)，其功率波動(dòng)性、間歇性將對電網(wǎng)運(yùn)行提出新挑戰(zhàn)。大容量儲(chǔ)能作為一種靈活調(diào)節(jié)電源的方法，成為解決未來電網(wǎng)運(yùn)行靈活性不足的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-5]。

儲(chǔ)能發(fā)電并沒有類似傳統(tǒng)發(fā)電單元的旋轉(zhuǎn)慣量，而是采用電力電子接口實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。隨著未來常規(guī)機(jī)組裝機(jī)規(guī)模下降，系統(tǒng)等效慣量的下降將會(huì)顯著影響其小干擾穩(wěn)定性。我國能源分布與負(fù)荷中心分布的特殊性導(dǎo)致大量的新能源發(fā)電需要通過遠(yuǎn)距離輸送至負(fù)荷中心。而已有研究表明：大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電是導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩問題的重要原因。在此背景下，研究大容量儲(chǔ)能接入究竟會(huì)對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性帶來怎樣的影響，是未來大規(guī)模應(yīng)用需重點(diǎn)關(guān)注的問題。

目前，國內(nèi)外已有較多文獻(xiàn)研究新能源發(fā)電并網(wǎng)對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性影響[6-9]，然而針對大容量儲(chǔ)能接入對小干擾穩(wěn)定影響的研究較少，主要關(guān)注點(diǎn)在于如何利用現(xiàn)有儲(chǔ)能抑制系統(tǒng)振蕩問題。文獻(xiàn)[10]主要研究儲(chǔ)能慣量模擬對于系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的作用，通過多方式下的暫態(tài)仿真分析驗(yàn)證其頻率響應(yīng)特性。文獻(xiàn)[11,12]則從儲(chǔ)能與STATCOM聯(lián)合運(yùn)行的角度研究其應(yīng)對系統(tǒng)大擾動(dòng)下的有功、無功響應(yīng)作用。文獻(xiàn)[13,14]針對高滲透率新能源電網(wǎng)中儲(chǔ)能接入對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性展開分析，其中文獻(xiàn)[14]根據(jù)EEAC理論提出儲(chǔ)能接入對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的量化評價(jià)方法，仿真驗(yàn)證儲(chǔ)能接入后可降低系統(tǒng)暫態(tài)故障后所需切機(jī)量，提升穩(wěn)定特性。上述文獻(xiàn)分別從不同角度研究儲(chǔ)能接入電網(wǎng)后對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，但并未從系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的角度開展頻域分析。為應(yīng)對未來高比例新能源場景帶來的大容量儲(chǔ)能需求，亟需研究儲(chǔ)能接入后對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響。

本文以三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，基于完整的儲(chǔ)能模型，研究了系統(tǒng)潮流不變、系統(tǒng)潮流改變兩種情況下儲(chǔ)能接入對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響。

1 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模

1.1 同步發(fā)電機(jī)組

通常，3階及以上同步發(fā)電機(jī)模型即可用于低頻振蕩的相關(guān)研究。本文采用的是同步電機(jī)4階模型，其動(dòng)態(tài)方程為：

為了提高系統(tǒng)基本運(yùn)行方式下的小干擾穩(wěn)定性，通常需要給同步發(fā)電機(jī)安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），主要包括增益環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、相角補(bǔ)償環(huán)節(jié)及限幅環(huán)節(jié)[15]，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示（本文的輸入信號(hào)選取為電磁功率偏差量）。

其傳遞函數(shù)為：

式中：PSS為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的增益；1～4為相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，其參數(shù)可以通過相角補(bǔ)償確定；w為隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。

綜上，考慮帶PSS的同步發(fā)電機(jī)組，將其動(dòng)態(tài)模型在平衡點(diǎn)處線性化，可以得到其小信號(hào)模型[15]：

1.2 儲(chǔ)能電站

如圖2所示，儲(chǔ)能電站的動(dòng)態(tài)模型主要包括PCS換流器、電池及其控制模型等[14,16,17]。小干擾穩(wěn)定研究的關(guān)注點(diǎn)是其換流器及控制模塊的動(dòng)態(tài)性能。

圖2 儲(chǔ)能控制模型示意圖

對于電池模型，從機(jī)電暫態(tài)時(shí)間尺度來看，可認(rèn)為其充放電特性為線性，電池電壓可由式（4）表達(dá)。

式中：DC為儲(chǔ)能電池電壓；max、min分別為儲(chǔ)能電池滿充、滿放狀態(tài)下的電壓；為其內(nèi)電阻；為電流。

對于并網(wǎng)型儲(chǔ)能來講，通過派克變換將三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并令s與軸保持同相，采用雙環(huán)控制策略實(shí)現(xiàn)有功、無功解耦控制[12]：

其有功、無功功率表達(dá)式為：

儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)控制模型可以由圖3表示，其中：p1、p2分別為內(nèi)環(huán)控制中軸、軸比例系數(shù)；i1、i2分別為內(nèi)環(huán)控制中軸、軸積分系數(shù)。

圖3 電流內(nèi)環(huán)控制模型

功率外環(huán)控制如圖4所示。其中，有功功率外環(huán)通過PI控制得到電流內(nèi)環(huán)的控制輸入，即有功電流參考值iref；無功功率外環(huán)通過PI控制得到無功電流參考值iref。s、sref分別為儲(chǔ)能有功功率實(shí)際值、參考值；s、sref分別為無功功率實(shí)際值、參考值。

圖4 功率外環(huán)控制模型

因此，可以建立儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)控制模型如下：

將以上儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)方程在平衡點(diǎn)處線性化[18]，可進(jìn)一步得到儲(chǔ)能并網(wǎng)系統(tǒng)的小信號(hào)模型：

2 小干擾分析方法

小干擾分析方法主要包括特征值分析法[19]、阻尼轉(zhuǎn)矩分析法[20]。本文主要采用特征值分析法來研究儲(chǔ)能并網(wǎng)對于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的影響。

電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可以由下列非線性微分代數(shù)方程組表征：

式中：為系統(tǒng)的狀態(tài)變量；為代數(shù)方程組中的輸出變量；為輸入變量。由于小干擾穩(wěn)定性研究了系統(tǒng)偏離初始運(yùn)行點(diǎn)附近的運(yùn)行穩(wěn)定性，為了便于分析，對式（9）進(jìn)行泰勒展開并忽略高階項(xiàng)，可以得到系統(tǒng)的線性化狀態(tài)方程組，如下式所示：

式中：為狀態(tài)矩陣；為輸入矩陣；為輸出矩陣；為前饋矩陣。對式（10）作拉氏變換，可知系統(tǒng)的極點(diǎn)滿足：

滿足式（11）的即為系統(tǒng)的極點(diǎn)。由李雅普洛夫第一法可知，為了保持系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定，需要保證矩陣的特征值為負(fù)實(shí)部，即復(fù)平面的左半平面。令矩陣的第對共軛特征值為λ=–±j，則該特征值對應(yīng)的振蕩模式阻尼比為：

在電力系統(tǒng)低頻振蕩分析中，通常認(rèn)為振蕩模式阻尼比大于5%是可以接受的初始平衡點(diǎn)[21]。對于呈弱阻尼特性的系統(tǒng)需要配置合適的PSS以提升其阻尼特性。

3 儲(chǔ)能接入對小干擾穩(wěn)定的影響

3.1 系統(tǒng)模型

本文在機(jī)電暫態(tài)仿真軟件PSSE中搭建含儲(chǔ)能的三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型（其參數(shù)參考文獻(xiàn)[22]），研究儲(chǔ)能接入對電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響。該系統(tǒng)單線圖如圖5所示，所采用儲(chǔ)能容量100 MVA，電流過載能力為1.1 p.u.。基本運(yùn)行方式下，系統(tǒng)包含3臺(tái)常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組，其中，G2為平衡機(jī)組，G1、G3的有功出力分別為100 MW、115 MW，系統(tǒng)總負(fù)荷為425 MW。每臺(tái)同步發(fā)電機(jī)均配置1型AVR、1型GOV。采用PSSE軟件小信號(hào)穩(wěn)定功能，得到基本運(yùn)行方式下3臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組未配置PSS、配置PSS 2種情況下系統(tǒng)的機(jī)電振蕩模式，如表1所示。

由表1可以看出，系統(tǒng)有2個(gè)機(jī)電振蕩模式，振蕩模式一表現(xiàn)為G1與G3、G3之間的相互搖擺，而模式二表現(xiàn)為G2與G3之間的相互搖擺。未配置PSS情況下，2個(gè)振蕩模式的阻尼比均較小，模式一阻尼比僅為2.52%，呈弱阻尼特性。在配置了PSS之后，振蕩模式的阻尼特性均得到了明顯提高。可見PSS在增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼特性、維持系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性方面起著重要作用。

圖5 含儲(chǔ)能電站的三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖

表1 系統(tǒng)振蕩模式

為了驗(yàn)證特征值分析法計(jì)算結(jié)果，采用時(shí)域仿真法在Bus6模擬三相瞬時(shí)接地短路故障。分別仿真基礎(chǔ)方式有無PSS情況下同步機(jī)組G3功率響應(yīng)，如圖6所示；并進(jìn)行Prony分析，結(jié)果如表2所示。可以看出，時(shí)域仿真結(jié)果與特征值分析法結(jié)果基本一致，PSS可有效提升系統(tǒng)阻尼。

圖6 G3機(jī)組有功功率響應(yīng)

表2 Prony分析結(jié)果

3.2 系統(tǒng)潮流不變

本文所研究算例中，儲(chǔ)能電站經(jīng)過變壓器接入母線10，逐步增加儲(chǔ)能發(fā)電有功出力，研究儲(chǔ)能滲透率增加對于低頻振蕩的影響。首先，在儲(chǔ)能滲透率增加過程中，為了保持功率平衡，需要協(xié)調(diào)控制同步發(fā)電機(jī)G3有功出力，以保持儲(chǔ)能接入后系統(tǒng)輸電功率潮流保持不變。表3、表4分別給出了儲(chǔ)能有功出力從20 MW增加至100 MW過程中低頻振蕩模式一、模式二的變化情況。

表3 模式一阻尼特性變化情況

表4 模式二阻尼特性變化情況

由表3、表4可知，在儲(chǔ)能并網(wǎng)容量增加并協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)潮流不變的情況下，模式一的振蕩頻率基本保持不變，阻尼比總體呈上升趨勢，但變化并不明顯。模式二的振蕩頻率呈下降趨勢，且阻尼比呈顯著上升趨勢。結(jié)果表明：在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)潮流不變的情況下，儲(chǔ)能滲透率的增加使得系統(tǒng)原有機(jī)電振蕩模式阻尼比總體呈上升趨勢，且模式二的變化更為明顯。另外，值得關(guān)注的是，儲(chǔ)能電站的接入并沒有產(chǎn)生新的振蕩模式，這說明儲(chǔ)能本身并未參與系統(tǒng)的低頻振蕩。儲(chǔ)能電站為零慣量單元，并沒有類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而其接入系統(tǒng)后并不會(huì)產(chǎn)生新的振蕩模式。

3.3 系統(tǒng)潮流改變

為了對比分析，本文繼續(xù)研究儲(chǔ)能并網(wǎng)后同步電機(jī)G3并未參與協(xié)調(diào)控制即系統(tǒng)潮流變化情況下，系統(tǒng)振蕩模式的變化情況。表5、表6分別給出了該方式下儲(chǔ)能并網(wǎng)容量增加過程中系統(tǒng)振蕩模式的變化情況。

表5 模式一阻尼特性變化情況

表6 模式二阻尼特性變化情況

由表5、表6可知，在系統(tǒng)潮流變化情況下，隨著儲(chǔ)能并網(wǎng)容量的增加，模式一、模式二的阻尼比均呈先減小后增大的趨勢，但總體變化均較小。對于模式一，隨著儲(chǔ)能并網(wǎng)容量增加，其振蕩頻率呈增大趨勢，而模式二呈減小趨勢。同樣，儲(chǔ)能的接入并未引入新的振蕩模式，不同之處在于：該情況下儲(chǔ)能并網(wǎng)對系統(tǒng)原有振蕩模式阻尼特性影響較小，這是由于儲(chǔ)能接入的同時(shí)引發(fā)系統(tǒng)潮流加重，儲(chǔ)能控制系統(tǒng)與系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響共同作用。

總體來看，儲(chǔ)能并網(wǎng)在系統(tǒng)潮流不變、潮流改變兩種情況下并未明顯惡化系統(tǒng)阻尼特性，這主要原因是儲(chǔ)能接入后系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量增加。對比來看，儲(chǔ)能參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制并保持系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線潮流功率不變更有利于系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定。

3.4 鎖相環(huán)影響

現(xiàn)有機(jī)電暫態(tài)仿真軟件中并未考慮鎖相環(huán)動(dòng)態(tài)模型，而是做了簡化處理，即認(rèn)為儲(chǔ)能始終跟蹤交流側(cè)電網(wǎng)相位。為了考慮這一影響，基于鎖相環(huán)基本原理，搭建其動(dòng)態(tài)模型，如圖7所示：

圖7 鎖相環(huán)控制框圖

圖中：p=1.5，i=10。基于該典型參數(shù)進(jìn)一步評估對于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響。以系統(tǒng)潮流改變方式為例，重新校核系統(tǒng)振蕩模式的變化情況，結(jié)果如表7、表8所示。可以看出，考慮鎖相環(huán)后，系統(tǒng)阻尼特性與不考慮鎖相環(huán)存在一定差異，整體阻尼特性較未考慮鎖相環(huán)情況下更弱，但阻尼比隨儲(chǔ)能出力變化趨勢基本一致。

表7 模式一阻尼特性變化情況

表8 模式二阻尼特性變化情況

3.5 附加阻尼控制的影響

由上述分析可知，儲(chǔ)能接入可能會(huì)對系統(tǒng)原有振蕩模式阻尼比產(chǎn)生影響。為了進(jìn)一步提供主動(dòng)支撐作用，借鑒新能源虛擬慣量支撐控制[21]，提出儲(chǔ)能參與系統(tǒng)一次調(diào)頻及慣量控制模型，如圖8所示，進(jìn)一步評估儲(chǔ)能接入對系統(tǒng)阻尼比的影響。表9、表10分別給出了該控制模式下儲(chǔ)能并網(wǎng)容量增加過程中（系統(tǒng)潮流改變）系統(tǒng)振蕩模式的變化情況。圖9仿真了儲(chǔ)能出力100 MW情況下，有無附加控制時(shí)Bus6發(fā)生三相瞬時(shí)接地短路故障G3有功功率響應(yīng)情況。可以看出，在采用附加控制的情況下，兩個(gè)振蕩模式阻尼比均呈上升趨勢，可以有效提升接入系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定特性。

圖8 附加頻率控制框圖

表9 模式一阻尼特性變化情況

表10 模式二阻尼特性變化情況

圖9 G3機(jī)組有功功率響應(yīng)

4 結(jié)論

本文以三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，研究了儲(chǔ)能并網(wǎng)對于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的影響，主要結(jié)論如下：

（1）大容量儲(chǔ)能沒有類似傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)單元，并不參與系統(tǒng)低頻振蕩，因此其接入后不會(huì)產(chǎn)生新的機(jī)電振蕩模式。

（2）在儲(chǔ)能參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，即保持系統(tǒng)潮流不變情況下，儲(chǔ)能并網(wǎng)容量的增加，模式一的振蕩頻率基本不變，阻尼比呈小幅上升趨勢，而模式二的振蕩頻率呈下降趨勢，阻尼比上升趨勢較為明顯。總體來看，對于系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性有所改善。

（3）在儲(chǔ)能不參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制并導(dǎo)致系統(tǒng)潮流變化的情況下，隨著儲(chǔ)能并網(wǎng)容量的增加，模式一、模式二阻尼比均呈先減小后增大趨勢，總體變化均不明顯。此過程中，模式一、模式二的振蕩頻率變化趨勢相反，前者逐步上升，后者逐步下降。

（4）在兩種情況下，儲(chǔ)能參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制更有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定。為了應(yīng)對儲(chǔ)能接入后可能帶來的影響，提出儲(chǔ)能虛擬慣量控制。小干擾分析結(jié)果表明，該方法可有效提升系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性。

總體來看，儲(chǔ)能并不參與系統(tǒng)的低頻振蕩，但隨著儲(chǔ)能并網(wǎng)容量的增加，系統(tǒng)原有振蕩模式阻尼比相應(yīng)會(huì)發(fā)生變化。因此在進(jìn)行儲(chǔ)能并網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)能接入后帶來的系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的變化，并對其功率控制進(jìn)行優(yōu)化。后續(xù)將重點(diǎn)圍繞鎖相環(huán)控制參數(shù)對系統(tǒng)振蕩模式影響開展研究。

[1] 楊波, 崔紅芬, 邱高, 等. 基于儲(chǔ)能系統(tǒng)控制的同步交直流系統(tǒng)穩(wěn)定性改善方法[J]. 可再生能源, 2020, 38(9): 1252-1257.

YANG BO, CUI HONGFEN, QIU GAO, et al. Improvement to synchronous interconnected AC/DC hybrid power system stability based on energy storage system[J]. Renewable Energy Resources, 2020, 38(9): 1252-1257(in Chinese).

[2] 賈學(xué)翠, 李相俊, 萬君, 等. 平抑電網(wǎng)大功率擾動(dòng)的規(guī)模化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)控制方法[J]. 電力建設(shè), 2020, 41(6): 69-76.

JIA XUECUI, LI XIANGJUN, WAN JUN, et al. Control method of large-scale battery energy storage system for suppressing the disturbance of power grid[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(6): 69-76(in Chinese).

[3] 李建林, 牛萌, 王上行, 等. 江蘇電網(wǎng)側(cè)百兆瓦級電池儲(chǔ)能電站運(yùn)行與控制分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2020, 44(2): 28-35.

LI JIANLIN, NIU MENG, WANG SHANGXING, et al. Operation and control analysis of 100 MW class battery energy storage station on grid side in Jiangsu power grid of China[J]. Automation of Electric Power System, 2020, 44(2): 28-35(in Chinese).

[4] 李昀昊, 王建學(xué), 曹曉宇, 等. 面向風(fēng)電場–儲(chǔ)能–輸電網(wǎng)聯(lián)合規(guī)劃的機(jī)會(huì)約束IGDT模型[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2019, 43(10): 3715-3724.

LI YUNHAO, WANG JIANXUE, CAO XIAOYU, et al. A Chance-constrained IGDT model for joint planning of wind farm, energy storage and transmission[J]. Power System Technology, 2019, 43(10): 3715-3724(in Chinese).

[5] 胡靜, 黃碧斌, 蔣莉萍, 等. 適應(yīng)電力市場環(huán)境下的電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用及關(guān)鍵問題[J]. 中國電力, 2020, 53(1): 100-107.

HU JING, HUANG BIBIN, JIANG LIPING, et al. Application and major issues of electrochemical energy storage under the environment of power market[J]. Electric Power, 2020, 53(1): 100-107(in Chinese).

[6] 周明, 元博, 張小平, 等. 基于SDE的含風(fēng)電電力系統(tǒng)隨機(jī)小干擾穩(wěn)定分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(10): 1575-1582.

ZHOU MING, YUAN BO, ZHANG XIAOPING, et al. Stochastic small signal stability analysis of wind power integrated power systems based on stochastic differential equations[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(10): 1575-1582(in Chinese).

[7] 李揚(yáng). 大規(guī)模風(fēng)電集中接入對電網(wǎng)小干擾穩(wěn)定性的影響研究[D]. 保定: 華北電力大學(xué), 2013.

LI YANG. The study of the influence of the large-scale integration of wind power generation on the small disturbance stability of power system[D]. Baoding: North China Electric Power University, 2013(in Chinese).

[8] 周林, 李懷花, 張林強(qiáng), 等. 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)小信號(hào)動(dòng)態(tài)建模及控制參數(shù)靈敏度分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(5): 1-5.

ZHOU LIN, LI HUAIHUA, ZHANG LINQIANG, et al. Small-signal dynamic modeling of grid-connected PV system and eigenvalue sensitivity analysis of the controller parameters[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(5): 1-5(in Chinese).

[9] 周一辰. 含大規(guī)模集中式光伏匯納的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分析與控制研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2018.

ZHOU YICHEN. Small signal stability analysis and control for power systems with large-scale concentrated solar photovoltaic plant[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2018(in Chinese).

[10] ALHEJAJ S M, GONZALEZ-LONGATT F M. Impact of inertia emulation control of grid-scale BESS on power system frequency response[C]//2016 International Conference for Students on Applied Engineering (ICSAE). Newcastle Upon Tyne, UK: IEEE, 2017: 254-258.

[11]張強(qiáng), 張新燕, 常喜強(qiáng), 等. BESS-STATCOM提高風(fēng)火打捆直流并網(wǎng)穩(wěn)定性[J]. 電力電容器與無功補(bǔ)償, 2016, 37(2): 16-21.

ZHANG QIANG, ZHANG XINYAN, CHANG XIQIANG, et al. Improvement of grid stability of wind-thermal bundled power system by BESS-STATCOM[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2016, 37(2): 16-21(in Chinese).

[12] SHARMA K K, GUPTA K. Stability analysis of hybrid power systems with BESS[J]. International Journal of Control Theory and Applications, 2016, 9(14): 6519-6529.

[13] 王皓懷, 湯涌, 侯俊賢, 等. 提高互聯(lián)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略及應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(2): 327-333.

WAMG HAOHUAI, TANG YONG, HOU JUNXIAN, et al. Grid-integration control strategy of large-scale battery energy storage system and its application to improve transient stability of interconnected power grid[J]. Power System Technology, 2013, 37(2): 327-333(in Chinese).

[14] 葉春, 陳旭海, 王金友, 等. 儲(chǔ)能系統(tǒng)對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的量化方法[J]. 電氣自動(dòng)化, 2020, 42(6): 89-91.

YE CHUN, CHEN XUHAI, WANG JINYOU, et al. Method for quantizing the impact of the energy storage system upon system transient stability[J]. Electrical Automation, 2020, 42(6): 89-91(in Chinese).

[15] ESLAMI M, SHAREEF H, MOHAMED A. Application of PSS and FACTS devices for intensification of power system stability[J]. International Review of Electrical Engineering, 2010, 5(2): 552-570.

[16] 劉文彬, 柳思岐, 楊子力, 等. 儲(chǔ)能對含高風(fēng)電滲透率系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響[J]. 水電能源科學(xué), 2019, 37(10): 199-203.

LIU WENBIN, LIU SIQI, YANG ZILI, et al. Effects of energy storage on transient stability of high proportion of wind energy grid-connected system[J]. Water resources and power, 2019, 37(10): 199-203(in Chinese).

[17] 謝毓廣, 江曉東. 儲(chǔ)能系統(tǒng)對含風(fēng)電的機(jī)組組合問題影響分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(5): 19-24.

XIE YUGUANG, CHIANG HSIAODONG. Impact of energy storage system on the unit commitment problem with volatile wind power[J]. Automation of electric power systems, 2011, 35(5): 19-24(in Chinese).

[18] SAUER P W, PAI M A. Power system dynamics and stability[M]. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1998: 221-277.

[19] 劉暢, 劉卉, 王克文. 特征值分析法在地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J]. 電測與儀表, 2012, 49(9): 43-46.

LIU CHANG, LIU HUI, WANG KEWEN. Application of eigenvalue analysis in stability for regional power system[J]. Electrical measurement & instrumentation, 2012, 49(9): 43-46(in Chinese).

[20] 丁建順, 王青, 馬世英, 等. 發(fā)電機(jī)疊加型低勵(lì)限制對電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定影響機(jī)制[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2016, 40(8): 78-84.

DING JIANSHUN, WANG QING, MA SHIYING, et al. Influence mechanism of superimposed type of underexcitation limiter in generators on power system dynamic stability[J]. Automation of electric power systems, 2016, 40(8): 78-84(in Chinese).

[21] 趙晶晶, 呂雪, 符楊, 等. 基于雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)虛擬慣量和槳距角聯(lián)合控制的風(fēng)光柴微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)頻率控制[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2015, 35(15): 3815-3822.

ZHAO JINGJING, LV XUE, FU YANG, et al. Dynamic frequency control strategy of wind/photovoltaic/diesel microgrid based on DFIG virtual inertia control and pitch angle control[J]. Proceeding of the CSEE, 2015, 35(15): 3815-3822(in Chinese).

[22] ANDERSON P M, FOUAD A A. Power System Control and Stability[M]. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2008.

Research on the Impact of Large Capacity BESS on Small Signal Stability of Power System

CHENG Weijie1, ZHANG Shipeng2, REN Xuezhe2

(1. Shenzhen Power Supply Co., Ltd., Shenzhen, 518000, China; 2. China Energy Engineering Group, Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663, China)

With the increasing scale of new energy installed, the demand of power grid for energy storage is also greatly increased in the future to realize the flexible adjustment of power grid operation. The increase of grid connected battery energy storage system (BESS) capacity has a significant impact on the operation characteristics of power system, especially on the small signal stability. In this paper, firstly, the mathematical model of BESS was analyzed to establish the power system model with large capacity BESS. Taking the three-generator and nine-bus system as an example, the eigenvalue analysis method was used to study the influence of different grid connected capacity of BESS on the small signal stability of the system when the power flow is changed or unchanged. The results show that the influence of the increase of BESS permeability on the small signal stability of the system is obviously different when the power flow is changed or unchanged. On the whole, BESS participating in the coordinated control of system operation mode is more conducive to the small signal stability of the system. In addition, eigenvalue analysis verifies that the virtual inertia control can damp the system oscillation to a certain extent and improve the small signal stability of the system.

grid-connected BESS; small signal stability; three-generator and nine-bus; virtual inertia

10.3969/j.ISSN.1672-0792.2021.09.005

TM61

A

1672-0792(2021)09-0035-09

2021-05-07

程維杰（1982—），男，高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定分析與控制；

張仕鵬（1974—），男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究及設(shè)計(jì)；

任學(xué)哲（1989—），男，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定控制、電網(wǎng)中長期運(yùn)行方式。