Control Strategy for Virtual-inertial Power Compensation Considering Adjustable Potential of Charging Station

SHI Xingye; KE Song; ZHANG Fan; TANG Jianlin; LIANG Lili; YANG Jun

doi:10.7500/AEPS20230601009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Control Strategy for Virtual-inertial Power Compensation Considering Adjustable Potential of Charging Station

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Control Strategy for Virtual-inertial Power Compensation Considering Adjustable Potential of Charging Station
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 3, Pages: 73-81(2024)
- 作者机构：
  
  1.交直流智能配电网湖北省工程中心，湖北省武汉市 430072
  2.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
  3.南方电网科学研究院有限责任公司，广东省广州市 510663
  4.广东省电网智能量测与先进计量企业重点实验室，广东省广州市510663
  5.广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东省肇庆市 526060
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  China Southern Power Grid Company Limited(031200KK52222008);National Natural Science Foundation of China(51977154)
- DOI：10.7500/AEPS20230601009
  CLC：
- Received：01 June 2023，
  
  Revised：2023-09-15，
  
  Published Online：26 December 2023，
  
  Published：10 February 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
施兴烨,柯松,张帆等.考虑充电站可调潜力的虚拟惯性功率补偿控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(3):73-81.

SHI Xingye,KE Song,ZHANG Fan,et al.Control Strategy for Virtual-inertial Power Compensation Considering Adjustable Potential of Charging Station[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):73-81.
施兴烨,柯松,张帆等.考虑充电站可调潜力的虚拟惯性功率补偿控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(3):73-81. DOI： 10.7500/AEPS20230601009.

SHI Xingye,KE Song,ZHANG Fan,et al.Control Strategy for Virtual-inertial Power Compensation Considering Adjustable Potential of Charging Station[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(3):73-81. DOI： 10.7500/AEPS20230601009.

摘要

针对微电网因可再生能源接入导致惯量不足问题，提出了一种协同可再生能源发电的充电站惯性功率控制策略。首先，考虑到电动汽车具有良好的柔性调控潜力，在充电站层面将其等效为广义储能为控制器提供功率响应能力。接着，借鉴虚拟同步机的转子运行特性，提出了虚拟惯性功率补偿控制策略，并配合可再生能源发电提供频率支撑。最后，在MATLAB/Simulink中搭建了相应的仿真模型进行验证。仿真结果表明，所提出的虚拟惯性功率补偿控制策略能有效利用充电站调控潜力向系统提供惯性支撑功率，提高系统的频率稳定性。

Abstract

To address the problem of inertia insufficiency in microgrids due to the integration of renewable energy sources

an inertial power control strategy for charging stations in collaboration with renewable energy generation is proposed. First

considering that electric vehicles (EVs) have good flexible regulation potential

they are treated as the generalized energy storage at the charging station level to provide power response capability for the controller. Then

the control strategy of virtual-inertial power compensation is proposed in reference to the rotor operation characteristics of virtual synchronous generator (VSG)

which can cooperate with renewable energy generation to provide frequency support. Finally

the corresponding simulation model is built on MATLAB/Simulink for verification. The simulation results show that the proposed control strategy of virtual-inertial power compensation can effectively make use of the regulation potential of charging stations to provide inertia support power to the system

so as to improve the frequency stability of the system.

关键词

Keywords

references

鲁宗相，姜继恒，乔颖，等 . 新型电力系统广义惯量分析与优化研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1754 - 1776 .

LU Zongxiang ， JIANG Jiheng ， QIAO Ying ， et al . A review on generalized inertia analysis and optimization of new power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1754 - 1776 .

谢小荣，贺静波，毛航银，等 . “双高”电力系统稳定性的新问题及分类探讨［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， MAO Hangyin ， et al . New issues and classification of power system stability with high shares of renewables and power electronics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 461 - 475 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

曹炜，钦焕乘，陆建忠，等 . 新型电力系统下虚拟同步机的定位和应用前景展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

CAO Wei ， QIN Huancheng ， LU Jianzhong ， et al . Orientation and application prospect of virtual synchronous generator in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 190 - 207 .

孙骁强，刘鑫，程松，等 . 光伏逆变器参与西北送端大电网快速频率响应能力实测分析［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2792 - 2798 .

SUN Xiaoqiang ， LIU Xin ， CHENG Song ， et al . Actual measurement and analysis of fast frequency response capability of PV-inverters in Northwest Power Grid ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 2792 - 2798 .

孙骁强，刘鑫，程林，等 . 基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1760 - 1765 .

SUN Xiaoqiang ， LIU Xin ， CHENG Lin ， et al . Parameter setting of rapid frequency response of renewable energy sources in northwest power grid based on coordinated control of multi-frequency regulation resources ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 1760 - 1765 .

王光宇，付立军，胡祺，等 . 计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

WANG Guangyu ， FU Lijun ， HU Qi ， et al . Analysis and control of low-frequency oscillation damping of virtual synchronous generator considering influence of voltage loop ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 177 - 184 .

张林，张海波，蒋维勇，等 . 基于自适应动态虚拟同步阻抗的虚拟同步机功率解耦策略［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 13 ［ 2023-06-14 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20230601.17 43.008.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20230601.1743.008.html .

ZHANG Lin ， ZHANG Haibo ， JIANG Weiyong ， et al . Power decoupling strategy for virtual synchronous generator based on adaptive dynamic virtual synchronous impedance ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 13 ［ 2023-06-14 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20230601.1743.008.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20230601.1743.008.html .

徐华电，苏建徽，施永，等 . 具有同步发电机特性的储能型光伏并网发电系统研究［J］. 控制理论与应用， 2018 ， 35 （ 7 ）： 1021 - 1028 .

XU Huadian ， SU Jianhui ， SHI Yong ， et al . Research on grid-connected photovoltaics-energy storage system with synchronous generator characteristics ［J］. Control Theory & Applications ， 2018 ， 35 （ 7 ）： 1021 - 1028 .

温烨婷，戴瑜兴，毕大强，等 . 一种电网友好型光储分布式电源控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 464 - 476 .

WEN Yeting ， DAI Yuxing ， BI Daqiang ， et al . A grid friendly PV/BESS distributed generation control strategy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 464 - 476 .

张冠锋，杨俊友，王海鑫，等 . 基于虚拟同步机技术的风储系统协调调频控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （增刊1 ）： 83 - 92 .

ZHANG Guanfeng ， YANG Junyou ， WANG Haixin ， et al . Coordinated frequency modulation control strategy of wind farm-storage system based on virtual synchronous generator technology ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ Supplement 1 ）： 83 - 92 .

禹红，夏向阳，彭梦妮，等 . 基于虚拟同步电机技术的混合储能平抑微网频率波动策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 22 ）： 47 - 54 .

YU Hong ， XIA Xiangyang ， PENG Mengni ， et al . Research on strategy of micro-grid frequency control in hybrid energy storage system based on virtual synchronous generator technology ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 22 ）： 47 - 54 .

李怡，李永丽，李松，等 . 基于VSG的光伏及混合储能系统功率分配与虚拟惯性控制［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 7 ）： 27 - 34 .

LI Yi ， LI Yongli ， LI Song ， et al . Power distribution and virtual inertia control of photovoltaic and hybrid energy storage system based on VSG ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 7 ）： 27 - 34 .

沈诞煜，赵晋斌，李吉祥，等 . 分布式电源并网惯性功率补偿研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 16 ）： 50 - 57 .

SHEN Danyu ， ZHAO Jinbin ， LI Jixiang ， et al . Analysis and application of inertia power compensating of grid-connected distributed generation ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 16 ）： 50 - 57 .

LIU J ， MIURA Y ， ISE T . Comparison of dynamic characteristics between virtual synchronous generator and droop control in inverter-based distributed generators ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 3600 - 3611 .

胡俊杰，赖信辉，郭伟，等 . 考虑电动汽车灵活性与风电消纳的区域电网多时间尺度调度［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 52 - 60 .

HU Junjie ， LAI Xinhui ， GUO Wei ， et al . Multi-time-scale scheduling for regional power grid considering flexibility of electric vehicle and wind power accommodation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 52 - 60 .

姚一鸣，赵溶生，李春燕，等 . 面向电力系统灵活性的电动汽车控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2813 - 2824 .

YAO Yiming ， ZHAO Rongsheng ， LI Chunyan ， et al . Control strategy of electric vehicles oriented to power system flexibility ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 11 ）： 2813 - 2824 .

KESTER J ， NOEL L ， ZARAZUA DE RUBENS G ， et al . Promoting vehicle to grid （V2G） in the Nordic region： expert advice on policy mechanisms for accelerated diffusion ［J］. Energy Policy ， 2018 ， 116 ： 422 - 432 .

SUUL J A ， D’ARCO S ， GUIDI G . Virtual synchronous machine-based control of a single-phase bi-directional battery charger for providing vehicle-to-grid services ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2016 ， 52 （ 4 ）： 3234 - 3244 .

苏粟，李家浩，李泽宁，等 . 考虑用户需求的电动汽车虚拟同步机辅助调频控制策略［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 11 ）： 40 - 47 .

SU Su ， LI Jiahao ， LI Zening ， et al . Auxiliary frequency regulation control strategy based on virtual synchronous machine for electric vehicles considering user demand ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 11 ）： 40 - 47 .

DHINGRA K ， SINGH M . Frequency support in a micro-grid using virtual synchronous generator based charging station ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2018 ， 12 （ 9 ）： 1034 - 1044 .

DHINGRA K ， SINGH M . Smart charging station to cater the sudden ingress and egress of EVs while supporting the frequency of microgrid through VSG ［J］. Arabian Journal for Science and Engineering ， 2020 ， 45 （ 8 ）： 6715 - 6727 .

詹祥澎，杨军，韩思宁，等 . 考虑电动汽车可调度潜力的充电站两阶段市场投标策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 86 - 96 .

ZHAN Xiangpeng ， YANG Jun ， HAN Sining ， et al . Two-stage market bidding strategy of charging station considering schedulable potential capacity of electric vehicle ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 86 - 96 .

李媛，冯昌森，文福拴，等 . 含电动汽车和电转气的园区能源互联网能源定价与管理［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 16 ）： 1 - 10 .

LI Yuan ， FENG Changsen ， WEN Fushuan ， et al . Energy pricing and management for park-level Energy Internets with electric vehicles and power-to-gas devices ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 16 ）： 1 - 10 .

KE S ， YANG J ， CHEN L ， et al . A frequency control strategy for EV stations based on MPC-VSG in islanded microgrids ［J/OL］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ： 1 - 12 ［ 2023-06-10 ］. https：//ieeexplore.ieee.org/document/10138878 https://ieeexplore.ieee.org/document/10138878 .

LIU H ， QI J J ， WANG J H ， et al . EV dispatch control for supplementary frequency regulation considering the expectation of EV owners ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 3763 - 3772 .

吴界辰，艾欣，胡俊杰 . 需求侧资源灵活性刻画及其在日前优化调度中的应用［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 9 ）： 1973 - 1984 .

WU Jiechen ， AI Xin ， HU Junjie . Methods for characterizing flexibilities from demand-side resources and their applications in the day-ahead optimal scheduling ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 9 ）： 1973 - 1984 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Inertia Support Method of Energy Storage Doubly-fed Condenser Based on Frequency-Rotor Speed Droop Control

Current-based Control Strategy for Grid-connected Converter with Energy Storage and Embedded Synchronous Generator Support Characteristics

Review on Estimation Methods for State of Charge of Lithium-ion Battery and Their Application Scenarios

Droop Control Strategy of Renewable Energy Grid-connected System Based on Open-winding Wound Field Synchronous Motor Interface

Related Author

ZHAO Shuqiang

GAO Mingyang

WANG Hui

QU Hanchen

LI Shanying

HAN Yu

QIAO Xuebo

LI Yong

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources （North China Electric Power University）

State Grid Jibei Electric Power Co.， Ltd.

School of Electrical and Information Engineering, Hunan University

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

⁰