[發明專利]光儲一體化系統的網源協調虛擬同步機控制方法

有效

• 申請號: 202010555058.8
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111900749B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王躍;劉永慧;徐何凡;劉航;彭陽;余鵬;李菀茹;舒思睿
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38;H02J3/46;H02J3/24;H02J7/35
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了光儲一體化系統的網源協調虛擬同步機控制方法，該方法基于的光儲一體化系統為兩級結構，其中光伏和儲能采用同一個逆變器接入電網，光伏和儲能電池分別通過各自的DC/DC變換器并聯到逆變器的直流母線上，兩個DC/DC變換器與逆變器采用網源協調的虛擬同步機控制方案進行控制。逆變器實現慣性控制以及無功下垂控制；電池的DC/DC變換器實現有功下垂控制；在直流電容電壓不高于上限值U_dcuplimit時，光伏的DC/DC變換器實現最大功率輸出控制；在直流電容電壓超過上限值U_dcuplimit時，光伏的DC/DC變換器自動進入棄光控制。本發明既可以為電網提供慣性和下垂支撐，又可以在源側功率波動時自動調節其輸出到電網的功率，從而減少棄光并減小對儲能電池容量的需求。

技術領域

本發明屬于光伏、儲能及微電網控制技術領域，具體涉及一種光儲一體化系統的網源協調虛擬同步機控制方法。

背景技術

近年來，越來越多新能源經變換器并入電網。最初，新能源都以最大功率輸出控制策略并網，因此不響應網側功率需求變化，這導致電網慣性降低，穩定性變差。所以新能源系統逐漸開始被要求具備調壓調頻能力以及慣性支撐能力。于是很多控制新能源并網逆變器為電網提供頻率和電壓支撐的策略被提出，其中VSG由于具備能夠同時提供下垂和慣性支撐的優點，得到了廣泛關注。

VSG通常假設逆變器的直流側為理想電壓源。在新能源機組中，直流側為理想電壓源的假設，通常通過在直流側配置儲能電池去實現。實際上，新能源功率具有明顯的隨機波動性，電網也是允許在不破壞電網穩定的前提下新能源將其隨機波動的功率輸送到電網的。但對于直流側加裝儲能的新能源機組，若逆變器采用VSG控制策略，逆變器根本不會響應源側功率波動，它把所有的源側功率波動都交給儲能電池去平衡，這不可避免地會要求儲能電池的容量增大或者棄光，而二者都是發電廠不愿意接受的。這嚴重限制了VSG策略在實際工程中的推廣。

由于現有VSG策略存在這種弊端，所以在新能源儲能系統中需要提出一種新的控制方法以實現光儲一體化系統既能響應源側功率波動又能響應網側功率波動，并能管理不同工況下的光伏輸出功率的目的。

發明內容

本發明針對既能響應源側功率波動又能響應網側功率波動并管理不同工況下光伏輸出功率的目的，提供了一種光儲一體化系統的網源協調虛擬同步機控制方法。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

光儲一體化系統的網源協調虛擬同步機控制方法，該方法基于的光儲一體化系統為兩級結構，其中光伏和儲能采用同一個逆變器接入電網，光伏和儲能電池分別通過各自的DC/DC變換器并聯到逆變器的直流母線上，兩個DC/DC變換器與逆變器采用網源協調的虛擬同步機控制方案進行控制；

其中，逆變器通過慣性控制調節輸出頻率，通過無功下垂控制調節逆變器交流電壓幅值；電池的DC/DC變換器通過直流電容電壓比例控制實現有功下垂控制的調頻功能，得到直流電流指令值，再利用直流電流指令值經過電流環計算的結果得到電池的DC/DC變換器調制信號；在直流電容電壓不高于上限值U_dcuplimit時，光伏的DC/DC變換器采用最大功率輸出控制；在直流電容電壓高于直流電容電壓上限值U_dcuplimit時，光伏的DC/DC變換器根據直流電容電壓偏差和PI控制計算得到光伏電壓指令修正值并自動進入棄光控制。

本發明進一步的改進在于，逆變器實現慣性控制和無功下垂控制的具體步驟如下：

慣性控制通過將直流電容電壓測量值與其額定值U_dc做差，得到直流電容電壓變化值，并將直流電容電壓變化值乘轉子慣性模擬控制參數M_vir的倒數1/M_vir得到逆變器輸入到電網的角頻率變化值Δω；將Δω與角頻率額定值ω_s加和得到逆變器輸入到電網的角頻率ω，并對ω積分得到逆變器輸入到電網的相位θ；