虚拟发电机的控制方法与流程

本发明涉及用于发电和配电的微电网领域。更具体地，本发明涉及用于控制虚拟发电机的方法以及虚拟发电机，其允许发电机组(也称为发动机-发电机或发电机组)的操作再现。

背景技术：

微电网通常是旨在在孤立的和远离大型电能产生中心的区域中产生和分配电功率的本地电网。孤立的区域例如是岛屿、山区或沙漠地区。当连接到广泛的配电网的建筑物、邻域、校园或其它实体希望不同地管理其电能的产生并增加其恢复(resilience)能力时，微电网原理也适用。

微电网的主要优点是它们自主操作(在岛屿模式下，不连接到公共电网)，并且位于消耗区域(负载)附近。因此，长距离配电网固有的损耗是有限的。

微电网的能量自主性通常由各种类型的电源提供，所述电源的发电机组起重要作用(在这种情况下称为同步电源)。具体来说，从经济的角度来看，发电机组代表小的初始投资，并且提供足够灵活以吸收在高峰时间的消耗尖峰(spike)的发电。然而，它们的操作需要大量的柴油燃料，这因此增加了能源费用并且增加了大气污染。

为了克服这些环境和经济问题，微电网是混合的且还包括例如光伏电源的可再生电源。为此，已经开发了包括同步虚拟机的虚拟发电机或同步虚拟发电机概念，并且本领域技术人员将能够参考详细描述虚拟发电机的基本原理的文献[1]。虚拟发电机通常包括用于发电的系统(例如光伏板)和逆变器。然后，光伏板通过产生dc电流和dc电压来产生电功率。所述dc电流和dc电压随后由逆变器转换为ac电流和ac电压。逆变器通常根据控制律操作以模拟具有下垂(droop)的同步发电机的行为，因此称为虚拟发电机。因此，可以并联电连接同步发电机和虚拟发电机。

然而，可再生电源的发电周期受到每天的周期和天气条件支配(也被称为间歇性电功率产生)。例如，光伏板仅在白天和充足的日照下产生电功率。因此，在微电网消耗的功率和由可再生电源产生的功率之间不总是完美匹配。换句话说，由可再生电源产生的电功率的峰值并不对应于消耗的峰值。因此，已经提出将逆变器耦合到针对整个微电网而确定尺寸的中央能量累积系统，其能够在消耗峰值期间输送电能并且在发电峰值期间存储由可再生电源产生的任何剩余能量。

然而，该解决方案基于针对给定电网确定尺寸的整体中央累积系统，因此不可扩展。具体地，额外的光伏板的添加可能需要更换中央能量累积系统。

此外，该解决方案的成本与在设置微电网时所期望的节约不兼容。

此外，与发电机组不同，由可再生电源输送的电功率受制于天气波动，事实上产生波动的电功率。例如，日照水平可以非常快速地变化微小的量，使得在由光伏板产生的电功率中产生峰值和谷值。这些波动是微电网不能容忍的不稳定性的来源。

此外，例如由可再生电源供应电力的常规逆变器通常可能不形成电网。这被称为并网(gridtied)。相比之下，形成电网的系统被称为电网形成。形成电网被理解为意指产生具有明确限定的恒定的或遵循下垂曲线的频率和幅度的ac电压。

因此，按照惯例，可再生电源的部分可能不超过20％至30％之间的值(称为可再生电源的渗透(penetration)程度)，使得至少一个非间歇性电功率产生装置(例如发电机组或发动机-发电机)处于连续运行中。这种限制使微电网具有必要的稳定性，但事实上限制了可实现的节约。

因此，本发明的一个目的是提出一种用于控制虚拟发电机的方法和虚拟发电机，其使得可以改善由虚拟发电机产生的电功率与负载实际消耗的电功率之间的匹配。

本发明的另一个目的是另外提出一种用于控制虚拟发电机的方法和虚拟发电机，其使得可以减小(平滑)来自可再生电源的电功率的波动对微电网的影响。

本发明的另一个目的还在于提出一种用于控制虚拟发电机的方法和虚拟发电机，其使得可以增加间歇性可再生电源的渗透程度而不负面影响微电网的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的至少部分地通过一种用于控制虚拟发电机的方法来实现，所述虚拟发电机包括至少一个可再生电源、包括功率和/或能量储备的累积系统、逆变器和控制律，虚拟发电机向微电网输送具有电压v和电流i的有功p电功率和无功q电功率，所述电压v和电流i具有频率f，所述有功p/无功q电功率通过下垂控制分别控制电压v的频率f和rms电压vrms，该方法包括通过控制律控制虚拟发电机，对该虚拟发电机执行对输送到微电网的有功p/无功功率的调节，所述调节能够补偿由微电网消耗的有功/无功功率的变化。

补偿由微电网消耗的有功/无功电功率的变化被理解为意指在微电网消耗(draw)的情况下输送额外的有功/无功电功率，并且一旦微电网的消耗减少，就减少所输送的有功/无功功率。执行对有功p/无功q电功率的变化的补偿，以便平衡由虚拟发电机输送的有功p/无功q电功率与微电网消耗的有功p/无功q电功率。所述补偿的实现通过累积系统及其功率和/或能量储备的存在变为可能。功率和/或能量储备可以在功率消耗期间向微电网输送有功p/无功q功率。累积系统还能够累积由可再生电源产生但是未被微电网消耗的有功p/无功q功率。

因此，根据本发明的方法使得可以再现发电机组的惯性，从而赋予向微电网提供有功p/无功q功率所需的稳定性。具体地，控制律使得可以平衡由虚拟发电机和微电网分别输送和消耗的有功p/无功q功率。控制律包括支配发电机组的操作的微分方程(机电方程)，以及尤其是对所述发电机组的转子的动力学建模的机械微分方程。因此，根据本发明的控制律使得虚拟发电机表现为发电机组。

由控制律引起的这种行为可以通过形成根据本发明的虚拟发电机的不可获取的部分的累积系统来实现。

与现有技术不同，包括可再生电源以及累积系统的虚拟发电机适应微电网的需要，而微电网不受影响。

此外，补偿由微电网消耗的有功p/无功q功率的变化也引起通过下垂分别对电压v的频率f和电压v的rms电压vrms的调节。

根据一个实施例，累积系统将dc电压vref施加到可再生电源的第一端子，使得可再生电源输送功率psr，所述功率psr易于展现功率波动，累积系统被控制以便补偿该波动。

累积系统还可以在每当微电网没有消耗电功率时吸收(存储)电功率。因此，由可再生电源产生的电功率的波动的峰值由累积系统吸收。因此，来自可再生电源的电功率的波动由累积系统在虚拟发电机内补偿。因此，减少了来自可再生电源的功率波动对微电网的影响。

根据一个实施例，控制律能够有利地经由逆变器使虚拟发电机具有形成电网的可能性。

根据一个实施例，控制律能够将虚拟发电机与发电机组并联连接。

根据一个实施例，施加到第一输出端子的dc电压vref是在存储系统的端子处由dc/dc转换器对dc电压vps转换的结果，存储系统和dc/dc转换器包括在累积系统中。

由可再生电源输送的功率取决于由累积系统施加的dc电压vref。

因此，累积系统可以根据微电网的需要调节由可再生电源产生的功率psr。换句话说，当电网的消耗减少时，累积系统可以限制由可再生电源产生的电功率。

根据一个实施例，电压vref被确定为必须由可再生电源输送的设定点(setpoint)功率psr的函数，该电压由累积系统确定。

由可再生电源输送的功率取决于由累积系统施加的dc电压vref。

因此，累积系统可以根据微电网的需要调节由可再生电源产生的功率psr。换句话说，当微电网的消耗减少时，累积系统可以限制由可再生电源产生的电功率。

此外，一旦累积系统不再能够吸收易于由可再生电源产生并被微电网消耗的任何额外电功率，累积系统就也可以限制由可再生电源输送的功率。换句话说，一旦累积系统的充电状态超过预定阈值，就易于调节电压vref，使得由可再生电源产生的功率psr完全由微电网消耗。

根据一个实施例，电压vref通过对第一输出端子的例如阶段式的电压扫描并且通过同时测量由可再生电源产生的电流的安培数和所述电压来确定。

根据一个实施例，所述电压扫描产生由可再生电源输送的功率中的功率变化，累积系统被控制以便补偿在所述扫描期间的所述变化。

根据一个实施例，该方法包括测量累积系统的充电状态的步骤。

根据一个实施例，调节电压vref，使得当累积系统的充电状态高于或等于预定最大充电阈值socmax时，功率psr完全由微电网消耗。

根据一个实施例，累积系统的充电状态soc保持在高于最小充电状态socmin的值。

根据一个实施例，当所述微电网必须消耗可再生电源不能提供的额外功率psur时，功率pacc由累积系统经由逆变器输送到微电网。

本发明还涉及一种虚拟发电机，其能够向微电网输送频率为f和rms电压为vrms的有功p/无功q电功率，包括：

-可再生电源；

-包括功率和/或能量储备的累积系统；

-逆变器；

-控制律；

所述控制律能够控制所述虚拟发电机，使得所述虚拟发电机向所述微电网输送具有电压v和电流i的有功p电功率和无功q电功率，所述电压v和电流i具有频率f，所述有功p/无功q电功率经由下垂控制分别对电压v的频率f和rms电压vrms进行控制，并且当微电网消耗的有功/无功功率发生变化时，虚拟发电机对输送到微电网的有功p/无功q功率执行调节，所述调节能够补偿所消耗的有功p/无功q功率的变化。

补偿由微电网消耗的有功p/无功q电功率的变化被理解为意指在微电网消耗的情况下输送额外的有功p/无功q电功率，并且一旦微电网的消耗减小时就减小输送的有功p/无功q功率。执行对有功p/无功q电功率的变化的补偿，以便平衡由虚拟发电机输送的有功p/无功q电功率与由微电网消耗的有功p/无功q电功率。所述补偿的实现是通过累积系统及其功率和/或能量储备的存在而成为可能。功率和/或能量储备可以在功率消耗期间向微电网输送有功p/无功q功率。累积系统还能够累积由可再生电源产生但未被微电网消耗的有功p功率。

因此，根据本发明的虚拟发电机使得可以再现发电机组的惯性，从而赋予向微电网提供有功p/无功q功率所需的稳定性。具体地，控制律使得可以平衡由虚拟发电机和微电网分别输送和消耗的有功p/无功q功率。控制律包括支配发电机组的操作的微分方程(机电方程)、以及尤其是对所述发电机组的转子的动力学建模的机械微分方程。因此，根据本发明的控制律使得虚拟发电机表现为发电机组。

由控制律引起的这种行为可以通过形成根据本发明的虚拟发电机的不可或缺的部分的累积系统来实现。

与现有技术不同，包括可再生电源以及累积系统的虚拟发电机适应微电网的需要，而微电网不受影响。

此外，补偿由微电网消耗的有功p/无功q功率的变化还引起通过下垂分别对频率f和rms电压vrms的调节。

根据一个实施例，控制律能够有利地经由逆变器使虚拟发电机具有形成电网的可能性。

根据一个实施例，控制律能够将虚拟发电机与发电机组并联连接。

根据一个实施例，累积系统包括存储系统和dc/dc转换器，dc/dc转换器将存储系统的输出端子连接到可再生电源的第一输出端子，并且能够根据由控制律施加的设定点，从输送到存储系统的输出端子的dc电压vps，将电压vref输送到第一输出端子。

根据一个实施例，控制律能够将电压vref确定为必须由可再生电源经由累积系统输送的设定点功率psr的函数。

由可再生电源输送的功率取决于由累积系统施加的dc电压vref。

因此，累积系统可以根据微电网的需要调节由可再生电源产生的功率psr。换句话说，当电网的消耗减少时，累积系统可以限制由可再生电源产生的电功率。

根据一个实施例，累积系统能够执行第一输出端子的电压扫描，并且能够同时测量由可再生电源产生的电流的安培数和所述电压。

根据一个实施例，控制律能够使累积系统补偿由可再生电源输送的功率的波动。

根据一个实施例，可再生电源包括光伏板。

根据一个实施例，可再生电源包括风力涡轮机。

附图说明

在以下通过非限制性示例并参考附图给出的根据本发明的用于控制虚拟发电机的方法的实现方式的描述中，其他特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1a是根据本发明的包括可再生电源、累积系统、逆变器和控制律的虚拟发电机的示意图，该控制律包括块100、200、210、220、230、240、250、260和300；

-图1b是根据本发明的虚拟发电机的示意图；

-图2a表示对于给定的日照水平的、由光伏板产生并由其第一输出端子输送的功率psr(沿垂直轴)，作为施加到所述第一输出端子的电压vref(沿水平轴)的函数；

-图2b表示对于不同的日照水平的、由光伏板产生的功率psr(沿垂直轴)，作为施加到所述第一输出端子的电压vref(沿着水平轴)的函数；

-图3是作为由发电机组输送的有功功率p的函数的电流和电压的频率f的表示，频率f在垂直轴上表示，有功功率p在水平轴上表示；

-图4是作为由发电机组输送的无功功率q的函数的电压v的rms电压vrms的表示，rms电压vrms在垂直轴上表示，无功功率q在水平轴上表示。

具体实施方式

图1a和图1b表示根据本发明的虚拟发电机1。

虚拟发电机1被理解为表现为发电机组的虚拟发电机1。发电机组将电压v和电流i的有功p/无功q电功率输送到微电网，所述电压v和电流i具有频率f。有功p/无功q功率通过下垂控制，分别控制电压v的频率f和rms电压vrms。

图3示出了由发电机组输送的有功功率p对频率f的下垂控制。频率f根据由发电机组输送的相对有功功率p(作为百分比)的线性函数而变化。线性函数由指代下垂的斜率d表征。由发电机组输送的电压v和电流i的频率f取决于发电机组的轴的转速。因此，每当由发电机组输送的有功功率p变化时，轴的转速自适应，使得与有功电功率p相关联的电压和电流的频率f也被调节。发电机组的发动机轴的转速的这种调节由速度调节块(“调速器(governor)”块)执行。

图4中示出了由发电机组所输送的无功功率q对电压v的rms电压vrms的下垂控制。rms电压vrms根据由发电机组输送的相对无功功率q(作为百分比)的线性函数而变化。线性函数由指代下垂的斜率d表征。rms电压vrms取决于由发电机组输送的无功功率q。因此，每当由发电机组输送的无功功率q变化时，rms电压vrms根据无功电功率q被调节。发电机组通常包括在定子内旋转地驱动的转子和作用于转子的绕组上的自动电压调节器(avr)。因此，自动电压调节器根据由定子(由发电机组)输送在微电网上的(电压v的)rms电压vrms向转子绕组施加电压。电压/无功功率q下垂控制允许发电机组根据其提供的无功电功率q来适配其输送的rms电压vrms。

此外，发电机组的转子通常由内燃机(例如柴油发动机)的轴在定子内旋转地驱动。凭借其设计，发电机组能够形成电网。换句话说，发电机组可以在电网上施加电压v和频率f。

另外，发电机组的转子的旋转动能取决于转子的质量和转速，其可以以有功功率p的形式传递到微电网。因此，发电机组可以通过从轴提取动能并将其传递到微电网而响应于微电网(消耗附加功率的需要)消耗的功率。发电机组然后通过下垂控制调节所输送的有功功率p的频率f。发电机组能够响应于有功功率的需求的变化，这被称为发电机组具有惯性。以等效的方式，发电机组可以响应于来自微电网的有功功率的需求的变化。一旦其输送到微电网的无功功率q被适配，发电机组就通过下垂控制调节电压v的rms电压vrms。发电机组响应于由微电网对有功p/无功q功率的消耗变化的能力可能与旋转储备(spinningreserve)的概念相关联。发电机组的惯性和旋转储备的概念可以使用微分方程来建模。例如，从微分方程中，可以通过示例的方式给出用于发电机组的转子的机械方程：

ωr是转子的角速度，γmot是发动机的转矩，γe是同步发电机的电磁转矩，hd是转子的惯性矩，dd是摩擦系数。微分方程允许对发电机组的电气和机械行为进行建模。

根据本发明的虚拟发电机1由整合(integrate)允许对发电机组的操作(行为)进行建模的微分方程的控制律控制。因此，虚拟发电机1被配置为模拟同步发电机的行为，更具体地，模拟发电机组的行为。然后，虚拟发电机1的配置包括确定支配同步发电机的操作的微分方程和基于所述微分方程开发计算机程序(或算法)。这种配置从本领域技术人员的技术中已知，并且在文献[2]中描述。

根据本发明，虚拟发电机1由控制律控制，使得其执行对输送到微电网的有功p/无功q功率的调节，所述调节能够补偿由微电网消耗的有功/无功功率的变化。执行对有功/无功电功率的变化的补偿，以便平衡由虚拟发电机1输送的有功p/无功q电功率与由微电网消耗的有功p/无功q电功率。

虚拟发电机1包括可再生电源2、功率和/或能量累积系统3、逆变器4和控制律。

在本文的其余部分中，表述“累积系统3”将用于指代功率和/或能量累积系统3。

在整个描述中，由逆变器4输送的电流和电压或由虚拟发电机1输送的电流和电压将具有相同的含义。

控制律可以包括各种控制块。

例如，控制律可以包括：

-指代“带下垂的虚拟发电机”的块100；

-指代“dc总线调节”的块200；

-指代“约束mppt”的块210；

-指代“psr计算”的块220；

-指代“功率存储过充电管理”的块230；

-指代“功率存储充电状态估计器”的块240；

-指代“功率存储充电不足管理”的块250；

-指代“pmaxpv估计器”的块260；

-指代“中点调节”的块300。

在参考图1a的描述的其余部分中将详细描述各个块的功能。

可再生电源2可能受制于变幻莫测的天气，因此是不稳定的电源；它然后被认为是间歇性可再生电源。

可再生电源2可以包括光伏板、风力涡轮机、水力涡轮机或热力学机器。

可再生电源2包括易于输送dc电流和dc电压的第一输出端子2a。根据施加到所述第一输出端子2a的电压vref，可再生电源2通常产生经由其第一输出端子2a输送的一定量的功率psr。例如，如图2a所示，对于给定的日照水平，光伏板以钟形形状产生功率(沿垂直psr轴)，作为施加到第一输出端子2a的电压(沿水平vref轴)的函数。对于等于vref1的电压vref，光伏板能够输送功率psr1(图2a中的点a)，而当电压vref等于vrefmax时能够输送功率psrmax(图2a中的点b)。

累积系统3包括第二输出端子3c，其也易于输送dc电流和dc电压。累积系统3可以包括存储系统3a和dc/dc转换器3b(dc/dc转换器将一个dc电压转换为另一个dc电压)。存储系统3a可以包括至少一个电化学电池、飞轮(flywheel)或电容器(或超级电容器)。超级电容器被理解为采用允许获得在传统电解电容器和电池中间的功率密度和能量密度的特定技术的电容器。例如，超级电容器可以包括在1000到5000w/kg之间的功率密度和在4wh/kg到6wh/kg之间的能量密度。存储系统3a能够将dc电压vps输送到dc/dc转换器3b，dc/dc转换器3b将其转换为经由第二输出端子3c输送的另一dc电压vref。

第一输出端子2a和第二输出端子3c例如并联电连接。因此，累积系统3向可再生电源2的第一输出端子2a施加电压vref，使得可再生电源2输送功率psr。dc/dc转换器3b可以由根据控制律操作的第一控制板控制。块200可以适配为向dc/dc转换器3b输送信号，使得所述转换器3b施加要施加到可再生电源2的第一端子的电压vref。对于逆变器4，其可以由也根据控制律操作的第二控制板控制。或者，dc/dc转换器3b和逆变器4可以由相同的控制板控制。

输出端子的第一组2a和第二组3c连接到逆变器4的输入。

逆变器4能够将由可再生电源2和/或累积系统3产生的dc电流和dc电压转换为ac电流和ac电压，然后ac电流和ac电压被注入微电网。

有利地，控制律可以是在一个或多个控制板中设置的算法。此外，第一控制板和第二控制板可以彼此通信。第一控制板和第二控制板之间的通信尤其允许在所述控制板之间交换信息。在交换的信息中，可以给出以下：累积系统3的充电状态、在第一组2a和第二组3c端子处测量的电流、电压和功率。控制律还能够测量输送到微电网的电压、电流以及所述电压、电流的频率。

控制律还能够分别控制由可再生电源2和累积系统3输送的可再生功率和累积功率。逆变器4将与由可再生电源2和累积系统3输送的功率对应的功率输送到微电网。累积功率可以是负功率，即由累积系统3消耗的功率，或正功率，即由所述系统3输送的功率。例如，当累积系统3消耗来自逆变器4的旨在输送到微电网的功率时，累积功率为正。例如，当累积系统3通过消耗可再生功率而再充电时，累积功率为负。控制率连续地在累积功率和可再生功率与由逆变器4输送到微电网的功率之间施加平衡。换句话说，功率预算必须是平衡的。

因此，逆变器4的控制律确保累积功率和可再生功率的总和等于由逆变器4输送到微电网的功率(强调的是，由逆变器4输送到微电网的功率确实被微电网消耗)。

控制律例如经由块100使逆变器4输送为iabc安培的ac电流。电流iabc的参考值可以由块100根据由逆变器4输送并在其输出处测量的电压vabc(vabcmes)来确定。因此，逆变器4再生输送电压vabc并响应于对所述发电机组建模的微分方程的发电机组的电流iabc。

根据本领域技术人员已知的技术，逆变器4的控制律也能够使虚拟发电机1具有形成电网的可能性。因此，虚拟发电机1可以单独向微电网输送功率，正如发电机组将做的那样。

以特别有利的方式，虚拟发电机1具有频率f/有功功率p下垂控制的特征。频率f/有功功率p下垂控制是同步发电机(例如发电机组)的特性。发电机组通常包括由柴油发动机驱动的轴，轴的角旋转具有对应于所述发电机组产生的电流和电压的频率f的频率。轴的频率遵循根据图3所示的规律的频率f/有功功率p下垂控制。频率f/有功功率p下垂控制允许发电机组根据其提供的有功电功率p而适配其输送的信号的频率f。这种下垂效应使得可以在电网上并联连接各种发电机组，其将输送相同频率f的电流和电压。在根据本发明的虚拟发电机1的上下文中，由所述虚拟发电机1输送的电流和电压的频率f取决于微电网的规格(电网代码)。例如，频率f可以在48和52hz之间，或者在49.5和50.5hz之间，或者在58和62hz之间，或者在59.5和60.5hz之间。

同样以特别有利的方式，虚拟发电机1还具有rms电压vrms/无功功率q下垂控制的特征。rms电压vrms/无功功率q下垂控制是同步发电机(例如发电机组)的特性。发电机组通常包括在定子内旋转地驱动的转子和作用在转子的绕组上的自动电压调节器(avr)。自动电压调节器因此根据微电网上由定子(由发电机组)输送的电信号的电压(因此功率)向转子施加电压。由发电机组输送的电信号的rms电压vrms根据图4所示的规律遵循rms电压vrms/无功功率q下垂控制。rms电压vrms/无功功率q下垂控制允许发电机组根据其提供的无功电功率q适配其输送的电压的rms电压vrms。在根据本发明的虚拟发电机1的上下文中，由所述虚拟发电机1输送的电压取决于微电网的规格(电网代码)。

根据本领域技术人员已知的技术，频率f/有功功率p或电压/无功功率q下垂控制可以包括在虚拟发电机1的控制律内。为此，文献[3]提出了一种允许逆变器根据频率f/有功功率p或rms电压vrms/无功功率q下垂控制来操作的方法。更具体地，可以在块100中包括根据频率f/有功功率p或rms电压vrms/无功功率q下垂控制的逆变器的操作。

在三电平逆变器4的情况下，虚拟发电机1可以包括串联连接在一起以形成等效电容器c的两个电容器c⁺和c^-。等效电容器c的端子例如并联地电连接到可再生电源2的第一输出端子2a(并且因此也并联电连接到功率和/或能量累积源3的第二输出端子3c)。在三电平逆变器4的这种特定情况下，控制律(例如块300)能够平衡在两个电容器c⁺和c^-的相应的端子处测量的电压vdc+和vdc-，以便保证由逆变器4输送到微电网的电流和电压具有非变形的正弦形式。然而，本发明不限于使用三电平逆变器。

累积系统3包括存储系统3a和dc/dc转换器3b。第二输出端子3c是dc/dc转换器3b的输出端子。因此，dc/dc转换器3b将电压vref施加到可再生电源2的第一输出端子2a。电压vref是转换器3b转换存储系统3a的端子处的dc电压的结果。然而，电压vref的值是施加在控制律操作dc/dc转换器的块200上的设定点。

在操作中，由可再生电源2输送的功率易于波动。波动被理解为快速变化，例如在小于100ms、或者甚至小于10ms的时间尺度上，相对于所考虑的量(在本例中为功率)的低幅度变化，例如小于5％的所述量。在光伏板的情况下，功率波动可以归结于例如日照水平的变化。由可再生电源2输送的电功率的波动可以通过测量由可再生电源2产生的电信号的安培ipv来取得(access)。有利地，累积系统3根据控制律操作，以便补偿由可再生电源2输送到逆变器4的输入端子的功率的波动。补偿所输送的功率的波动被理解为意指通过对其吸收来限制它们对微电网的影响。因此，由逆变器4输送到微电网的电流和电压没有波动。换句话说，它们是稳定的。

同样以有利的方式，控制律允许来自可再生电源2的功率被调节。具体地，由dc/dc转换器3b施加到可再生电源2的第一输出端子2a的dc电压vref的值是由控制律的块210所施加的设定点。由控制律施加的设定点的目标可以是使可再生电源2输送最大功率或饱和功率，饱和功率低于可再生电源2能够输送的最大功率。例如，已知的是，对于给定的日照水平(参见图2b)，由光伏板输送的功率取决于施加到它们的输出端子(第一端子)的电压。因此，控制律在第一实例中可以确定要施加到光伏板的第一输出端子2a的电压vref，使得光伏板输送其能够产生的所有功率，即psrmax(图2a中的点b)，或低于预定功率的功率psr1(图2a中的点a)。必须由可再生电源2(或者更具体地，由光伏板)产生的功率取决于存储系统3a的充电状态的条件。说明书的其余部分中将详细描述存储系统3a的充电状态的概念。因此，为了确定要施加到第一端子的电压vref，控制律的块210命令dc/dc转换器3b执行对可再生电源2的第一输出端子2a的电压扫描。在电压扫描期间，块220测量由可再生电源2产生的电流ipv和电压vpv，使得由所述电源输送的功率psr是已知的。电压扫描vref以连续增量执行，以例如增加功率，直到可再生电源2输送期望功率(但是，可再生电源2能够输送的功率受限于功率psrmax)。电压扫描可以在少于10秒(例如5秒)内执行。在电压扫描期间，累积系统3补偿由可再生电源2输送的功率的变化，使得由微电网消耗的功率和由虚拟发电机1输送的功率总是平衡的。功率补偿也由控制律控制，以便不断地确保消耗的功率和产生的功率平衡。

替代地，基于可再生电源的已知技术数据(例如，取决于日照水平和温度的光伏板的功率曲线)，可以估计可再生电源能够输送的最大功率，并将其传送到框210。

控制律还可适配为将累积系统3的充电状态(soc)限制为最大充电状态socmax。具体地，为了避免累积系统3的退化(degrading)，优选的是，充电状态不超过例如100％充电、或甚至95％充电。因此，尽管充电状态低于socmax，累积系统3仍可以至少部分地存储由可再生电源2输送但是未被微电网消耗的任何剩余功率。因此，累积系统3输送负功率。相反，一旦累积系统3的充电状态至少等于最大充电状态socmax，累积系统3就不再能够存储由可再生电源2输送的、可能剩余的功率。因此，可能有必要将由可再生电源2输送的功率限制到饱和最大功率psrsatmax。然后，饱和最大功率psrsatmax能够被微电网完全消耗。为此，控制律的块240可以连续地估计累积系统3的充电状态socpsest。所述充电状态的估计可以例如通过测量在存储系统3a的端子处测量的电压vps来获得。

传送到块230的该估计随后与充电状态socmax进行比较。块230因此动态地提供当累积系统3的充电状态超过socmax时可再生电源2能够输送的饱和最大功率的参考值psrsatmax。一旦充电状态socpsest达到或超过值socmax，块230就将参考值psrsatmax传送到块210(值psrsatmax也是微电网能够消耗的最大功率值)。然后适配由框210确定的电压vref的参考值，使得由可再生电源2输送的功率小于或等于psrsatmax。

因此，为了保持由微电网消耗的功率和由虚拟发电机1产生的功率之间的平衡，控制律的块230可以使可再生电源2将其输送的功率限制到功率psrsatmax。功率psrsatmax完全由微电网消耗。在这种情况下，控制律允许确定将施加到第一端子的电压vref以使得由可再生电源2输送的所有功率被微电网完全消耗。

控制律的框250还能够确保累积系统3的最小充电状态socmin，以便保证虚拟发电机1的正确操作。为此，控制律可以限制由逆变器4输送的有功功率p，即pmeca，以便将由可再生电源2输送的功率的一部分转到累积系统3以重新建立累积系统3的充足的充电状态。这导致虚拟发电机1的虚拟发动机转矩被作用(限制)，以便将由虚拟发电机1产生的功率限制到微电网。

以特别有利的方式，标称充电状态socnom可以与在也连接到微电网的发电机组的持续时间为t的启动阶段中必须输送到微电网的功率相关。更具体地，累积系统3的标称充电状态socnom可以被定义为当发电机组在全速运行时能够在持续时间t中输送的最大有功功率。发电机组的启动阶段被理解为意指启动、预热和相对于微电网同步电流和电压。因此，一旦可再生电源2显著地减少其发电，累积系统3就接管并且继而输送供应微电网所需的功率。

一旦累积系统的充电状态下降到低于标称充电状态socnom，发电机组就可以接收启动命令。因此，该次序使得可以确保以稳定的方式连续供应电流和电压。为此，控制律能够检测可再生电源2产生的功率的任何减少(电功率不足)，并且使得累积系统3补偿所述电功率不足。控制律通过测量第一输出端子2a处的电流ipv来检测例如功率不足。一旦在累积系统中可用的功率下降到低于阈值充电状态socs，发电机组就可以接收启动命令。

因此，控制律通过测量存储系统3a的输出端子处的电压vps来连续地确定累积系统3的充电状态soc。并行地，控制律调节电压vref，以便确保由微电网消耗的功率和由虚拟发电机1输送的功率平衡。

因此，当累积系统3的充电状态soc低于socmax时，控制律使得可再生电源2通过调节电压vref来输送其能够产生的所有电功率。一旦充电状态soc达到值socmax，累积系统3的控制律就调节电压vref，使得由可再生电源2输送的功率完全由微电网消耗。

因此，以特别有利的方式，本发明还允许逆变器甚至在处于饱和状态时与其它电源并行地操作，并从而保持微电网稳定。此结果是通过使虚拟发电机1的虚拟发动机转矩饱和以使得逆变器能够输送的最大虚拟机械功率总是低于最大电功率来实现的。所述最大功率为与逆变器能够在没有损坏风险的情况下输送的最大电流相关联的特性。因此，即使虚拟发电机变为饱和，以限制所述逆变器能够输送的功率为目的而作用于虚拟机械转矩也允许微电网保持稳定。

因此，根据本发明，可以获得具有发电机组的稳定性的虚拟发电机1。更具体地，根据本发明的虚拟发电机1使得可以减少来自可再生电源的功率的波动对微电网的影响。

此外，在由微电网进行功率消耗的情况下，虚拟发电机1像发电机组一样作出反应。虚拟发电机1在第一实例中将其输送的电流和电压的频率f调节至较低频率f，以响应于所述功率消耗，从累积系统3的功率储备中提取功率。这个响应于由微电网进行的功率消耗的潜质使虚拟发电机1具有发电机组的惯性。根据本发明，虚拟发电机1的惯性由控制律的微分方程和功率累积系统3支配。没有累积系统3的虚拟发电机1是没有惯性的，因此不能响应于由微电网进行的功率消耗。

因此，虚拟发电机1的旋转储备使得可以有利地响应于微电网的功率消耗的增加。

因此，赋予虚拟发电机1的操作灵活性为增加可再生电源的渗透程度铺平了道路。

因此，一旦可再生电源显著地减少或停止电功率的产生，根据本发明的虚拟发电机1就具有在发电机组处于启动阶段时可用的供应微电网所需的功率。

因此，在可再生电源2产生大量电功率的周期中，所生成的电功率中有大比例(例如100％)是由可再生电源2产生(其导致发电机组关闭)。称为可再生能源2的高度渗透。发电机组仅在可再生电源产生的电功率不足的情况下使用。因此，由累积系统和控制律导致的虚拟发电机1的惯性使其具有电网正确操作所需的稳定性。

虚拟发电机1受控于控制律，使得可以连续地检测由可再生电源产生的电功率的波动。因此，控制律操作累积系统，使得其在可再生电源产生的功率的低谷期间也输送电功率。累积系统对于波动的补偿使得可以使控制方法具有在诸如发电机组的同步发电机中观察到的惯性；还称为基于至少一个可再生电源的发电系统的稳定性。

参考文献

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