电状态，放电功率为5. 48kW。另外由于该扰动控制过程对应较短的时间尺度，其仿真 过程中可忽略风速和光速的随机变化特性。
[0204] 若各微源的下垂系数为固定值，设定都为5%，则最终出力分别为风机24. 6kW，光 伏58. lkW，储能仍处于充电状态，充电功率为2. 7kW，此时风机承担了更多的功率，则无法 合理有效利用储能和光伏的快速响应速度，且风机功率裕度减少较多，无法保障系统的功 率调节功能。
[0205] 针对上述扰动情况下的频率变化曲线如图14所示。由图可知，其最终系统频率降 低为49. 64Hz，上述的下垂控制为一种有差调节，需要待系统稳定后采用其他的调频方式使 系统频率恢复至额定值。
[0206] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 对风力机、双馈发电机建模，构建风力发电机组的模型； (2) 通过对短路电流、开路电压、最大工作点电压和电流进行数据拟合确定光伏发电系 统的模型； ⑶描述蓄电池内部蓄电池荷电状态和放电深度、电流、电解液温度之间的关系，构建 储能单元的三阶模型； (4) 利用最外层为频率电压下垂控制、内层为功率控制、最里层为电流控制控制的下垂 控制策略对分布式电源进行控制； (5) 通过自适应控制方法调整风力发电机组、光伏发电系统和储能单元的下垂系数，进 行、稳态运行情况下和扰动情况下的最优功率分配。2. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（1)中，风电机组首先将风能转化为机械能，再有机械能转化为电能，该过程中风 力机捕获风能的高低直接决定了风电机组的转换效率，对风力机建模的具体方法为：风力 机捕获的风功率为：式中：Cp为风力机的功率系数；P为空气密度；A为风轮的扫风面积；V。为风速； 功率系数Cp与桨距角、叶尖速比密切相关，其极限最大值为影响风力机能量转换的另一个重要系数为叶尖速比，定义为式中：R为叶片半径；Ω为风力机转速；v为风速。3. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（1)中，双馈发电机是指绕线式异步电机的定转子三相绕组分别接到两个独立的 三相对称电源，转子电源电压的幅值、频率和相位则需按运行要求分别进行调节，异步电机 的电磁功率为式中：e〇s#2是转子回路的功率因数； 机械功率定义为电磁转矩定义为式中：Ω为转子角速度；s转差率；η和Ii1分别为转子转速和同步转速；Ω i为同步角速 度。4. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（2)中，通过对短路电流、开路电压、最大工作点电压和电流进行数据拟合确定， 具体表达式如下：式中：IS。为短路电流；V。。为开路电压；Vni为最大工作点电压；Ini为最大工作点电流； Traf为参考温度，S 为参考辐照度；a、b和c为常数；V为光伏阵列端口电压；DT为温度偏 差；S为辐照度偏差。5. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（3)中，储能单元的三阶模型为：电源E。的正极经过电阻r串联有两个包含并联 的电容和电阻的电路后，连接电阻私，且电源E。的正极的电流为I "，则：其中，Eni。为等效电动势Eni初值；R。。为等效电阻R。在一定荷电状态下的初值；R 1。为等 效电阻R1在一定荷电状态下的初值；Rm为等效电阻R2在一定荷电状态下的初值；K E为常 数，其值大小与电池类型有关；A。，A2。，A21，A22是与电池荷电状态SOC和放电状态DOC相关 的常数。6. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（3)中，储能单元的电池荷电状态SOC和放电深度DOC的表达式如下：式中：C(I，Θ )是电池容量，与电流和电解液温度有关；C。为0°C下以参考电流Γ放电 得到的容量；Θ f为电解液冰点温度；K。，ε，δ为经验系数；SOC表示在温度Θ给定的条件 下，电池相对于其最大容量的充满程度；DOC表示的是以实际恒定电流I，电流变化时以平 均电流Iavg替代，放电时得到的电容容量的充满程度。7. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（3)中，电流关系满足其中：Ce为电池热容；Θ为电解液温度；R e为电池与周围环境之间的热阻；Θ a为周围 环境的温度；PS为热源功率，该参数反应电流内部放出的热量。8. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（4)中，下垂控制策略中包含三层控制，最外层为频率电压下垂控制，内层为功率 控制，最里层为电流控制，通过功率计算得到的Pral和q 进行低通滤波后分别与P 和Q 比较，得到的差量经过PI环节逐渐消除，电流闭环则引入ijP i q，随后加入PI环节，输出 的i μ用来控制桥型电路的触发脉冲。9. 如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（5)中，稳态运行的微网协调策略为：储能根据SOC值的大小，定义三个 工作状态：低电压状态、正常运行状态和高电量状态，当SOC < 0. 2时为低电压状态，当 SOC e 〇. 2~0. 8时，为正常运行状态，当SOC > 0. 8时，为高电量状态； (1) 高电量状态下，为防止储能电池过充，需要限制储能电池的充电功率，而放开放电 功率，使得电池尽快工作在正常运行状态下； 净负荷A匕为正时，放电功率P b= min { Δ P " PbJ，当放电功率小于净负荷时，切掉部 分负荷； 净负荷为负时，储能功率Pb= 〇,风光限制出力，平均分摊净负荷，保证净负荷为 零； (2) 正常运行状态下，净负荷为正时，风电机组和光伏发电单元运行在最大功率跟踪模 式下，放电功率Pb= min {△ P ^ PbniaJ，当放电功率小于净负荷时，切掉部分负荷； 净负荷为负时，储能电池功率维持不变，以尽量减小对储能的调节，风光限功率运行， 按照功率比限制负荷，以保证风电和光伏具有一定的功率调整空间，为参与微网的功率支 撑奠定基础； (3) 低电量状态下，储能尽可能处于充电状态，以保证功率补偿作用，使其工作在最优 状态下； 净负荷为正时，风光运行在MPPT模式下，放电功率Pb= min { Δ P u kb · PbniaJ，当放电功 率小于净负荷时，切掉部分负荷，kb为储能的限功率系数，由kb= S0C/0. 2确定，其中SOC 为当前值，〇. 2为低电量阈值； 净负荷为负时，风光运行在MPPT模式下，充电功率为Pb= min{-A P u kb · PbnJ，当充 电功率仍小于负的净负荷时，风光限制出力，以实现功率平衡。10.如权利要求1所述的一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，其特征是： 所述步骤（5)中，扰动情况下的下垂控制策略为：对各微源的下垂系数进行自适应调整：式中，SPs、SPpv、SPf分别为储能电池、光伏发电单元和风机的功率裕度，其应取各自上 下限功率裕度的较小值；ks、kf、kpv分别为储能电池、风力发电单元和光伏发电单元控制器 的下垂系数，且1保持不变，为基础参考系数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于自适应下垂控制的风光储微网调频方法，包括以下步骤：对风力机、双馈发电机建模，构建风力发电机组的模型；通过对短路电流、开路电压、最大工作点电压和电流进行数据拟合确定光伏发电系统的模型；描述蓄电池内部蓄电池荷电状态和放电深度、电流、电解液温度之间的关系，构建储能单元的三阶模型；利用最外层为频率电压下垂控制、内层为功率控制、最里层为电流控制的下垂控制策略对分布式电源进行控制；通过自适应控制方法调整风力发电机组、光伏发电系统和储能单元的下垂系数，进行、稳态运行情况下和扰动情况下的最优功率分配。本发明有效降低了电池储能的充放电次数和调节压力。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/32
【公开号】CN105162167
【申请号】CN201510644522
【发明人】麻常辉, 邢鲁华, 刘超男, 苏欣, 张磊, 杨冬, 张丹丹, 张鹏飞, 周春生, 李文博, 蒋哲, 武乃虎
【申请人】国网山东省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月30日