一种适用于储能系统的新型虚拟同步发电机控制方法与流程

本发明涉及一种新型虚拟同步发电机控制方法，尤其是一种适用于储能系统的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术：

以风能、太阳能为代表的分布式发电技术是人类应对能源危机和环境污染的重要手段之一，近年来越来越受到重视。电力电子装置做为可再生能源发电单元与电网的接口，起着将分布式能源发出的电能转变为交流形式向电网输送的重要作用。早期接入电网的分布式电源容量较小，对电网影响较小。随着分布式能源在电力系统中的渗透率不断增加，基于电力电子装置的分布式能源不具备有利于保持系统稳定运行的旋转惯性和阻尼分量，对电力系统的安全稳定带来了新的影响和挑战。虚拟同步发电机控制是近年来提出的一种增加电力电子装置惯性和阻尼的新型控制技术。国内外学者对虚拟同步发电机控制技术开展了大量研究。

中国专利201610157993.2公布了一种并联虚拟同步发电机分布式协同运行控制方法及系统，该系统包括下垂控制单元、频率恢复单元、有功分配单元、一致性控制单元，可以实现系统的功率分配、频率恢复以及稳定可靠运行。但该方法需要相邻的虚拟同步发电机的信息交互，并且只考虑了系统有功分配和频率恢复，没有涉及无功和电压的问题。

中国专利201510141388.1公布了一种基于虚拟同步发电机的户用并网逆变器控制策略。该方法在并网逆变器中引入虚拟同步发电机的数学模型，并在并网逆变器的控制环节中加入同步发电机的控制方法，利用并网逆变器进行孤岛检测，当电网侧发生故障能够快速切换到离网运行状态，该方法可以使户用中小发电功率的并网逆变器在输入输出特性上与同步发电机等效，使逆变器能够主动参与对电力系统电压和频率的协调控制。

现有虚拟同步发电机技术借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程来控制并网装置，使得并网装置的输出特性具备下垂特性和转动惯量，实现并网装置对电网的“友好”接入，但该技术基于同步发电机的数学模型，实现方法过于复杂，响应速度慢，下垂控制和转动惯量控制耦合度很高，无法实现解耦控制。

技术实现要素：

本发明要技术解决问题：解决储能系统对电网的“友好”接入问题，并模拟虚拟同步发电机的特性增加电网惯性，使储能系统主动参与电网频率和电压调节，稳态控制可以提高储能系统对电网的稳定性，根据电网频率和电压实时调整储能系统的有功和无功输出，实现储能系统“友好”地接入电网；暂态控制可以增加电网的惯性，提高电网的稳定性。稳态控制和暂态控制可以实现独立解耦控制，并且实现方法简单，响应速度快。

本发明技术解决方案：一种适用于储能系统的虚拟同步发电机控制方法，包括有功虚拟同步发电机控制方法和无功虚拟同步发电机控制方法两部分；有功虚拟同步发电机控制方法包括有功稳态下垂控制和有功暂态惯性控制方法，无功虚拟同步发电机控制方法包括无功稳态下垂控制和无功暂态惯性控制，有功稳态下垂控制和无功稳态下垂控制提高储能系统对电网的稳定性，根据电网频率和电压实时调整储能系统的有功和无功输出，实现储能系统“友好”地接入电网；有功暂态惯性控制和无功暂态惯性控制增加电网的惯性，提高电网的稳定性；将有功虚拟同步发电机控制方法产生的实际有功参考值p^*ref与无功虚拟同步发电机控制方法产生的实际无功参考值q^*ref经过储能双向变换器控制策略生成调节信号△s，调节信号△s经过pwm调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器。

具体过程如下：

1.一种适用于储能系统的新型虚拟同步发电机控制方法中有功虚拟同步发电机控制方法包括有功稳态下垂控制和有功暂态惯性控制，实现步骤如下：

1)计算有功稳态下垂控制的稳态参考有功偏离值△pref1、有功暂态惯性控制的暂态参考有功偏离值△pref2、参考有功偏离值△pref和实际有功参考值p^*ref；

2)将稳态参考有功偏离值△pref1与暂态参考有功偏离值△pref2相加，得到参考有功偏离值△pref，给定有功参考值pref与参考有功偏离值△pref相加得到实际有功参考值p^*ref,如下式：

2.将电网额定频率值fref与电网实际频率值f1相减得到电网频率偏离值△f，电网频率偏离值△f乘以给定的有功稳态下垂系数k1，得到储能双向变换器的稳态参考有功偏离值△pref1，如下式：

△pref1＝k1*△f。

3.对电网频率偏离值△f进行判断，当△f>0时，给定暂态参考有功偏离系数k3＝1,当电网频率偏离值△f<0时，给定暂态参考有功偏离系数k3＝-1；给定暂态有功惯性系数k2乘以电网频率偏离值△f的绝对值，得到暂态参考有功绝对值暂态参考有功偏离系数k3乘以暂态参考有功绝对值得到暂态参考有功偏离值△pref2，如下式：

4.将稳态参考有功偏离值△pref1与暂态参考有功偏离值△pref2相加，生成参考有功偏离值△pref，给定有功参考值pref与参考有功偏离值△pref相加，得到实际有功参考值p^*ref,实际有功参考值p^*ref不能大于给定最大有功参考值pmax或者不能小于给定最小有功参考值pmin，如下式：

pmin≤p^*ref≤pmax。

5.一种适用于储能系统的新型虚拟同步发电机控制方法中无功虚拟同步发电机控制方法包括无功稳态下垂控制和无功暂态惯性控制，实现步骤如下：

1)计算无功稳态下垂控制的稳态参考无功偏离值△qref1、无功暂态惯性控制的暂态参考无功偏离值△qref2、参考无功偏离值△qref和实际无功参考值q^*ref；

2)将稳态参考无功偏离值△qref1与暂态参考无功偏离值△qref2相加得到参考无功偏离值△qref，给定无功参考值qref与参考无功偏离值△qref相加得到实际无功参考值q^*0ref,如下式：

6.将电网额定电压有效值vref与电网实际电压有效值v1相减得到电网电压偏离值△v，电网电压偏离值△v乘以给定的无功稳态下垂系数k4，得到稳态参考无功偏离值△qref1，如下式：

△qref1＝k4*△v。

7.对电网电压偏离值△v进行判断，当△v>0时，给定暂态参考无功偏离系数k5＝1,当△v<0时，给定暂态参考无功偏离系数k5＝-1；给定暂态无功惯性系数k6乘以电网电压偏离值△v的绝对值，得到暂态参考无功绝对值暂态参考无功偏离系数k5乘以暂态参考无功绝对值得到暂态参考无功偏离值△qref2,如下式：

8、将稳态参考无功偏离值△qref1与暂态参考无功偏离值△qref2相加，得到参考无功偏离值△qref，给定无功参考值qref与参考无功偏离值△qref相加，得到实际无功参考值q^*ref,实际无功参考值q^*ref不能大于给定最大无功参考值qmax或者不能小于给定最小无功参考值qmin，如下式：

qmin≤q^*ref≤qmax。

9.将实际有功参考值p^*ref与实际无功参考值q^*ref经过储能双向变换器控制策略生成调节信号△s，调节信号△s经过pwm调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器工作。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明中有功虚拟同步发电机控制方法包括的功稳态下垂控制和有功暂态惯性控制完全独立控制，无功虚拟同步发电机控制方法包括无功稳态下垂控制和无功暂态惯性控制完全独立控制。本发明与现有技术相比的优点在于实现了稳态下垂控制与暂态惯性控制的完全解耦的完全解耦，实现方法简单，响应速度更快。

附图说明

图1为基于本发明的储能系统控制原理图；

图2为本发明中有功虚拟同步发电机控制方法控制原理图；

图3为本发明无功虚拟同步发电机控制方法控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种适用于储能系统的虚拟同步发电机控制方法包括有功虚拟同步发电机控制方法与无功虚拟同步发电机控制方法两部分。实际有功参考值p^*ref减去实际有功值，得到有功偏差值。实际无功参考值q^*ref减去实际无功值，得到无功偏差值。有功偏差值与无功偏差值经过储能双向变换器pi控制策略，得到调节信号△s，调节信号△s经过pwm调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器工作，输出给定有功功率和无功功率。

如图2所示，将电网额定频率fref与电网实际频率值f1相减得到电网频率偏离值△f，电网频率偏离值△f乘以给定的有功稳态下垂系数k1，得到储能双向变换器的稳态参考有功偏离值△pref1。对电网频率偏离值△f进行判断，当△f>0时，给定暂态参考有功偏离系数k3＝1,当△f<0时，给定暂态参考有功偏离系数k3＝-1。给定暂态有功惯性系数k2乘以电网频率偏离值△f的绝对值，得到暂态参考有功绝对值给定暂态参考有功偏离系数k3乘以暂态参考有功绝对值得到暂态参考有功偏离值△pref2。稳态参考有功偏离值△pref1与暂态参考有功偏离值△pref2相加得到参考有功偏离值△pref，给定有功参考值pref与参考有功偏离值△pref相加得到实际有功参考值p^*ref。实际有功参考值p^*ref不能大于给定最大有功参考值pmax或者不能小于给定最小有功参考值pmin。

如图3所示，将电网额定电压有效值vref与电网实际电压有效值v1相减得到电网电压偏离值△v，电网电压偏离值△v乘以给定的无功稳态下垂系数k4，得到储能双向变换器的稳态参考无功偏离值△qref1。对电网电压偏离值△v进行判断，当△v>0时，给定暂态参考无功偏离系数k5＝1,当△v<0时，给定暂态参考无功偏离系数k5＝-1。给定暂态参考无功惯性系数k6乘以电网电压偏离值△v的绝对值，得到暂态参考无功绝对值给定暂态无功惯性系数k6乘以暂态参考无功绝对值得到暂态参考无功偏离值△qref2。稳态参考无功偏离值△qref1与暂态参考无功偏离值△qref2相加得到参考无功偏离值△qref，给定无功参考值pref与参考无功偏离值△qref相加，得到实际无功参考值q^*ref。实际无功参考值q^*0ref不能大于给定最大无功参考值qmax或者不能小于给定最小无功参考值qmin。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。