本发明涉及一种带蓄电池soc反馈的虚拟同步发电机系统控制方法，属于电力电子控制技术领域。
背景技术：
随着全球能源问题日益严重，分布式发电受到世界各国的广泛关注。作为分布式能源与配电网的纽带，并网逆变器的功能被深入挖掘。在传统电力系统中，同步发电机起着调节系统频率的作用；常规并网逆变器几乎没有转动惯量，无法为电网提供必要的电压和频率的支撑。借鉴传统电力系统的运行经验，希望在并网逆变器的功率外环中引入类似于同步发电机的电压和频率的调差特性，既能提高含并网逆变器的分布式发电系统和微电网的运行性能，也能方便地将一些传统电网的运行控制策略移植到微电网中。为此，提出了虚拟同步发电机技术。
虚拟同步发电机作为并网逆变器的一种控制方式，通过虚拟惯量和虚拟阻尼模拟同步发电机的某些特性。在模拟惯性环节时，需要额外配置一定量的储能单元。常用的储能单元有蓄电池、超级电容等。高能量密度的蓄电池循环使用寿命较短，高功率密度的超级电容，所能存储的能量有限。采用蓄电池和超级电容组成的混合储能，可实现两种储能之间的优势互补。
由于分布式电源的间歇性和负荷的不确定性，系统发生功率波动时，通过混合储能的充放电，平抑功率波动，维持系统运行稳定。现有的控制方法，对功率波动在储能间进行分配，但是没有考虑蓄电池soc的，而蓄电池作为高能量密度型元件，功率响应较慢，不适宜频繁的充放电，过充会影响其使用寿命。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种带蓄电池soc反馈的虚拟同步发电机系统控制方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种带蓄电池soc反馈的虚拟同步发电机系统控制方法，当系统发生功率波动时，通过虚拟同步发电机直流侧电压偏差值对蓄电池和超级电容进行功率分配，比较蓄电池实时soc与充电上限的关系，判断蓄电池所处状态，根据不同状态切换储能侧boost电路和光伏侧dc/dc电路的工作模式，维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定。
当socmin<实时soc<socmax时，蓄电池处于正常充放电阶段，其中socmin和socmax为充电上下限；当实时soc＝socmax时，蓄电池到达充电上限阶段。
当蓄电池处于正常充放电阶段，储能侧boost电路工作在稳压控制模式，用以维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定，光伏侧dc/dc电路工作在mppt模式。
储能侧boost电路的稳压控制模式采用传统双环控制。
当蓄电池到达充电上限阶段，蓄电池停止充电，光伏侧dc/dc电路由mppt模式切换至稳压控制模式，用以维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定。
光伏侧dc/dc电路的稳压控制模式采用传统双环控制。
通过虚拟同步发电机直流侧电压偏差值对蓄电池和超级电容进行功率分配，即令超级电容补偿高频功率波动，蓄电池补偿低频功率波动。
本发明所达到的有益效果：本发明根据蓄电池的状态切换boost电路和dc/dc电路的工作模式，维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定，在系统发生功率波动时，通过虚拟同步发电机直流侧电压偏差值对蓄电池和超级电容进行功率分配，维持系统稳定运行的同时，避免蓄电池过充，一定程度的延长储能的使用寿命。
附图说明
图1为带混合储能的虚拟同步发电机系统拓扑图；
图2为蓄电池soc反馈控制流程图；
图3为带soc反馈控制的boost电路控制框图；
图4为蓄电池与超级电容功率波动波形图；
图5为虚拟同步发电机输出有功功率波形图；
图6为虚拟同步发电机输出无功功率波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，带混合储能的虚拟同步发电机系统的整体拓扑结构，蓄电池经过boost电路与超级电容相连接，两者所构成的混合储能单元与光伏模块共同并联在虚拟同步发电机的直流侧，混合储能单元可在光伏出力不足或出力剩余时分别进行放电或能量存储，以维持系统的稳定运行。
上述虚拟同步发电机系统控制方法，具体如下：
当系统发生功率波动时，通过虚拟同步发电机直流侧电压偏差值对蓄电池和超级电容进行功率分配，比较蓄电池实时soc与充电上限的关系，判断蓄电池所处状态，根据不同状态切换储能侧boost电路和光伏侧dc/dc电路的工作模式，维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定。
根据储能元件自身特点，超级电容充放电速度快，在波动瞬间迅速进行补偿，即超级电容补偿高频功率波动；蓄电池循环寿命较短，为了限制其充放电功率的变化率，主要补偿低频部分且速度平缓，即蓄电池补偿低频功率波动。
由虚拟同步发电机的机械方程
式中：h为惯性时间常数，d为阻尼系数，tm为机械转矩，te为电磁转矩，td为阻尼转矩，j为转动惯量，ω为同步发电机的机械角速度，ω0为电网同步角速度，dδω为由于频率变化引起负载功率变化量，δpe为分布式电源的变化功率或者负载的变化功率；等式右边为虚拟同步发电机功率变化，其中机械功率变化量δpm与频率偏差δω有关，-2hdδω/dt为由虚拟同步发电机虚拟惯性所引起的功率变化，与系统频率变化率成正比；
根据能量守恒原理，可得：
其中，δpbat,δpsc分别为蓄电池功率变化量和超级电容功率变化量，将变化较为缓慢的δpm等效为蓄电池的功率变化量，-2hdδω/dt的变化速率较快，将其等效为超级电容的功率变化量。
如图2所示，当socmin<实时soc<socmax时，蓄电池处于正常充放电阶段，其中，socmin和socmax为充电上下限，储能侧boost电路工作在稳压控制模式，这里稳压控制模式采用传统双环控制(电压外环、电流内环的双环控制)，用以维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定，具体控制如图3所示，其中switch用于切换蓄电池正常充放电过程与充电达到上限时系统的工作方式，光伏侧dc/dc电路工作在mppt模式。当实时soc＝socmax时，蓄电池到达充电上限阶段，蓄电池停止充电，处于待机状态，光伏侧dc/dc电路由mppt模式切换至稳压控制模式，这里稳压控制模式也采用传统双环控制，用以维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定。
蓄电池正常充放电阶段和到达充电上限阶段，虚拟同步发电机直流侧始终需提供稳定输出，以保持虚拟同步发电机直流侧电压uvsgdc稳定，并通过电压偏差值δuvsgdc对蓄电池和超级电容进行功率分配，虚拟同步发电机直流侧电压偏差量参考值δuvsgdcref与系统的频率f成正比，δuvsgdcref＝kfv(f-f0)，其中kfv为调节系数，f0是系统额定频率(为50hz)，当系统由于负载突增或突降而导致频率的骤降或骤升时，δuvsgdcref也会相应的骤降或骤升，可使得储能元件进行相应的放电或充电，恢复系统稳定运行。
为了进一步说明上述方法，进行以下仿真实验。在matlab/simulink中按照图1所示的拓扑结构，搭建带蓄电池soc反馈的虚拟同步发电机系统模型，系统参数如表1所示。
表1系统参数
虚拟同步发电机(vsg)有功/无功功率参考值分别为5kw/0var，在仿真t＝0.5s时，负载突增，而光伏出力不变，故储能需放电补偿光伏出力不足。如附图4所示，超级电容迅速放电，蓄电池平滑放电；在仿真t＝0.8s时，光照强度突增，由于光伏侧dc/dc的最大功率跟踪，光伏出力剩余，超级电容迅速充电，蓄电池平滑充电；仿真t＝1.7s时，由于蓄电池充电达到上限，充电停止，处于待机状态，由光伏侧dc/dc稳定vsg直流侧电压。由附图5和6可知，在整个过程中，系统始终保持稳定运行，vsg输出功率跟随指令值。
上述方法根据蓄电池的状态切换boost电路和dc/dc电路的工作模式，维持虚拟同步发电机直流侧电压稳定，在系统发生功率波动时，通过虚拟同步发电机直流侧电压偏差值对蓄电池和超级电容进行功率分配，维持系统稳定运行的同时，避免蓄电池过充，一定程度的延长储能的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。