一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光伏‑储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置，通过给传统光伏逆变器的光伏母线上增加接有储能元件的直流变换器，实现了对同步发电机转动惯量的模拟，当电网频率降低时，直流变换器通过向电网输送有功来支撑电网频率，模拟同步发电机释放储存的动能；当电网频率升高时，直流变换器通过吸收有功来支撑电网频率，模拟同步发电机将多余的能量储存起来，让光伏逆变器具有同步发电机的外特性，实现有功功率的一次调频，提高了电力系统的运行稳定性，对电网进行足够的有功支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式发电
，具体涉及一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置。
技术介绍
目前，分布式发电因其对环境友好、运行经济等特点在电力系统中受到了越来越多的应用，分布式能源大多通过光伏逆变器接入电网，光伏逆变器具有响应速度快、控制灵活等特点，但也存在缺乏惯性、阻尼等问题；加之分布式能源的波动性和随机性，大量光伏逆变器的接入对电网的稳定运行带来了挑战。虚拟同步发电机是利用光伏逆变器模拟同步发电机特性的一种技术，同步发电机具有对电网天然友好的优势，当电网的频率受到扰动减小时，同步发电机可以将一部分储存的动能转换为电能来支撑频率；当电网的频率受到扰动增大时，同步发电机可以将系统多余的能量转换为动能储存起来。虚拟同步发电机可以模拟同步发电机的转动惯量，以及一次调频和一次调压功能，对提高电力系统稳定性有很大帮助。然而对于传统的光伏光伏逆变器，由于其功率不能反向流动，且输出功率受到光伏板最大功率的限制，在电网频率波动时无法对电网进行足够的有功支撑，难以实现虚拟同步发电机的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置，用于解决传统的光伏光伏逆变器一次调频效果差、无法对电网进行足够的有功支撑的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法，包括以下方法方案：方法方案一，包括以下步骤：1)采集电网电压的频率fg；2)当所述频率fg小于电网额定频率f时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器有功功率按照下式给定：式中，Pz为直流变换器有功功率，Jv为虚拟同步发电机的虚拟惯量，ωg为电网电压的角频率，公式为ωg＝2πfg，kf为一次调频系数，ω为电网额定角频率，公式为ω＝2πf；当所述频率fg大于电网额定频率f时，直流变换器有功功率给定式不变，光伏逆变器的有功功率按照下式给定：式中，Pn为光伏逆变器有功功率，PMPPT为光伏板最大功率；3)对光伏逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，对直流变换器进行功率闭环控制和电流闭环控制，实现一次有功调频。方法方案二，在方法方案一的基础上，当(f-fgt)<fg<(f+fgt)时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器运行于休眠模式，直流变换器有功功率给定值为零；所述fgt为设定的频率门槛值。方法方案三，在方法方案一的基础上，将直流变换器的有功功率给定值Pz限制在直流变换器的最大功率内，进行功率闭环控制，经PI调节后通过电压偏差控制，输出直流变换器的电流参考信号，进行电流闭环控制。方法方案四、五、六，分别在方法方案一、二、三的基础上，还包括采集电网电压幅值Ug的步骤，将光伏逆变器的无功功率按照下式给定：ΔQn＝kQ(U-Ug)式中，ΔQn为光伏逆变器的无功功率，kQ为一次调压系数，U为电网电压幅值的额定值。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制装置，包括以下装置方案：装置方案一，包括以下单元：采集单元，用于采集电网电压的频率fg；功率给定单元，用于当所述频率fg小于电网额定频率f时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器有功功率按照下式给定：式中，Pz为直流变换器有功功率，Jv为虚拟同步发电机的虚拟惯量，ωg为电网电压的角频率，公式为ωg＝2πfg，kf为一次调频系数，ω为电网额定角频率，公式为ω＝2πf；当所述频率fg大于电网额定频率f时，直流变换器有功功率给定式不变，光伏逆变器的有功功率按照下式给定：式中，Pn为光伏逆变器有功功率，PMPPT为光伏板最大功率；控制单元，用于对光伏逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，对直流变换器进行功率闭环控制和电流闭环控制，实现一次有功调频。装置方案二，在装置方案一的基础上，还包括用于当(f-fgt)<fg<(f+fgt)时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器运行于休眠模式，直流变换器有功功率给定值为零；所述fgt为设定的频率门槛值的单元。装置方案三，在装置方案一的基础上，还包括用于将直流变换器的有功功率给定值Pz限制在直流变换器的最大功率内，进行功率闭环控制，经PI调节后通过电压偏差控制，输出直流变换器的电流参考信号，进行电流闭环控制的单元。装置方案四、五、六，分别在装置方案一、二、三的基础上，还包括用于采集电网电压幅值Ug的步骤，将光伏逆变器的无功功率按照下式给定的单元：ΔQn＝kQ(U-Ug)式中，ΔQn为光伏逆变器的无功功率，kQ为一次调压系数，U为电网电压幅值的额定值。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置，通过给传统光伏光伏逆变器的光伏母线上增加接有储能元件的直流变换器，实现了对同步发电机转动惯量的模拟，当电网频率降低时，直流变换器通过向电网输送有功来支撑电网频率，模拟同步发电机释放储存的动能；当电网频率升高时，直流变换器通过吸收有功来支撑电网频率，模拟同步发电机将多余的能量储存起来，让光伏逆变器具有同步发电机的外特性，实现有功功率的一次调频，提高了电力系统的运行稳定性，实现对电网足够的有功支撑。附图说明图1是本专利技术的系统结构图；图2是本专利技术另一种系统结构图；图3是本专利技术直流变换器的控制框图；图4是本专利技术虚拟同步机控制方法的控制流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法的实施例：该方法是基于如图1所示的光伏并网系统的虚拟同步机控制方法，该光伏并网系统包括光伏电池板、直流变换器和光伏逆变器，直流变换器一端连接直流母线，一端连接储能元件，直流母线连接光伏逆变器的直流侧，光伏逆变器的交流侧连接变压器后接入电网。采集电网电压的频率fg，当该频率小于电网额定频率f时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器有功功率按照下式给定：式中，Pz为直流变换器有功功率，Jv为虚拟同步发电机的虚拟惯量，ωg为电网电压的角频率，公式为ωg＝2πfg，kf为一次调频系数，ω为电网额定角频率，公式为ω＝2πf。当电网电压的频率fg大于电网额定频率f时，直流变换器有功功率给定式不变，光伏逆变器的有功功率按照下式给定：式中，PMPPT为光伏板最大功率。对光伏逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，对直流变换器进行功率闭环控制和电流闭环控制，实现一次有功调频。本实施例中直流换流器的控制框图如图3所示，通过离散微分环节对电网频率ωg进行微分，其中T1可取1，T2取为十倍的控制周期，电网频率的微分再乘以-Jvωg得到虚拟惯性对应的功率；额定频率ω与实际频率ωg作差乘以kf可以得到一次调频对应的功率，将其与虚拟惯性对应的功率求和作为功率环的给定值Pz，将功率给定值Pz限制在直流变换器的最大功率50kW以内，得到参考值Pref，通过功率闭环控制可以得到电流参考信号，为了确保超级电容不会过充或者过放，对超级电容端电压进行偏差控制，控制环输出作为电流给定值，再进行相应的电流闭环控制。本实施例中比较电网电压的频率fg和电网额定频率f前，将电网电压的频率fg和电网额定频率f作差求绝对值，当该绝对值小于设定的频率门槛值fgt时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器运行于休眠模式，直流变换器有功功率给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏‑储能系统的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电网电压的频率fg；2)当所述频率fg小于电网额定频率f时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器有功功率按照下式给定：Pz=-Jvωgdωgdt+kf(ω-ωg)]]>式中，Pz为直流变换器有功功率，Jv为虚拟同步发电机的虚拟惯量，ωg为电网电压的角频率，公式为ωg＝2πfg，kf为一次调频系数，ω为电网额定角频率，公式为ω＝2πf；当所述频率fg大于电网额定频率f时，直流变换器有功功率给定式不变，光伏逆变器的有功功率按照下式给定：Pn=PMRPPT-Jvωgdωgdt+kf(ω-ωg)]]>式中，Pn为光伏逆变器有功功率，PMPPT为光伏板最大功率；3)对光伏逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，对直流变换器进行功率闭环控制和电流闭环控制，实现一次有功调频。

【技术特征摘要】
1.一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电网电压的频率fg；2)当所述频率fg小于电网额定频率f时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器有功功率按照下式给定：Pz=-Jvωgdωgdt+kf(ω-ωg)]]>式中，Pz为直流变换器有功功率，Jv为虚拟同步发电机的虚拟惯量，ωg为电网电压的角频率，公式为ωg＝2πfg，kf为一次调频系数，ω为电网额定角频率，公式为ω＝2πf；当所述频率fg大于电网额定频率f时，直流变换器有功功率给定式不变，光伏逆变器的有功功率按照下式给定：Pn=PMRPPT-Jvωgdωgdt+kf(ω-ωg)]]>式中，Pn为光伏逆变器有功功率，PMPPT为光伏板最大功率；3)对光伏逆变器进行功率闭环控制和电流闭环控制，对直流变换器进行功率闭环控制和电流闭环控制，实现一次有功调频。2.根据权利要求1所述的光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，当(f-fgt)<fg<(f+fgt)时，光伏逆变器运行于MPPT模式，直流变换器运行于休眠模式，直流变换器有功功率给定值为零；所述fgt为设定的频率门槛值。3.根据权利要求1所述的光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，将直流变换器的有功功率给定值Pz限制在直流变换器的最大功率内，进行功率闭环控制，经PI调节后通过电压偏差控制，输出直流变换器的电流参考信号，进行电流闭环控制。4.根据权利要求1-3任一项所述的光伏-储能系统的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，还包括采集电网电压幅值Ug的步骤，将光伏逆变器的无功功率按照下式给定：ΔQn＝kQ(U-Ug)式中，ΔQn为光伏逆变器的无功功率，kQ为一次调压系数，U为电网电压幅值的额定值。5.一种光伏-储能系统的虚拟同步发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎阳，张海龙，王林，黄辉，肖飞，曹建博，白金刚，焦照旭，朱斯，史学伟，刘汉民，王杨，
申请(专利权)人：西安许继电力电子技术有限公司，许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，国网新源张家口风光储示范电站有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61