一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，涉及智能电网储能发电控制技术领域。技术方案是：首先是直流侧采用虚拟直流电机控制策略，模拟直流电机特性，增强系统惯性；其次是增设自适应参数控制环节；交流侧控制划分为两个层次来实现，即基本的虚拟同步电机控制和自适应参数环节设计；对于控制策略中的惯性本质进行分析，从原理出发，分析储和变换器本体惯性计算方法。本发明专利技术结构完整，交流侧直流侧控制策略互不影响，且简化了控制过程，提升了暂态性能，进一步降低波动幅值，缩短了达到稳定的时间，对频繁的负荷波动具有更强的适应性，对微网内储能系统的控制和保障交流频率、直流电压稳定运行具有指导意义。导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，涉及智能电网储能发电控制


技术介绍

[0002]大量的分布式储能和新能源发电的广泛应用改变了原有的电网结构，也给电力系统带来新的挑战。智能电网作为新型的供用电模式正在蓬勃发展。随着经济社会的创新发展，分布式储能和负荷的种类与应用越来越多，单纯的交流微网无法满足现有需求，为此交直流微网被看作是一种经济可靠的新选择。交直流微网作为新型的供电形式，既能够与电网并网运行，也能够在故障时切离电网孤岛运行。同时交流侧与直流侧均具备独立运行的能力，并通过电力电子变换器进行能量交互。
[0003]交流侧逆变器的控制策略多采用下垂控制，但下垂控制缺乏惯性，无法满足支撑频率和电压的需求。为此近年来模拟电机特性的虚拟同步机控制得到广泛的研究，虚拟同步机控制策略能够提升电网惯性从而提高系统稳定性。但面对复杂多变的负荷波动，固定参数的控制策略无法实现更优的控制效果。直流侧变换器的控制策略也是以下垂控制居多，同样缺乏惯性，无法更好的应对负荷波动和其他扰动，同时下垂控制是有差控制，由于下垂电阻的存在使得在发生负荷波动时，直流母线电压无法稳定在额定值，而会出现电压偏差，也不利于系统稳定。对于最新提出的虚拟直流电机控制策略与虚拟同步发电机策略类似，同样存在固定参数无法更好的应对负荷扰动的问题。
[0004]同时目前大部分研究主要针对单独的交流侧虚拟同步电机控制研究或单独的直流侧虚拟直流电机控制研究，缺乏完整的系统的直流微网储能虚拟电机控制。同时并未考虑储能本体的惯性与系统惯性的关系，没有对惯性本质进行分析，给出惯量幅值限制的具体方法。由此可见，研究基于自适应虚拟电机策略的微网储能分层分布式控制，在保障系统稳定的同时更好的应对负荷波动，实现储能单元灵活的“即插即用”显得十分必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，通过交流侧分层分布式的虚拟同步电机控制策略，包括底层的自适应虚拟同步发电机控制，平缓暂态过程，缩短达到稳态时间，实现一次调频；直流侧采用自适应虚拟直流电机控制保障直流母线电压的稳定更好应对暂态波动；最后充分分析惯性本质，结合储能和变换器本体惯性，给出计算方法和相应建议，解决了
技术介绍
中存在的问题。
[0006]为了实现上述内容，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，包含如下步骤：
[0008]S1、首先是直流侧需要保障直流母线电压稳定，主要采用虚拟直流电机控制策略，模拟直流电机特性，增强系统惯性，提升应对负荷波动和扰动的能力；其次是增设自适应参数控制环节，惯量阻尼参数能够随暂态波动而改变，进一步提升暂态稳定性；
[0009]S2、交流侧控制划分为两个层次来实现，即：基本的虚拟同步电机控制和自适应参数环节设计；
[0010]S3、对于控制策略中的惯性本质进行分析，从原理出发，分析储和变换器本体惯性计算方法，并给出相应建议，实现资源合理利用。
[0011]优选地，在步骤S1中，直流侧主要包括以下步骤：
[0012](1)首先引入直流侧虚拟直流电机控制策略，包括电压控制环节、机械和转子控制环节、电流内环控制环节，实现储能单元的放电控制，稳定直流母线电压，使其能够稳定在额定值附近，并且保障在发生波动后能够恢复到额定值；
[0013](2)对虚拟直流电机控制策略进行小信号分析，分析当负荷功率发生改变时，惯量和阻尼参数对系统稳定性的影响，得到暂态过程各阶段惯量和阻尼参数的变化规律，以母线电压偏差为基础设计虚拟直流电机自适应环节，使得惯量和阻尼参数更好地适应负荷变化，与固定参数控制相比，进一步降低母线电压波动的幅值，缩短其恢复稳定的时间。
[0014]优选地，在步骤S2中，交流侧主要包括以下步骤：
[0015](1)首先是交流侧底层的自适应虚拟同步电机控制策略，模拟同步发电机运行特性，包括功率计算环节、有功频率环节、无功电压环节、机械转矩环节、电磁环节、电压电流环控制环节和PWM调制环节，以实现分布式储能的快速响应，实现功率分配和频率稳定；
[0016](2)虚拟同步发电机模拟同步发电机的特性，根据同步发电机的功角曲线、频率振荡曲线分析虚拟同步发电机的暂态过程；转动惯量和阻尼取值不同，直接影响到系统的动态响应，转动惯量取值较小时，系统响应较快，但是对频率的支撑不明显，转动惯量取值过大时，调节时间大大延长，但是对频率支撑效果明显，阻尼参数过大频率偏差过大，因此通过分析交流侧功角曲线和角频率变化曲线，将交流侧输出功率偏差与虚拟惯量和阻尼建立联系，使得暂态过程能够更加平稳，而且缩短了波动时间。
[0017]优选地，在步骤S3中，惯性分析计算主要包括以下步骤：
[0018](1)目前少部分研究虽然考虑了虚拟惯量最大值取值方法，但没有考虑储能单元的惯性与变换器惯性之间的联系，通过分析其他事物惯性求取方法，并结合储能的等效模型，给出储能单元的惯性求取方法；
[0019](2)结合同步发电机和直流电机的模型，和转动惯量的求取办法，分别通过甩负荷方式计算发生负荷波动初始阶段的频率变化率和电压变化率，进而求得变换器本体惯性。
[0020]进一步的，S1中步骤(1)所述的“直流侧虚拟直流电机控制策略”的具体内容为：
[0021]VDCM的控制策略是通过模拟直流发电机的机械环节和电枢回路部分，将其引入双向DC/DC变换器的控制之中，从而使变换器具有与直流发电机类似的惯性和阻尼，该控制环节由电压环、VDCM环节和电流环三部分组成，直流侧输出电压参考值与实际输出电压进行比较，经过比例积分环节输出的电流与电压给定值相乘得到VDCM的机械功率，进一步可得到虚拟机械转矩；设计VDCM控制环节，最后通过VDCM控制环节得到变换器的电流参考值经过PI调解器和PWM调制生成变换器的控制信号，完成VDCM控制。
[0022]进一步的，S1步骤(2)所述的“直流侧自适应虚拟直流电机控制策略”的具体内容为：
[0023]根据直流侧虚拟直流电机控制策略进行VDCM控制的小信号分析，分析暂态过程中，参数变化对暂态过程影响，进而得到自适应控制环节。
[0024]进一步的，步骤S2所述的“底层的自适应虚拟同步电机控制策略”的具体内容为：
[0025]虚拟同步电机控制是模拟传统同步发电机特性，通过有功
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频率、无功
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电压、VSG环节、电压电流环和PWM调制产生控制信号，有功频率环节即用来维持系统频率稳定，无功电压环节能够对机端电压和无功功率起调节作用，VSG环节由于虚拟惯量和阻尼系数的存在，使得系统能够具有一定的保持原有状态的能力，从而起到一定的缓冲作用，更好地保障系统稳定。
[0026]进一步的，S2中步骤(2)所述的“底层的自适应虚拟同步电机控制策略本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，其特征在于包含如下步骤：S1、首先是直流侧需要保障直流母线电压稳定，主要采用虚拟直流电机控制策略，模拟直流电机特性，增强系统惯性，提升应对负荷波动和扰动的能力；其次是增设自适应参数控制环节，惯量阻尼参数能够随暂态波动而改变，进一步提升暂态稳定性；S2、交流侧控制划分为两个层次来实现，即：基本的虚拟同步电机控制和自适应参数环节设计；S3、对于控制策略中的惯性本质进行分析，从原理出发，分析储和变换器本体惯性计算方法，并给出相应建议，实现资源合理利用。2.根据权利要求1所述的一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，其特征在于在步骤S1中，直流侧主要包括以下步骤：（1）首先引入直流侧虚拟直流电机控制策略，包括电压控制环节、机械和转子控制环节、电流内环控制环节，实现储能单元的放电控制，稳定直流母线电压，使其能够稳定在额定值附近，并且保障在发生波动后能够恢复到额定值；（2）对虚拟直流电机控制策略进行小信号分析，分析当负荷功率发生改变时，惯量和阻尼参数对系统稳定性的影响，得到暂态过程各阶段惯量和阻尼参数的变化规律，以母线电压偏差为基础设计虚拟直流电机自适应环节，使得惯量和阻尼参数更好地适应负荷变化，与固定参数控制相比，进一步降低母线电压波动的幅值，缩短其恢复稳定的时间。3.根据权利要求1或2所述的一种基于分层协调自适应虚拟电机策略的微网储能控制方法，其特征在于在步骤S2中，交流侧主要包括以下步骤：（1）首先是交流侧底层的自适应虚拟同步电机控制策略，模拟同步发电机运行特性，包括功率计算环节、有功频率环节、无功电压环节、机械转矩环节、电磁环节、电压电流环控制环节和PWM调制环节，以实现分布式储能的快速响应，实现功率分配和频率稳定；（2）虚拟同步发电机模拟同步发电机的特性，根据同步发电机的功角曲线、频率振荡曲线分析虚拟同步发电机的暂态过程；转动惯量和阻尼取值不同，直接影响到系统的动态响应，转动惯量取值较小时，系统响应较快，但是对频率的支撑不明显，转动惯量取值过大时，调节时间大大延长，但是对频率支撑效果明显，阻尼参数过大频率偏差过大，因此通过分析交流侧功角曲线和角频率变化曲线，将交流侧输出功率偏差与虚拟惯量和阻尼建立联系，使得暂态过程能够更加平稳，而且缩短了波动时间。4.根据权利要求3所述的一种基于分层协调自适应虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉永，李腾，张立臣，刘勇，穆勇，云飞，赵丹阳，王丽丽，王涛，徐怀铎，徐小华，袁天梦，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：