【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电网领域，具体涉及一种光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法。
技术介绍
1、随着经济的快速发展，社会对电能的需求急剧增加。传统的火力发电具有污染大、成本高等缺点。而分布式电源由于其可再生、低污染等优点逐渐受到学者们广泛的关注。根据当地的地理条件和资源条件，合理地开发利用分布式电源构成微电网进行供电是未来分布式电源利用的重要方向。
2、微电网是由一个由分布式电源、储能系统、负荷、电力电子变换器等组成的小型电力系统，它具有并网运行和孤岛运行两种运行模式。微电网在并网运行时，当大电网出现故障或者电能质量差等问题时，可以切换到孤岛运行。微电网在孤岛运行时，可能由于某些故障而导致系统失电；为提高系统的供电可靠性，微电网应具有孤岛运行状态下的黑启动能力，快速恢复对负荷的供电。
3、微电网黑启动是指在整个微电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内部具有黑启动能力的微源，进而带动微电网内无黑启动能力的微源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。
4、目前，现有技术中的微电网黑启动研究集中在异步黑启动，如图1所示的异步黑启动两机系统，当锂电池储能系统完全启动，达到额定电压并提供稳定的频率支持后，光伏发电系统开始启动。然而，采用异步黑启动情况下，当设备较多时，其黑启动时间非常长，不利于后续负荷的恢复，会对生产生活造成较大影响；此外，如果是带载黑启动，一旦储能容量不足以支撑本地负载，就会造成黑启动失败。
1、为至少部分解决现有技术中所存在的不足，本专利技术的主要目的是提供一种光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其可缩短启动时间以及提供更大的启动容量。
2、为了实现上述主要目的，本专利技术公开了一种光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，光储混合控制系统包括采用构网型控制的储能系统和采用跟网型控制的光伏发电系统，光伏发电系统通过锁相环进行并网运行；其中，多机同步黑启动控制方法包括对多机同步黑启动稳定性进行分析的步骤；
3、稳定性分析包括：
4、黑启动过程中锁相环的动态稳定性分析；
5、以及，黑启动完成后锁定环的稳态稳定性分析；
6、其中，黑启动过程中光伏发电系统发出有功功率在t0(o≤to≤ts)时刻后满足以及黑启动完成后光伏发电系统发出有功功率时，光储混合控制系统能够稳定以完成同步黑启动；
7、其中，ppv＝3vvsg·ipv，ppv为零起升压过程中光伏发电系统输出的有功功率瞬时值，vvsg为零起升压过程中储能系统输出相电压有效值，ipv为光伏发电系统输出电流有效值，输出电流的相位来自于锁相环的输出，zline为线路阻抗；ppvn＝3un·ipvn，un为光伏发电系统额定电压，ipvn为光伏发电系统输出额定电流。
8、根据本专利技术的一种具体实施方式，构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制而具有电压支撑和主动惯量特性以及具备无需外电网支撑下的带负荷运行能力，对外表现为电压源特性；跟网型的光伏发电系统通过跟踪储能的电压幅值和角度来注入或吸收有功和无功功率，对外表现为电流源特性；其中，在微电网进入全黑状态时，构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制启动以提供电压和频率支撑，进而带动跟网型的光伏发电系统的同步启动，以控制多机同步黑启动。
9、根据本专利技术的一种具体实施方式，光储混合控制系统进一步包括线路模块、滤波电感和负载模块，其中，储能系统经线路模块直接向负载模块供电，光伏发电系统的输出电压经过逆变后输出交流电流，并经过滤波电感处理后向负载模块供电；锁相环采集并网点电压后输出角度信息，通过对电感电流的闭环控制产生pwm驱动信号。
10、根据本专利技术的一种具体实施方式，储能系统包括电动势产生层、虚拟阻抗控制层、电压电流双闭环控制层、d-q反变换器和pwm调制器；其中，电动势产生层用于生成虚拟同步发电机的电势幅值e和相位θ，其所产生的电动势e∠θ通过虚拟阻抗控制层的处理得到输出电压，输出电压经过电压电流双闭环控制层和d-q反变换器得到逆变器输出电压调制波，后通过pwm调制器给逆变器驱动信号。
11、根据本专利技术的一种具体实施方式，储能系统设置有抑制微电网内配电变压器在黑启动微源启动过程中的励磁涌流的零起升压模块，其中，电动势幅值的零起升压控制按照如下方式设定：
12、
13、其中，eo为虚拟同步发电机空载时电压幅值；k为输出电势幅值随时间增加的斜率，k＝e0/ts；ts为输出电势幅值从0增加到eo所需的时间。
14、根据本专利技术的一种具体实施方式，微电网黑启动时，储能系统利用零起升压模块建立电压基准，通过一次调频和二次调频生成储能输出有功功率参考值，通过积分环节消除频率差，再通过转子运动方程产生虚拟同步发电机电动势的相位。
15、根据本专利技术的一种具体实施方式，一次调频为有差调频，可通过比例环节实现；二次调频为无差调频，通过积分环节消除频率差。
16、根据本专利技术的一种具体实施方式，光伏发电系统通过pi调节器实现调频功能，再通过功率环生成电流指令来实现对电感电流的闭环控制。
17、根据本专利技术的一种具体实施方式，锁相环通过d-q变换将电压由三相静止坐标系变换到同步旋转dq坐标系，得到变换后的电压vq＝vmsin(θ-θ′)，其中，vm为并网点电压幅值，θ为电压实际角度，θ′为锁相环的输出估计角度；
18、通过pi调节控制，使得vq为0，即锁相环的输出估计角度θ′等于负载电压实际角度θ，以实现锁相。
19、根据本专利技术的一种具体实施方式，将光伏发电系统等效为电流源并得到等效电路，由叠加定理可求得负载电压为：
20、
21、其中，
22、本专利技术具有以下有益效果：提供了一种光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，相较于异步黑启动本专利技术主要具备以下优点1)加快启动时间，储能系统与光伏发电系统同时启动，能够大大缩短黑启动时间以及加快负荷恢复；2)提供更大的启动容量，避免带载启动时在满载或重载情况下仅仅使用储能无法提供足够的功率而造成黑启动失败的情况。
23、为了更清楚地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
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1.光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，光储混合控制系统包括采用构网型控制的储能系统和采用跟网型控制的光伏发电系统，光伏发电系统通过锁相环进行并网运行；其特征在于，多机同步黑启动控制方法包括对多机同步黑启动稳定性进行分析的步骤；
2.根据权利要求1所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制而具有电压支撑和主动惯量特性以及具备无需外电网支撑下的带负荷运行能力，对外表现为电压源特性；跟网型的光伏发电系统通过跟踪储能的电压幅值和角度来注入或吸收有功和无功功率，对外表现为电流源特性；其中，在微电网进入全黑状态时，构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制启动以提供电压和频率支撑，进而带动跟网型的光伏发电系统的同步启动，以控制多机同步黑启动。
3.根据权利要求2所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：光储混合控制系统进一步包括线路模块、滤波电感和负载模块，其中，储能系统经线路模块直接向负载模块供电，光伏发电系统的输出电压经过逆变后输出交流电流，并经过滤波电感处理后向负载模块供电；锁相环采集
4.根据权利要求3所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：储能系统包括电动势产生层、虚拟阻抗控制层、电压电流双闭环控制层、d-q反变换器和PWM调制器；其中，电动势产生层用于生成虚拟同步发电机的电势幅值E和相位θ，其所产生的电动势E∠θ通过虚拟阻抗控制层的处理得到输出电压，输出电压经过电压电流双闭环控制层和d-q反变换器得到逆变器输出电压调制波，后通过PWM调制器给逆变器驱动信号。
5.根据权利要求4所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：储能系统设置有抑制微电网内配电变压器在黑启动微源启动过程中的励磁涌流的零起升压模块，其中，电动势幅值的零起升压控制按照如下方式设定：
6.根据权利要求5所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：微电网黑启动时，储能系统利用零起升压模块建立电压基准，通过一次调频和二次调频生成储能输出有功功率参考值，通过积分环节消除频率差，再通过转子运动方程产生虚拟同步发电机电动势的相位。
7.根据权利要求6所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：一次调频为有差调频，可通过比例环节实现；二次调频为无差调频，通过积分环节消除频率差。
8.根据权利要求3所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：光伏发电系统通过PI调节器实现调频功能，再通过功率环生成电流指令来实现对电感电流的闭环控制。
9.根据权利要求8所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：锁相环通过d-q变换将电压由三相静止坐标系变换到同步旋转dq坐标系，得到变换后的电压Vq＝Vmsin(θ-θ′)，其中，Vm为并网点电压幅值，为电压实际角度，θ′为锁相环的输出估计角度；
10.根据权利要求9所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：将光伏发电系统等效为电流源并得到等效电路，由叠加定理可求得负载电压为：
...【技术特征摘要】
1.光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，光储混合控制系统包括采用构网型控制的储能系统和采用跟网型控制的光伏发电系统，光伏发电系统通过锁相环进行并网运行；其特征在于，多机同步黑启动控制方法包括对多机同步黑启动稳定性进行分析的步骤；
2.根据权利要求1所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制而具有电压支撑和主动惯量特性以及具备无需外电网支撑下的带负荷运行能力，对外表现为电压源特性；跟网型的光伏发电系统通过跟踪储能的电压幅值和角度来注入或吸收有功和无功功率，对外表现为电流源特性；其中，在微电网进入全黑状态时，构网型的储能系统通过虚拟同步发电机控制启动以提供电压和频率支撑，进而带动跟网型的光伏发电系统的同步启动，以控制多机同步黑启动。
3.根据权利要求2所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：光储混合控制系统进一步包括线路模块、滤波电感和负载模块，其中，储能系统经线路模块直接向负载模块供电，光伏发电系统的输出电压经过逆变后输出交流电流，并经过滤波电感处理后向负载模块供电；锁相环采集并网点电压后输出角度信息，通过对电感电流的闭环控制产生pwm驱动信号。
4.根据权利要求3所述的光储混合控制系统的多机同步黑启动控制方法，其特征在于：储能系统包括电动势产生层、虚拟阻抗控制层、电压电流双闭环控制层、d-q反变换器和pwm调制器；其中，电动势产生层用于生成虚拟同步发电机的电势幅值e和相位θ，其所产生的电动势e∠θ通过虚拟阻抗控制层的处理得到输出电压，输出电压经过电压电...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽，周天成，王亚男，郭姝君，潘运帅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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