一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，包括：在采用虚拟同步发电机技术控制的分布式发电系统中，使用功率型储能元件和能量型储能元件混合储能，所述能量型储能元件与光伏电池并联；所述功率型储能元件和能量型储能元件分别单独控制，在系统负荷发生阶跃变化时，控制所述功率型储能元件的输出电功率表现出振荡衰减特性，控制所述能量型储能元件与光伏电池的并联输出电功率表现出一阶惯性特性。与现有技术相比，本发明专利技术在虚拟同步发电机系统中引入混合储能，通过混合储能模拟传统发电机的静态转子和调节阀的特性，在结构上更接近传统同步发电机，实现虚拟同步发电机惯性控制和一次调频控制的独立控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法
本专利技术涉及一种虚拟同步发电机控制方法，尤其是涉及一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法。
技术介绍
近年来，随着能源危机和环境污染的日益加剧，利用可再生能源发电的分布式发电技术得到了快速发展。风电、光伏发电等分布式发电的安全、稳定、高效并网，对改善能源的结构形式、提高大电网运行安全具有重要意义。传统同步发电机转子具有惯性能够稳定系统频率，但逆变器系统结构中缺乏具有惯性的旋转体，通常只能作为电流源并网。为了解决电网的惯性不足、频率稳定性差等问题，分布式电源开始采用虚拟同步发电机控制策略，通过模拟传统同步发电机，在逆变器结构中配置储能单元的虚拟同步发电机技术改变了逆变器的电源形式，可以使得逆变器变现出传统同步发电机的惯性特性，在一定程度上提高了系统频率稳定。然而，现阶段的虚拟同步发电机主要集中于逆变器控制算法的研究，而忽略直流侧的储能单元以直流电源代替直流母线。大量分布式电源的接入，使电网表现出低惯性、频率稳定性差等电网特性。单一的储能形式限制于自身的运行特性，使得虚拟同步电机不能很好地模拟传统同步电机。储能单元的类型有多种，不同的储能单元其运行特性均有不同，针对混合储能，其优点是储能单元能量密度互补、功率密度互补，目前已经有部分研究将其应用于交直流微电网内实现不同的功率响应，而现阶段，应用于虚拟同步电机的储能单元类型单一，储能总容量较大，没有针对虚拟同步电机的功率响应特性引入混合储能。因此从传统同步电机结构出发，如何合理地将多类型储能形式和虚拟同步电机结合，对虚拟同步电机的实用性及有效增强虚拟同步电机的适应性具有重要作用。针对虚拟同步电机的储能单元配置和控制策略问题，目前鲜有研究。虚拟同步电机系统结构由新能源发电设备如光伏板、储能单元、并网逆变器组成。新能源发电设备和储能单元安装于直流侧，并网逆变器在交流侧。当系统负荷发生波动时，通过储能单元的充放电控制实现虚拟同步电机的一次调频和惯性控制。因此，储能单元的合理选择和配置、控制策略的优化将会影响虚拟同步电机的实现。对此，文献“虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置”(曾正,邵伟华,冉立,等.电力系统自动化,2015(13):22-31.)详细分析了虚拟同步电机的数学模型和控制策略，在不同惯性和阻尼参数条件下，分过阻尼、欠阻尼和临界阻尼3种情况，提出了虚拟同步电机附加储能单元优化配置的功率、能量和动态响应时间三大指标参数，其最小功率需求为所需要平抑的可再生能源波动功率的幅值，而其最小能量需求和动态响应时间均为与虚拟同步电机惯性和阻尼参数相关的表达式。然而，此文献中配置的储能单元的类型单一，同时也未考虑储能单元自身的运行特性。文献“混合储能在风光互补微网中的控制策略”(张蕴昕,孙运全.电力系统保护与控制,2015,43(21):93-98.)构建了一种应用于风光互补微网中的超级电容器蓄电池混合储能系统，提出了基于功率外环加电流内环控制的控制策略以及基于滑动平均滤波器的DC/DC控制策略，该策略的混合储能系统在微网中的应用是合理有效的，同时超级电容的高功率密度及蓄电池的高能量密度的特点的结合提高了混合储能系统的灵活性与实用性。然而，该文献中已经阐明混合储能技术的优点，但所提微电网技术目前仍不成熟。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，包括：在采用虚拟同步发电机技术控制的分布式发电系统中，使用功率型储能元件和能量型储能元件混合储能，所述能量型储能元件与光伏电池并联；所述功率型储能元件和能量型储能元件分别单独控制，在系统负荷发生阶跃变化时，控制所述功率型储能元件的输出电功率表现出振荡衰减特性，控制所述能量型储能元件与光伏电池的并联输出电功率表现出一阶惯性特性。优选的，所述功率型储能元件通过第一双向直流变换电路连接直流母线，所述第一双向直流变换电路采用电压外环和电流内环的双环控制方法。优选的，所述电压外环和电流内环的双环控制方法具体包括：电压外环控制中，将直流母线的电压参考值与测量值之差经过PI调节器得到内环电流参考值；电流内环控制中，将内环电流参考值与第一双向直流变换电路的输出电流测量值之差经过比例控制器，得到控制第一双向直流变换电路中开关管的占空比。优选的，所述能量型储能元件通过第二双向直流变换电路连接直流母线，所述第二双向直流变换电路采用下垂控制器和内环控制的组合控制方法。优选的，所述下垂控制器和内环控制的组合控制方法具体包括：通过下垂控制器得到输出功率参考值，在内环控制中将输出功率参考值减去光伏电池输出功率得到铅酸电池的输出功率参考值，将铅酸电池的输出功率参考值除以直流母线电压测量值得到第二双向直流变换电路的输出电流参考值，将第二双向直流变换电路的输出电流参考值和输出电流测量值之差经过PI调节器，得到控制第二双向直流变换电路中开关管的开关占空比。优选的，所述功率型储能元件包括超级电容器。优选的，所述能量型储能元件包括铅酸电池。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、在虚拟同步发电机系统中引入混合储能，通过混合储能虚拟传统发电机的静态转子和调节阀的特性，在结构上更接近传统同步发电机，各功能相应控制参数可以进行独立设置，能更好地实现虚拟同步发电机惯性控制和一次调频控制的独立控制。2、混合储能使用铅酸电池和超级电容，能更好的进行功率响应特性的对应，使得功率密度互补和能量密度互补，从而在不影响功能的基础上有效的降低总容量，降低投入成本。附图说明图1为传统同步发电机结构示意图；图2为传统同步发电机控制过程示意图；图3为传统同步发电机的输出功率和调节阀功率示意图；图4为传统同步发电机的转子惯性功率示意图；图5为蓄电池充放电倍率对比；图6为蓄电池阶跃响应对比；图7为本专利技术混合储能型虚拟同步发电机控制方法示意图；图8为本专利技术混合储能型虚拟同步发电机中逆变器控制方法示意图；图9为实施例中混合储能型虚拟同步电机的输出电功率；图10为实施例中混合储能型虚拟同步电机的系统频率；图11为混合储能型虚拟同步电机功率解耦得到的虚拟调节阀输出功率；图12为混合储能型虚拟同步电机功率解耦得到的静态转子输出功率。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。首先针对传统同步发电机的功率响应进行功率的解耦分析，得出调节阀功率和转子惯性功率，过程如下。传统同步发电机如图1所示，由调节阀、水轮机或汽轮机等原动机、发电机本体三大结构组成。蒸汽功率或水头功率通过调节阀或导叶开度传导至原动机，原动机实现水蒸汽内能或水的势能向机械能的转换，通过转子功率输入发电机，发电机实现机械能向电能的转换。分析传统同步电机的稳态运行特性和暂态调整过程，可得各特性方程如下：调节阀调节特性方程：Pm＝Pref+k(ωref-ωs)(1)转子运动方程：发电机电气-功角方程：其中，Pm为调节阀功率，Pref为负荷功率参考值，ωref为额定角频率，ωs为转子机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括：在采用虚拟同步发电机技术控制的分布式发电系统中，使用功率型储能元件和能量型储能元件混合储能，所述能量型储能元件与光伏电池并联；所述功率型储能元件和能量型储能元件分别单独控制，在系统负荷发生阶跃变化时，控制所述功率型储能元件的输出电功率表现出振荡衰减特性，控制所述能量型储能元件与光伏电池的并联输出电功率表现出一阶惯性特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括：在采用虚拟同步发电机技术控制的分布式发电系统中，使用功率型储能元件和能量型储能元件混合储能，所述能量型储能元件与光伏电池并联；所述功率型储能元件和能量型储能元件分别单独控制，在系统负荷发生阶跃变化时，控制所述功率型储能元件的输出电功率表现出振荡衰减特性，控制所述能量型储能元件与光伏电池的并联输出电功率表现出一阶惯性特性。2.根据权利要求1所述的一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，所述功率型储能元件通过第一双向直流变换电路连接直流母线，所述第一双向直流变换电路采用电压外环和电流内环的双环控制方法。3.根据权利要求2所述的一种基于功率解耦的混合储能型虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，所述电压外环和电流内环的双环控制方法具体包括：电压外环控制中，将直流母线的电压参考值与测量值之差经过PI调节器得到内环电流参考值；电流内环控制中，将内环电流参考值与第一双向直流变换电路的输出电流测量值之差经过比例控制器，得到控制第一双向直流变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋斌，李吉祥，屈克庆，李芬，毛玲，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31