一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法，包括光伏面板、直流侧蓄电池、交流侧蓄电池、负载，所述光伏面板通过直流转换器之后接入直流母线，所述直流侧蓄电池经过双向直流转换器后与光伏面板并联接入直流母线，所述交流侧蓄电池经过双向交直流逆变器接入交流母线，直流母线和交流母线通过逆变器相连，交流母线最终接入电网，所述负载直接接入交流母线。在虚拟同步机的控制下，双储能装置可以在光伏电站出力和电网频率出现波动时通过吸收或释放储存的电能较好的稳定电网频率和电压。双储能装置的加入对于消除大容量光伏并网发电过程中对电网产生的冲击具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法
本专利技术属于电气工程
，特别涉及一种适用于兆瓦级光伏发电的双储能虚拟同步机装置及方法。
技术介绍
目前，运用虚拟同步发电机技术的光伏发电控制系统，通常是在光伏直流侧配置蓄电池储能，并将光-储视为一个整体，对并网逆变器采用VSG控制技术，以实现光伏发电的友好消纳，然而，对于大容量特别是兆瓦级的光伏发电站，出力波动将会超过传统的虚拟同步机控制范围，如果无法为虚拟同步机调频和调功提供足够的能量缓冲，会严重影响虚拟同步机的稳定性。在本专利技术之前，申请号为2015101534250，2016109814536的中国专利申请都对相关问题提出了改进方法，但前者控制方法不适用于大容量光伏并网发电过程，后者则仅仅研究了储能电池的特性，没有考虑外部电路特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，以减弱大容量光伏并网时对电网的冲击影响。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，包括光伏面板、直流侧蓄电池、交流侧蓄电池、负载，所述光伏面板通过直流转换器之后接入直流母线，所述直流侧蓄电池经过双向直流转换器后与光伏面板并联接入直流母线，所述交流侧蓄电池经过双向交直流逆变器接入交流母线，直流母线和交流母线通过逆变器相连，交流母线最终接入电网，所述负载直接接入交流母线。所述虚拟同步机控制装置适用于兆瓦级光伏发电。一种基于权利要求1所述的装置的控制方法，包括如下步骤：(1)针对直流侧蓄电池的控制策略如下：(1.1)设定测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset；(1.2)检测光伏面板的输出电压U0和电流I0，计算最大跟踪功率Pmppt；(1.3)比较最大跟踪功率Pmppt与有功指令值Pset差值，得到功率差ΔP；(1.4)当ΔP＞0时，直流侧蓄电池吸收ΔP电能；当ΔP＜0时，直流侧蓄电池释放ΔP电能；(2)针对交流侧蓄电池的控制策略如下：(2.1)检测虚拟同步机并网点的电压频率f；(2.2)设定虚拟同步机并网点的电压频率f与交流电网的额定频率f0之差为Δf；(2.3)通过虚拟同步机的功频控制算法，计算出交流侧蓄电池所需释放或吸收的功率值ΔPset，功频控制算法公式如下：ΔPset＝Te*w式中，J为同步电机转动惯量；w为实际电网角速度；w0为电网同步角速度；f为虚拟同步机并网点的电压频率；f0为交流电网的额定频率；kf为频率响应系数；Te为电磁转矩；D为定长阻尼系数；Pste-ref有功指令值。本专利技术中，以光伏面板实时输出的最大功率Pmppt与上层控制系统的有功指令值Pset的差值作为直流侧蓄电池释放或吸收电能的有功指令值Pstr-set。本专利技术中，在直流侧蓄电池的控制策略中，直流母线电压U0是随着光伏输出功率变化的，计算出其与设定值Udc的差，在经过PI闭环控制调节后将信号输出信号转换器得到电流信号I1；同时，检测光伏最大输出功率PMPPT，计算出与设定值Pset的差值Pstr-set，再输入直流母线电压Udc得到商值电流I2，这一部分是将电压和功率信号都转化为电流信号进行控制，在由电流I1和I2之和得到参考电流Iref后，对参考电流Iref进行闭环跟踪控制经过PI比例积分调节和信号转换后得到调制信号d，调制信号d通过移相控制得到各项桥臂的调制信号d1，d2，d3，通过调制信号来控制逆变器的输出。本专利技术中，当电网侧功率负荷突变时，光伏面板和直流侧蓄电池继续以电网负荷功率未突变时刻的功率需求输出，此时运用虚拟同步机控制算法的交流侧蓄电池的作用在于根据网侧负荷功率突变所引起的电源侧与网侧之间的频率差Δf来吸收或释放能量。有益效果：相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：1.设置直流侧蓄电池减弱了大容量光伏因为天气或线路故障造成的电能输出波动，将波动控制在逆变器调节范围之内，减轻了虚拟同步机控制难度。2.设置直流侧蓄储能电池可以维持直流母线电压稳定，保障微网内负荷的供电稳定性。3.设置交流侧蓄电池则主要是在电网频率发生变化时，能够为虚拟同步机提供较大的惯性余量，进而可以更好的调整输出有功和无功功率，稳定电网频率。4.蓄电池的设置提高了直流电源的输出惯性和阻尼特性，能够更好的保证直流源输出的稳定性并在电网波动时维持电网频率稳定。附图说明图1为虚拟同步机的控制策略图；图2为加入储能的虚拟同步机的拓扑图；图3为加入储能的虚拟同步机的控制策略图；图4为光伏输出功率随时间变化图；图5为直流侧储能电池控制策略图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示为虚拟同步机的控制策略图。如图2所示为本专利技术的一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，适用于兆瓦级光伏发电，包括光伏面板1、直流侧蓄电池4、交流侧蓄电池7、负载，光伏面板1通过直流转换器2之后接入直流母线12，直流侧蓄电池4经过双向直流转换器3后与光伏面板1并联接入直流母线12，交流侧蓄电池7经过双向交直流逆变器6接入交流母线13，直流母线12和交流母线13通过逆变器5相连，交流母线13最终接入电网11，负载包括并联的第一负载8、第二负载9、第三负载10，均直接接入交流母线13。在直流母线12侧，系统先检测光伏面板1输出电压UP和电流IP，利用最大功率点跟踪原理计算出功率Pmppt，计算输出功率与设定的测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset的差值△P＝Pset-Pmppt即为双向直流转换器3的有功指令值Pstr-set。具体工作模式如图3、图4和图5所示，其具体工作过程为：图4中，t0、t1、t2、t3表示四个不同时间点，当t∈(t0,t1)∪(t2,t3)时，光伏面板1实时输出的最大功率Pmppt小于上层控制系统的有功指令值Pset，Ⅰ所示区域表示的功率差△P＝Pset-Pmppt即为双向直流转换器3的有功指令值Pstr-set，其中Pset是根据电网11正常工作模式所设定。当t∈(t1-t2)时，光伏面板1实时输出的最大功率Pmppt大于上层控制系统的有功指令(即测出的电网用户负荷需求量)Pset，Ⅱ所示区域表示的功率差-△P即为光伏面板1阵列在满足电网11所需有功功率的前提下，向直流侧蓄电池4输入的功率。此时，储能系统的有功指令Pstr-set＝-ΔP。如图5，在直流侧蓄电池4的控制策略部分中，直流母线电压U0是随着光伏输出功率变化的，计算出其与设定值Udc的差，在经过PI闭环控制调节后将信号输出信号转换器得到电流信号I1；同时，检测光伏最大输出功率PMPPT，计算出与设定值Pset的差值Pstr-set再输入直流母线电压Udc得到商值电流I2，这一部分是将电压和功率信号都转化，为电流信号进行控制，在由电流I1和I2之和得到参考电流Iref后，对参考电流Iref进行闭环跟踪控制经过PI比例积分调节和信号转换后得到调制信号d，调制信号d通过移相控制得到各项桥臂的调制信号d1，d2，d3，通过调制信号来控制逆变器5的输出。对于交流侧蓄电池7，单纯的储能逆变器VSG控制的有功-频率部分可以表示为：式中，J为同步电机转动惯量；w为实际电网角速度；w0为电网同步角速度；f为虚拟同步机并网点的电压频率；f0为交流电网额定频率；kf为频率响应系数；Te为电磁转矩；D为定长阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，其特征在于：包括光伏面板(1)、直流侧蓄电池(4)、交流侧蓄电池(7)、负载，所述光伏面板(1)通过直流转换器(2)之后接入直流母线(12)，所述直流侧蓄电池(4)经过双向直流转换器(3)后与光伏面板(1)并联接入直流母线(12)，所述交流侧蓄电池(7)经过双向交直流逆变器(6)接入交流母线(13)，直流母线(12)和交流母线(13)通过逆变器(5)相连，交流母线(13)最终接入电网(11)，所述负载直接接入交流母线(13)。

【技术特征摘要】
1.一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，其特征在于：包括光伏面板(1)、直流侧蓄电池(4)、交流侧蓄电池(7)、负载，所述光伏面板(1)通过直流转换器(2)之后接入直流母线(12)，所述直流侧蓄电池(4)经过双向直流转换器(3)后与光伏面板(1)并联接入直流母线(12)，所述交流侧蓄电池(7)经过双向交直流逆变器(6)接入交流母线(13)，直流母线(12)和交流母线(13)通过逆变器(5)相连，交流母线(13)最终接入电网(11)，所述负载直接接入交流母线(13)。2.根据权利要求1所述的加入双储能的虚拟同步机控制装置，其特征在于：所述虚拟同步机控制装置适用于兆瓦级光伏发电。3.一种基于权利要求1所述的装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)针对直流侧蓄电池(4)的控制策略如下：(1.1)设定测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset；(1.2)检测光伏面板的输出电压U0和电流I0，计算最大跟踪功率Pmppt；(1.3)比较最大跟踪功率Pmppt与有功指令值Pset差值，得到功率差ΔP；(1.4)当ΔP＞0时，直流侧蓄电池(4)吸收ΔP电能；当ΔP＜0时，直流侧蓄电池(4)释放ΔP电能；(2)针对交流侧蓄电池(7)的控制策略如下：(2.1)检测虚拟同步机并网点的电压频率f；(2.2)设定虚拟同步机并网点的电压频率f与交流电网的额定频率f0之差为Δf；(2.3)通过虚拟同步机的功频控制算法，计算出交流侧蓄电池(7)所需释放或吸收的功率值ΔPset，功频控制算法公式如下：ΔPset＝Te*w

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓靖，张宇，赵磊，方陈，康丽，包海龙，田文涛，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海赛璞乐电力科技有限公司，南京帕偌特太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31