【技术实现步骤摘要】
一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置及方法
本专利技术属于新能源领域、分布式发电
，尤其涉及一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置及方法，主要涉及光伏动态特性检测、光伏虚拟同步机设计。
技术介绍
随着分布式电源在电网中渗透率增加，电力系统中优良的惯性和阻尼特性逐渐被取代，电力系统将受到低惯性低阻尼的严重威胁。作为一种模拟同步发电机外特性的并网逆变器控制方式，虚拟同步机为分布式电源的并网问题提供了一个新的发展方向，其中以光伏电源为源端的虚拟同步机称为光伏虚拟同步机。然而分布式光伏电源出力易受外界环境因素的影响，存在稳定运行区域与容量限制等问题，传统的虚拟同步电机控制策略很容易使逆变器的输出功率大于光伏电源允许的出力上限，使光伏电源进入不稳定工作区，轻则降低最大输出功率，重则造成逆变器工作崩溃。
技术实现思路
本专利技术针对以上技术中存在的问题，本专利技术提供一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置及方法。其目的是为了使以光伏电源作为源...
【技术保护点】
1.一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置，其特征是：包括：光伏发电系统、小容量储能装置、逆变装置和带直流端附加控制的虚拟同步机装置；光伏发电系统电源输出端分别连接小容量储能装置和逆变装置逆变端，再经过LC滤波电路、线路阻抗连接电网。/n
【技术特征摘要】
1.一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置，其特征是：包括：光伏发电系统、小容量储能装置、逆变装置和带直流端附加控制的虚拟同步机装置；光伏发电系统电源输出端分别连接小容量储能装置和逆变装置逆变端，再经过LC滤波电路、线路阻抗连接电网。
2.根据权利要求1所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置，其特征是：所述光伏发电系统由PV组件、DC/DC变换器、直流侧滤波电容组成。
3.根据权利要求1所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置，其特征是：所述小容量储能装置两侧分别连接光伏发电系统和逆变装置，同时电容两端电压Udc将作为输入与最大功率点电压进行比较，与直流端附加控制的虚拟同步机装置相连接；
所述逆变装置输入端连接储能电容，输出端连接LC滤波器，经过线路阻抗连接电网，通过带直流端附加控制的虚拟同步机装置进行功率控制，调节逆变装置输出功率达到稳定状态；
所述带直流端附加控制的虚拟同步机装置分为两部分：带直流端附加控制的装置和虚拟同步机装置；
所述虚拟同步机包括虚拟转子、虚拟调速器、虚拟励磁器装置；虚拟转子装置用来模拟同步发电机的惯性和阻尼；PQ计算值Pout和虚拟调速器的输出值Pin连接至虚拟转子输入端，虚拟转子的输出量ωm送入电压电流双闭环进行控制；
所述虚拟调速器通过模拟同步发电机组中调速器采集同步机输出频率偏差值，经过调频控制生成原动机的某一控制量，原动机根据控制量改变自身输出扭矩，同步机转速发生变化；虚拟转子的输出量ωm作为虚拟调速器的反馈量，经过一次调频系数Kω，再与直流端附加控制装置的输出值Pref相加得到输出值Pin；
所述虚拟励磁器装置是通过同步发电机中励磁系统的控制量，即电压和无功功率之间的关系为原则设计虚拟励磁器；PQ计算值Qout作为反馈量连接至虚拟励磁器，输出定子电动势指令U再进入电压电流控制模块。
4.根据权利要求1所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制装置，其特征是：其控制过程如下：储能电容两端电压Udc经采样送入直流端附加控制模块，当电容端电压高于MPPT控制模块输出电压时，光伏电源运行于稳定区域，限幅模块使得PI控制器的输入为0，此时虚拟同步机等于没有直流电压附加控制，虚拟同步机按传统方式运行；当储能电容两端电压Udc低于MPP点对应的直流电压Udc-mpp时，光伏电源进入不稳定工作区，电压的偏差通过PI控制器合成新的功率给定，进而降低虚拟同步机实际的输出功率，使得直流端电压上升回Udc-mpp，光伏电源工作回到最大功率点；
生成控制量Pref送入虚拟调速器模块并输出虚拟原动机的功率输出值Pin作为虚拟转子的输入功率，虚拟原动机的功率输出值Pin进入虚拟转子模块；三相电压型PWM逆变器出口电压uout和电流iout采样后经功率计算模块得到三相电压型PWM逆变器输出有功功率Pout和无功功率Qout，送入虚拟同步机控制模块；其中有功功率Pout和虚拟原动机的功率输出值Pin送入虚拟转子模块后得到电网角频率ωm，无功功率Qout进入虚拟励磁器模块输出定子电动势指令U再进入电压电流控制模块；定子电动势指令U、电角度指令和电网角频率ωm送入虚拟阻抗控制模块得到三相电压指令，滤波前电流iabc、滤波后电流iout和三相电压型PWM逆变器出口电压uout经abc-dq变换模块得到两相电压调制信号；dq-abc变换模块经电压电流双闭环控制模块与三相电压型PWM调制器连接，将电压电流控制模块得出的电压调制比输送到三相电压型PWM调制器模块，通过SPWM调制模块生成6路PWM脉冲信号送入逆变桥，最后逆变桥经过LC滤波器和线路阻抗连接至大电网。
5.根据权利要求1所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制方法，其特征是：所述方法包含下列步骤：
(1)确定并网逆变器主电路结构与调制方法；
(2)确定逆变器内环、外环控制方法；
(3)设计虚拟同步机；
(4)对光伏虚拟同步机储能功能定位分析与源端结构设计；
(5)设计带直流端附加控制的光伏虚拟同步机控制策略。
6.根据权利要求5所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制方法，其特征是：所述虚拟同步机模型模拟类似同步机的外特性，包括：虚拟转子、虚拟调速器、虚拟励磁器和整体结构的设计；
所述光伏虚拟同步机模型的直流端采用了PV并联储能电容的组合方式作为虚拟原动机，PV为电容和VSG注入能量，而电容作为储能元件既稳定了PV的输出电压，也为VSG的虚拟惯性提供了能量支撑；虚拟原动机的直流母线通过一个含有带有直流端的光伏虚拟同步机控制的三相桥式逆变电路逆变为交流，最后经过LC滤波器并入交流母线。
7.根据权利要求5所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制方法，其特征是：所述并网逆变器是电压源型两电平PWM逆变器，滤波电路采用LC滤波器。
8.根据权利要求3所述的一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机系统稳定性的控制方法，其特征是：所述电压电流为内环控制结构时采用dq0旋转坐标系控制，dq0旋转坐标变换将三相瞬时值信号控制转变为两相静止信号控制，对逆变器输出电压电流进行精确调节；三相参考电压经过dq变换变成两相参考电压，经过电压电流双闭环后再经过dq反变换后变为三相控制信号，得到的电压即为送入SPWM调制器中的调制信号；交叉耦合补偿的主要目的是将电压电流的dq分量解耦，再对其分别进行控制；
所述电压电流内环控制结构中运用了虚拟阻抗控制策略，通过在参考电压上减去输出电流乘虚拟阻抗的值，模拟实际线路串联阻抗，从而改变逆变器出口到PCC点间的等效阻抗；假设虚拟阻抗为ZV，则得到表达式如下：
其中uref是由功率外环控制器生成的输出电压指令值，是经过虚拟阻抗的等效参考电压，i是逆变器的输出电流；将上式转为d...
【专利技术属性】
技术研发人员：董鹤楠，陈晓东，蓝天翔，孟令卓超，王海东，刘一涛，刘爱民，韩子娇，金妍，吴静，李正文，李学斌，丁惜瀛，王刚，魏同斐，白雪，张佳斌，董雁楠，李平，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，沈阳工业大学，国网辽宁省电力有限公司，国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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