一种储能系统的参数整定方法和储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种储能系统的参数整定方法和储能系统，储能系统通过虚拟同步机控制系统并入电网，参数整定方法包括如下步骤：步骤1，在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，根据功率耦合程度确定虚拟阻抗环路的组成参数；步骤2，在有功环和无功环解耦条件下，建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数；步骤3，根据虚拟阻抗环路的组成参数，以及无功环开环传递函数和有功环开环传递函数，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量。本发明专利技术通过在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，有效避免了储能系统的功率震荡，并且还通过在有功环和无功环解耦条件下建立虚拟同步机开环传递函数，直接定量计算出储能系统的参数，方法简单，适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种储能系统的参数整定方法和储能系统
本专利技术属于储能控制
，特别涉及一种储能系统的参数整定方法和储能系统。
技术介绍
由于常规储能并网逆变器响应速度快，几乎没有转动惯量，难以参与电网调节，无法为含分布式电源的主动配电网提供必要的电压和频率支撑，更无法为稳定性相对较差的微电网提供必要的阻尼作用，缺乏一种与配网及微网有效“同步”的机制。为此，学者提出虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，VSG)控制方法，使并网变流器模拟同步发电机特性，进而具有一次调频特性和一次调压特性，并且通过引入虚拟惯量和阻尼环节增强微电网频率的稳定性，使得储能系统无论在计划性还是非计划性孤岛情形下皆能无缝切换，最大限度保障了重要负载的正常工作。但是由于VSG控制系统的数学模型是一个二阶系统，存在一对靠近虚轴的极点，当对控制系统相关核心参数整定不合理时，可能将导致控制系统效果差，且严重时系统会震荡发散。现有的对于VSG参数设计的方案主要有：1、通过根轨迹法设计VSG的闭环参数，但需要通过仿真反复试凑才能得到优化的参数。并且利用该方法设计的VSG控制系统，其输出电压电流波形的质量难以得到保证。2、将VSG控制系统当作一个典型二阶系统，目标是保证该系统的阻尼比ζ＝0.707。但是，VSG控制系统的有功环和无功环各有两个待定的控制参数(有功环：阻尼系数D、虚拟转动惯量J；无功环：无功调节系数K、电压调节系数Dq)，仅有ζ＝0.707这一约束条件无法直接得出所有的控制参数，因此仍需要通过进一步调整试凑才能得到优化的结果。3、通过建立VSG控制系统的有功环以及无功环环路的开环传递函数，并证明在线路阻抗为感性时，有功环和无功环环路近似解耦，然后控制性能指标对控制参数进行定量整定。但该方法的前提条件是保证线路阻抗为感性，在某些应用场合需要加大线路电感，成本高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术公开了一种储能系统的参数整定方法和储能系统，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一方面公开一种储能系统的参数整定方法，所述储能系统通过虚拟同步机控制系统并入电网，所述参数整定方法包括如下步骤：步骤1，在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数；步骤2，在有功环和无功环解耦条件下，建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数；步骤3，根据所述虚拟阻抗环路的组成参数，以及所述无功环开环传递函数和所述有功环开环传递函数，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量。进一步地，所述根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数，具体包括：定义有功功率P对电势E的偏导与有功功率对功角δ的偏导的比值为无功控制对有功控制的耦合度系数Kp，定义无功功率Q对功角δ的偏导与无功功率Q对电势E的偏导的比值为有功控制对无功控制的耦合度系数Kq，计算公式如下：其中，s为时域的微分，Lv为虚拟电感，Rv为虚拟电阻，δ为有功功率对功角，Xv为虚拟感抗，E为电势；即功率耦合系数K1计算公式如下：当所述功率耦合系数K1取最小值时，得到所述虚拟电阻Rv的值和所述虚拟感抗Xv的值。进一步地，所述根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数，还包括：将所述虚拟感抗Xv带入如下公式计算得到虚拟电感：其中，ωn为电网额定角频率。进一步地，所述建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数具体为：建立所述无功环开环传递函数：其中，En为桥臂中点电压，Ug为输出电压幅值，Zs为线路总阻抗，Dq为无功–电压下垂系数，K2为惯性系数；建立所述有功环开环传递函数：其中，ωn为电网额定角频率，Dp为有功–电压下垂系数，J为虚拟转动惯量，s为时域的微分。进一步地，所述根据所述虚拟阻抗环路的组成参数，以及所述无功环开环传递函数和所述有功环开环传递函数，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量，具体包括：根据所述虚拟电阻和所述虚拟感抗计算得到线路总阻抗，将所述线路总阻抗带入所述无功环开环传递函数和所述有功环开环传递函数中，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量。进一步地，所述线路总阻抗根据如下公式计算得到：Zs＝(R+Rv)+j(X+Xv)其中，R为实际线路等效电阻，Rv为虚拟电阻，X为实际线路等效感抗，Xv为虚拟感抗。进一步地，确定所述惯性系数具体为：在所述无功开环传递函数中，令在截止频率fcq处无功环的环路增益幅值为1，则：求解得到，惯性系数：进一步地，确定所述转动惯量具体为：在所述有功开路传递函数中，令在截止频率fcp处无功环的环路增益幅值为1，则：求解得到：根据相角裕度确定转动惯量J的值。进一步地，所述无功–电压下垂系数Dq和所述有功–电压下垂系数Dp根据如下公式计算得到：P＝Pset+Dp(ωn-ω)Q＝Qset+Dq(En-Ug)其中，P为系统有功功率反馈值，Pset为系统有功功率设定值，ωn为电网额定角频率，ω为系统输出的角频率，En为桥臂中点电压，Q为系统无功功率反馈值，Qset为系统无功功率设定值，Ug为输出电压幅值。本专利技术另一方面公开一种储能系统，所述储能系统采用上述所述的参数整定方法进行参数整定。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术的参数整定方法中，通过在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，有效避免了储能系统的功率震荡，并且该方法通过在有功环和无功环解耦条件下建立虚拟同步机开环传递函数，直接定量计算出储能系统的参数，方法简单，适用性强。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的一个实施例中储能系统的参数整定方法的实施步骤图；图2为本专利技术的一个实施例中储能系统中VSG控制原理图；图3为本专利技术的一个实施例中功率耦合系数K1的函数关系图；图4为本专利技术的一个实施例中环路小信号结构图；图5为本专利技术的一个实施例中转动惯量J的函数关系图；图6为本专利技术的一个实施例中仿真测试的仿真波形图；图7为本专利技术的一个实施例中储能系统的结构示意图；图8为本专利技术的一个实施例中储能装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能系统的参数整定方法，所述储能系统通过虚拟同步机控制系统并入电网，其特征在于，所述参数整定方法包括如下步骤：/n步骤1，在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数；/n步骤2，在有功环和无功环解耦条件下，建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数；/n步骤3，根据所述虚拟阻抗环路的组成参数，以及所述无功环开环传递函数和所述有功环开环传递函数，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量。/n

【技术特征摘要】
1.一种储能系统的参数整定方法，所述储能系统通过虚拟同步机控制系统并入电网，其特征在于，所述参数整定方法包括如下步骤：
步骤1，在虚拟同步机的控制中引入虚拟阻抗环路，根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数；
步骤2，在有功环和无功环解耦条件下，建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数；
步骤3，根据所述虚拟阻抗环路的组成参数，以及所述无功环开环传递函数和所述有功环开环传递函数，确定虚拟同步机的惯性系数和转动惯量。


2.根据权利要求1所述的参数整定方法，其特征在于，所述根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数，具体包括：
定义有功功率P对电势E的偏导与有功功率对功角δ的偏导的比值为无功控制对有功控制的耦合度系数Kp，定义无功功率Q对功角δ的偏导与无功功率Q对电势E的偏导的比值为有功控制对无功控制的耦合度系数Kq，计算公式如下：






其中，s为时域的微分，Lv为虚拟电感，Rv为虚拟电阻，δ为有功功率对功角，Xv为虚拟感抗，E为电势；
即功率耦合系数K1计算公式如下：



当所述功率耦合系数K1取最小值时，得到所述虚拟电阻Rv的值和所述虚拟感抗Xv的值。


3.根据权利要求2所述的参数整定方法，其特征在于，所述根据功率耦合程度确定所述虚拟阻抗环路的组成参数，还包括：
将所述虚拟感抗Xv带入如下公式计算得到虚拟电感：



其中，ωn为电网额定角频率。


4.根据权利要求2所述的参数整定方法，其特征在于，所述建立无功环开环传递函数和有功环开环传递函数具体为：
建立所述无功环开环传递函数：



其中，En为桥臂中点电压，Ug为输出电压幅值，Zs为线路总阻抗，Dq为无功–电压下垂系数，K2为惯性系数；
建立所述有功环开环传递函数：



其中，ωn为电网额定角频率，Dp为有功...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴胜兵，许贤昶，陈经国，刘铮，周芸鹏，
申请(专利权)人：广州智光电气技术有限公司，广州智光储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44