小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于新能源领域、分布式发电技术领域，尤其涉及一种小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，主要涉及光伏动态特性检测、光伏虚拟同步机设计。它包括：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。本实用新型专利技术能够避免直流电压骤降造成逆变器工作失败的现象，解决逆变器组网或并网运行中输出有功功率和无功功率受线路阻抗的问题，解决无法预测和控制的负载或外部环境的变化问题，避免光伏电源的电压剧减，无法返回到稳定的工作区域，导致逆变器逆变失败从而脱网的情况发生。情况发生。情况发生。

【技术实现步骤摘要】
小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置


[0001]本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提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，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

[0002]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。
[0003]目前虚拟同步机控制的系统实现与下垂控制方案相同，只在逆变器输出端检测电压和电流，计算功率反馈，所不同的是软件算法，在光伏发电端不设置状态检测装置，因此完全不考虑光伏的运行状态对并网逆变器的影响。

技术实现思路

[0004]本技术针对以上技术中存在的问题，本技术提供一种光伏虚拟同步机控制系统稳定性提升装置。其目的是为了使以光伏电源作为源端的虚拟同步机可以稳定运行，并考虑到光伏电源与并联储能电容的动态特性，在光伏电源进入不稳定工作区时，自动为虚拟同步机引入直流端电压闭环控制，避免直流电压骤降造成逆变器工作失败的现象发生。
[0005]为了实现上述技术目的，本技术是通过以下技术方案来实现的：
[0006]小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，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。
[0007]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。
[0008]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U
dc
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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]所述虚拟同步机装置包括虚拟转子、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P
out
和虚拟调速器的输出值P
in
连接至虚拟转子输入端，虚拟转子的输出量ω
m
送入电压电流双闭环进行控制；
[0012]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ω
m
作为虚拟调速器的反馈量，经过一次调频系数K
ω
，再与直流端附加控制装置的输出值P
ref
相加得到输出值P
in
。
[0013]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Q
out
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。
[0014]所述虚拟同步机装置包括：虚拟转子、虚拟调速器、虚拟励磁器。
[0015]所述光伏虚拟同步机的直流端采用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。
[0016]本技术的优点及有益效果是：
[0017]本技术在光伏发电端不置状态检测装置，将光伏的运行状态纳入对并网逆变器控制，防止光伏进入不稳定运行区。可以使得以光伏电源作为源端的虚拟同步机稳定运行，在PV进入不稳定工作区时自动为VSG引入直流端电压闭环控制，避免了直流电压骤降造成逆变器工作失败的现象。
[0018]采用虚拟阻抗作为逆变器电压电流内环的附加控制，可解决逆变器组网或并网运行中输出有功功率和无功功率受线路阻抗的严重影响问题。
[0019]直流端并联的储能装置可以解决无法预测和控制的负载或外部环境的变化问题，可避免光伏电源的电压剧减，无法返回到稳定的工作区域，导致逆变器逆变失败从而脱网的情况发生。
附图说明
[0020]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本技术，下面结合附图及具体实施方式对本技术作进一步的详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0021]图1为本技术提供的虚拟同步机的虚拟转子结构框图；
[0022]图2为本技术提供的虚拟同步机的虚拟调速器结构框图；
[0023]图3为本技术提供的虚拟同步机的虚拟励磁器结构框图；
[0024]图4是本技术提供的直流端附加控制的控制策略结构图；
[0025]图5是本技术提供的PV与电容组合的直流端电压变化等效模型；
[0026]图6是本技术提供的一种直流端附加控制的虚拟同步机结构图；
[0027]图7是本技术提供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概念图；
[0028]图8是本技术中隐极同步发电机简化电路图；
[0029]图9是本技术中隐极同步发电机相量图；
[0030]图10是本技术中忽略定子绕组电阻的隐极同步发电机相量图。
具体实施方式
[0031]本技术提供了一种小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，该装置通过计算采样的输出电压和电流得出有功功率和无功功率，通过直流端附加控制的虚拟同步机控制策略，将电压电流控制模块得出的电压调制比输送到PWM调制器模块，其输出的脉冲驱动三相桥式电路的IGBT控制微电网电压。所述光伏电池储能装置连接于三相桥式电路的输入端。本技术提供的技术方案能针对光伏电源复杂的动态特性，改善传统的虚拟同步电机控制策略可能导致的直流电压骤降的现象。
[0032]本技术包括：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。
[0033]所述控制策略中，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。其中光伏发电系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，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所述的小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，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所述的小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，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U
dc
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。4.根据权利要求1所述的小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，其特征是：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。5.根据权利要求1所述的小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，其特征是：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。6.根据权利要求1所述的小容量储能配比提升光伏虚拟同步机系统稳定性控制装置，其特征是：所述虚拟同步机装置包括虚拟转子、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P
out
和虚拟调速器的输出值P
in
连接至虚拟转子输入端，虚拟转...

【专利技术属性】
技术研发人员：董鹤楠，刘一涛，刘爱民，蓝天翔，孟令卓超，陈晓东，韩子娇，王海东，金妍，吴静，李正文，李学斌，丁惜瀛，孙峰，魏同斐，张立颖，张佳斌，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，
类型：新型
国别省市：