一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，该方法包括如下步骤：步骤一，构建基于黑启动的微电网，将基于黑启动的微电网通过并网断路器并联在220 kV大电网母线上，引入改进的V/f控制方法对微电网的黑启动进行控制；步骤二，引入虚拟振荡器控制对并联的多个基于黑启动的微电网中的光伏单元的逆变器进行并联自同步控制。本发明专利技术的有益效果是，减少环流产生，解决传统跟网型控制策略造成的启动冲击大的问题。略造成的启动冲击大的问题。略造成的启动冲击大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法


[0001]本专利技术涉及微电网
，特别是一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，能源危机和环境污染的问题日益突出，微电网的发展与应用成为绿色能源研究的热点。清洁、高效和环保的可再生新能源综合利用是实现“双碳”战略目标的重要途径。新能源电站由集中式并网向分布式并网转换，电力系统非必要或必要停电后，要求分布式电网在最短时间内实现区域快速恢复、保证区域必要负载供电，即实现黑启动（Black Start，BS）过程的有效控制和运行平稳过渡，电力系统传统恢复方式主要依赖于传统发电，黑启动方式不符合绿色能源发展趋势。
[0003]微电网黑启动过程母线电压和频率稳定控制策略是保证微电网有效运行的关键环节。为了解决微电网多台不同电逆变器并联自同步问题，本领域技术人员常采用的控制方法是依赖于跟网型锁相环同步，然而在黑启动过程中电网强度较低，锁相环与电网阻抗间存在强耦合，严重降低并网变流器的小干扰稳定性，无法满足微电网黑启动的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法。
[0005]实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，该方法包括如下步骤：步骤一，构建基于黑启动的微电网，将基于黑启动的微电网通过并网断路器并联在220 kV大电网母线上，引入改进的V/f控制方法对微电网的黑启动进行控制；步骤二，引入虚拟振荡器对并联的基于黑启动的微电网中的光伏单元的逆变器进行并联自同步控制。
[0006]所述步骤一中的微电网是利用储能单元来保证并网点处电压的快速升压，将储能单元作为微电网黑启动过程的主电源，在微电网中设置必要负载和次要负载，其他单元并联至35 kV小系统母线，35 kV小系统母线通过并网断路器与220 kV大电网母线连接，黑启动过程中并网短路器始终断开。
[0007]所述步骤一中微电网黑启动过程包括：1)当电网大面积停电时，新能源光储场站与大电网断开，切除所有负荷，由微电网的主控器发出黑启动指令；2)接入重要负荷，切换储能单元作为黑启动的主电源，启动黑启动的主电源，承担整个微电网的电压和频率支撑，对微电网的供电开始后，接入光伏单元作为微电网运行的功率支撑；3) 小系统母线电压升压到35KV，接入次要负荷，储能单元和光伏单元供给负荷所
需功率，稳定黑启电源机组。
[0008]所述步骤一中改进的V/f控制方法是：采用电压电流负反馈双闭环，进行储能单元稳定控制，基于时间改变黑启动母线电压控制目标值e
dref
实现对微电网母线电压均匀上升；基于储能单元V/f控制，钳位微电网母线电压，输出功率随等效负荷变化，忽略微电网线路损耗，有功功率平衡满足： （1）式中：P
PV
和P
bat
分别为光伏单元和储能单元出力，P
main
和P
sec
为微电网的重要负载与次要负载，U为微电网母线电压，R为微电网等效电阻，X为微电网等效感抗；维持微电网母线电压不变，基于负荷变化实现微电网功率平衡，光伏单元出力保障必要负荷需求，根据微电网新能源发电情况确定次要负荷接入情况。
[0009]所述步骤二中虚拟振荡器对光伏单元的逆变器进行并联自同步控制过程是：利用两并联振荡电路自发趋于同步的特性，电压变化持续到两端口电压差异达到参考相电压相位差阈值，使得环流降低，实现虚拟振荡器输出电压的自同步；采用负反馈双闭环控制模块来提高光伏单元功率因数和抗干扰能力，双闭环控制模块电压参考值由虚拟振荡器基于储能逆变器输出端口的正弦电压输出给定，采集逆变器输出A相端口电流，经虚拟振荡器自同步环节，输出包含第一台光伏单元的频率、相位的单相正弦波，通过移相后输出三相正弦参考电压，经坐标变换取其d轴电压作为电压外环输入量，第一台光伏单元基于锁相环结构，利用传统方式并网，当接收到第二台光伏单元并网信号后，将虚拟同步控制环节输出量，包含第一台光伏单元频率、相位的正弦波作为电压外环输入量，同时设定电压外环输入为，对比两光伏单元逆变器输出的电流相位差，满足追踪精度要求时，发出自同步标志。
[0010]所述虚拟振荡电路需同时满足电路系统稳定起振条件及输出电压同步的充分条件，设计参数和满足条件为：（6）式中，ω
sw
为谐振角频率；f
sw
为逆变器开关频率；g
s
为虚拟振荡器受控源电导率；K
t
、K
u
分别为采样电流和采样电压的比例系数。
[0011]有益效果利用本专利技术的技术方案制作的一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，其具有如下优势：1、本方法将储能单元作为场站黑启动的主电源，与风电或者光伏单元相比，储能
单元输出相对稳定，同时选择光伏单元作为非黑启动电源，提供场站后续运行功率支撑；此外，本方法引入改进V/f控制，利用储能单元保证并网点处电压的快速升压，表现出电压源特性，具有调压调频能力；另外，相比传统黑启动方式，本方法无需外部电源参与，控制方式更为灵活；2、本方法提出了基于虚拟振荡器的构网型光伏逆变器自同步控制过程，降低系统自同步对锁相环跟踪能力的要求，减少微电网光伏单元逆变器间参数偏差和逆变器环流对微电网的冲击影响。
附图说明
[0012]图1是本专利技术所述一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法的流程图；图2是本专利技术所述风光储场站拓扑及供电系统的结构示意图；图3是本专利技术所述光储微电网的结构示意图；图4是本专利技术所述微电网黑启动的流程图；图5是本专利技术所述储能单元V/f控制图；图6是本专利技术所述虚拟振荡器的结构示意图；图7是本专利技术所述虚拟振荡器并联等效电路图；图8是本专利技术所述基于虚拟振荡器的光伏逆变器自同步控制原理图，其中（a）为基于虚拟振荡器的光伏逆变器自同步模块，（b）为基于虚拟振荡器的光伏逆变器自同步控制结构。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术进行具体描述，如图1所示；某风光储场站采用的交流电网结构包括光伏单元、风电单元、储能单元、35 kV交流母线、220 kV交流母线。多条35 kV交流母线通过变压器、断路器连接至220 kV大电网输电线路并联运行，其结构如图2所示。
[0014]场站要求风光储电站的站内照明、充电屏、插座箱等约250 kW必要负荷不断电，生活照明、空调等约250 kW次要负荷尽可能保证供电。
[0015]应对必要和非必要停电情况，微电网黑启动主电源要求：1）启动速度较快，具有充足的发电容量；2）通过自供电辅助系统自启动，建立并维持微电网中的电压幅值和频率；3）可运行在电压控制或电流控制模式，承受非黑启动主电源及负载并网时的冲击。
[0016]新能源场站中，引入改进V/f控制策略，储能单元可保证并网点处电压的快速升压，表现出电压源特性，具有调压调频能力；另外，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，构建基于黑启动的微电网，将基于黑启动的微电网通过并网断路器并联在220 kV大电网母线上，引入改进的V/f控制方法对微电网的黑启动进行控制；步骤二，引入虚拟振荡器对并联的多个基于黑启动的微电网中的光伏单元的逆变器进行并联自同步控制。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，其特征在于，所述步骤一中的微电网是利用储能单元来保证并网点处电压的匀速升压，将储能单元作为微电网黑启动过程的主电源，在微电网中设置必要负载和次要负载，其他单元并联至35 kV小系统母线，35 kV小系统母线通过并网断路器与220 kV大电网母线连接，黑启动过程中并网短路器始终断开。3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，其特征在于，所述步骤一中微电网黑启动过程包括：1)当电网大面积停电时，新能源光储场站与大电网断开，切除所有负荷，由微电网的主控器发出黑启动指令；2)接入重要负荷，切换储能单元作为黑启动的主电源，启动黑启动的主电源，承担整个微电网的电压和频率支撑，对微电网的供电开始后，接入光伏单元作为微电网运行的功率支撑；3) 小系统母线电压升压到35KV，接入次要负荷，储能单元和光伏单元供给负荷所需功率，稳定黑启电源机组。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟振荡器控制的光储微电网黑启动方法，其特征在于，所述步骤一中改进的V/f控制方法是：采用电压电流负反馈双闭环，进行储能单元稳定控制，基于时间改变黑启动母线电压控制目标值，实现对微电网母线电压均匀上升；基于储能单元V/f控制，钳位微电网母线电压，输出功率随等效负荷变化，忽略微电网线路损耗，有功功率平衡满足： （1）式中：P
PV
和P
bat
分别为光伏单元和储能单元出力，P
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天傲，赵靖英，门孝伟，吴晶晶，胡劲，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：