一种源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法及系统与流程

本发明涉及可再生能源发电技术和电力系统稳定性控制，具体为一种源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法及系统。

背景技术：

1、随着全球能源需求的增加和环境问题的日益严重，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和重视，光伏发电对推进能源转型具有重要意义。随着可再生能源特别是光伏发电技术在全球范围内的快速发展，光伏系统的大规模并网给电网的稳定性和可靠性带来了挑战。光伏发电的间歇性和波动性影响了电网的负荷调配能力，传统的光伏并网系统多依赖外部储能设施进行功率调节。

2、化石燃料的使用会造成大气污染,面对可持续发展与环境的压力，分布式能源可以提供最佳解决方案。光伏作为一种最主要的新能源，得到了大规模发展。以风力、光伏等分布式电源构成的发电系统，易受自然因素干扰，其输出功率存在较大的波动，并不能准确地响应负荷变化，从而导致分布式发电系统产生频率偏差，如何使得分布式发电系统具有较好的可控性、较高的电能质量是关键。

3、储能控制策略的选取是决定储能动态响应能否补偿供需功率不平衡的关键。为实现平抑新能源波动，增强电网抗扰性的目标，根据储能并网换流器的快速响应特性可采用虚拟同步机控制使储能表现出同步机的暂态特性和阻尼功率振荡能力。相较下垂控制对同步机外特性的模拟，虚拟同步机控制使储能装置为电网贡献惯性和阻尼，在电网频率或电压波动时主动参与系统的调频和调压，动态弥补功率差额,帮助改善系统频率和电压稳定性，有望成为大规模储能接入电力系统控制运行的重要技术。惯量和阻尼的选取关系到虚拟同步机平稳运行，若其取值不当,则在电力调度命令改变或发生负载扰动时，有功功率和频率可能会出现振荡。随着虚拟同步机技术的发展，其在不同运行工况下采用同一参数的负面影响日渐凸显，如有功功率和角频率响应之间的冲突，即采用较大虚拟惯量时输出转子角频率更加稳定，而较小虚拟惯量会使系统功率响应迅速。另一方面，有功功率响应的稳态和动态特性之间存在矛盾。虚拟惯量的增加会使频率支撑能力增强，但同时系统超调更大，调整时间更长。增加系统阻尼可以减少功率和频率超调，但系统稳态误差也随之增大。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的储能控制策略方法存在并网稳定性差，电能的质量和利用效率低，能量损耗高，以及电网对分布式电源的消纳能力差的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法，包括基于直流侧光－储系统供能对虚拟同步机进行设计；控制直流母线电压实现最大功率点追踪；配置双向能量传输控制直流母线电压

4、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述基于直流侧光－储系统供能对虚拟同步机进行设计包括基于直流侧光－储系统供能对虚拟同步机进行设计，再由并网逆变器实现从直流侧到交流侧的电能转换；

5、拓扑结构由主电路和控制电路组成，逆变器由光伏电源供电，由储能电池进行稳压，逆变电路由三相全桥电路构成；

6、提高光伏并网系统的惯性与阻尼，vsg控制策略模拟同步发电机的转子机械特性，虚拟同步机的主体控制由转子机械方程表示为：

7、

8、其中，tset和te分别表示机械转矩和电磁转矩，pm和pe表示虚拟同步机的输出机械功率和电磁功率，d和j分别表示为虚拟同步机的虚拟阻尼系数和虚拟惯量，ω表示虚拟同步机的实际角频率，ωn表示额定角频率，θ表示虚拟同步机功角。

9、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述基于直流侧光－储系统供能对虚拟同步机进行设计包括外加储能系统，功频控制模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，实现有功和频率间的下垂特性，表示为：

10、pm-pref＝kω(ωn-ω)

11、其中，pref表示参考功率，ωn为额定角频率，kω为原动机的调差系数。

12、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述控制直流母线电压实现最大功率点追踪包括dc/dc变流器由boost升压电路组成，由于光伏系统输出电压低于并网逆变器的启动电压，需要boost升压电路将光伏输出电压升压，以提高逆变器的运行时长增加系统效率，boost电路的输出电压由逆变器控制回路中的直流母线电压环控制；

13、由于光伏组件的输出受到环境温度以及光照强度影响，在固定的温度和光照强度下，存在最佳工作点使得光伏其输出功率最大，称该点为最大功率点mpp，mppt保证了在整个运行过程中，光伏组件始终工作于mpp；

14、mppt方法包括扰动观察法、电导增量法和定电压法；

15、boost升压电路的输入电压为光伏组件或光伏阵列的输出电压。

16、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述控制直流母线电压实现最大功率点追踪包括dc/ac逆变器完成直流母线电压的控制和电能的转换，电网频率和电压分别是通过调节有功功率和无功功率来控制，控制方法分别为频率下垂控制和电压下垂控制。

17、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述配置双向能量传输控制直流母线电压包括将能量在电池和负载之间双向传输，实现充放电；

18、保持输出端的电压不产生波动，通过反馈控制系统监测直流母线电压，调整开关器件的工作周期和频率，使得直流母线电压维持在设定值进行波动；

19、采用电压电流双闭环控制策略，当电压环为外环时，将实际的直流电压udc与参考直流电压udc-ref进行比较，输入pi调节器调节电压偏差，通过pwm环节得到控制信号；

20、当电压环为内环时，调节电流控制电压环。

21、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的一种优选方案，其中：所述配置双向能量传输控制直流母线电压包括储能在电网中相当于惯性电源，当负荷变化或者光伏电源波动时，由储能的充放电来保证功率的供需平衡，同时达到调频；

22、为光伏发电系统配置储能，在vsg控制当中加入一次调频控制，使vsg的调频持续时间增加；

23、当关断s1时，变换器为boost模式，能量流动为从储能电池流入电网；

24、当关断s2时，变换器为buck模式，能量流动为从电网流向储能电池；

25、储能为控制直流母线电压波动，若电压产生波动，则交流侧渗入低次谐波造成电压畸变。

26、本发明的另外一个目的是提供一种源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制系统，其能通过分析vsg的功率输出需求、光伏电源出力情况，解决了目前的储能控制策略方法含有能量损耗高的问题。

27、作为本发明所述的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制系统的一种优选方案，其中：包括架构设计模块，控制策略实施模块，双向控制模块；所述架构设计模块于构建共直流母线结构；所述控制策略实施模块用于实施虚拟同步机控制策略；所述双向控制模块用于实现双向buck-boost控制策略和电压电流双闭环控制策略。

28、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的步骤。

29、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法的步骤。

30、本发明的有益效果：本发明提供的源储一体化的光伏虚拟同步机协调控制方法基于光伏虚拟同步机利用光伏储能单元和光伏电源协调提供支撑功率，能够在光伏储能单元快速响应电网频率跌落的情况下充分利用光伏电源中的备用容量对所述电网进行一次调频。系统的协调控制策略，通过分析vsg的功率输出需求、光伏电源出力情况，动态调整光伏、储能、vsg的输出特性，从而使光伏、储能、虚拟同步机都参与到功率平衡的过程中来，从而有效的改善了vsg对储能容量的依赖；能够实时响应电网负载变化，提高电能的质量和利用效率，减少了能量损耗，本发明在稳定性、能量损耗以及电能利用效率方面都取得更加良好的效果。