基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法

本发明涉及微网群控制，特别涉及一种基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法。

背景技术：

1、由于分布式电源出力的随机性，其在并入配电网后对配电网带来的不利影响越来越显著。为解决这一问题，有学者提出了微电网的概念。微电网将分布式电源、负荷、储能装置整合为一体，通过对微电网的控制和能量管理，降低分布式电源由于出力随机性带来的负面作用，有效提高了可再生能源的利用率和供电可靠性。然而，单一微网的容量和抗干扰能力是有限的。因此提出了将地理位置上毗邻的多个微网互联形成一个微网群。微网群相对于单一微网具备更大的容量，通过对群内子网的能量控制与功率互济，提高了微网群的供电可靠性，进而提高分布式电源的渗透率。但是传统的微网群中微网群中各子网通过母线或断路器相互连接，子网之间相互影响较大，会导致电能质量问题在群内传导，不利于发挥微网群稳定性，高抗扰能力等优势。而多端软开口作为一种新兴的互联方案由于具备扰动隔离效果好、调节能力强以及故障恢复快等优势，已称为解决多微网互联的全新选择。然而对于孤岛运行的微网群，其电压频率的稳定是微网群安全稳定运行的前提之一，因此对于采用恒功率控制的微网子网必须要有电压和频率支撑。但是由于其结构的复杂性，其控制难度也越来越复杂，因此对其进行有效控制对微网群十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为微电网提供电压和频率支撑，提供一种基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

3、基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，包括以下步骤：

4、步骤1，从微网群中选择共享储能电站或者剩余能量充足的微网子网作为主微网，剩余微网子网作为从微网；主微网通过第一多端口柔性开关接入直流侧，每个从微网分别通过各自对应的第二多端口柔性开关接入直流侧；

5、步骤2，主微网和第二多端口柔性开关采用虚拟同步发电机控制策略，以稳定微网群的电压和频率；从微网采用恒功率控制策略，以控制从微网功率输出；第一多端口柔性开关采用直流电压控制策略，以稳定直流侧电压；

6、步骤3，在微网群虚拟同步端口直流侧设置储能单元作为共享储能，通过充放电控制策略维持直流侧电压的稳定和补充从微网的缺额功率，使微网群达到动态功率平衡。

7、在上述方案中，虚拟同步端口包括至少两个多端口柔性开关，设置于直流侧，虚拟同步端口即带有虚拟同步特性的互联接口，用来连接微网子网。使用虚拟同步端口就是通过在多端口柔性开关采用电压和频率控制进而为与其相连的微网子网提供电压和频率支撑。在带有虚拟同步端口的微网群中，采用的是一种通过多端口柔性开关柔性互联的方式，该多端口柔性开关通过多个双向电压型变流器背靠背通过直流侧相互连接。采用这种柔性性互联的方式具有扰动隔离好，抗干扰能力强的优点。将该微网群内的微网子网分为主微网和从微网，主微网采用虚拟同步发电机控制策略可以为自身提供电压和频率支撑，然而对于从微网，由于多端口软开关的存在从微网需要另外的电压和频率支撑，而从微网一般采用恒功率控制策略，缺少对与电压和频率的支撑，因此在多端口柔性开关采用虚拟同步发电机控制策略，进而为从微网提供了具有虚拟同步特性的上级端口即虚拟同步端口，保障微网群的电压和频率稳定。

8、更进一步地，所述第一多端口柔性开关和第二多端口柔性开关均为双向电压型变流器，能避免微网群的功率波动和电能质量在微网群内各个微网子网之间相互传导，并平抑功率波动对微网群的影响。

9、在上述方案中，通过虚拟同步端口连接多个微网子网，提高对多个电压型变流器的群控与群调，从而为整个微网群提供稳定的电压和频率支撑。

10、更进一步地，所述步骤3中，若从微网存在功率偏差，需要主微网到从微网的功率互济，那么主微网和从微网输出功率满足：

11、

12、其中，主微网输送给所有从微网的总功率为pm，每个从微网负荷所需功率为pl2,pl3,...,pln，每个从微网输出的功率为ps2,ps3,...,psn；流经每个从微网的多端口软开关的互济功率分别为pv2,...,pvn，功率值为正表示该从微网互济功率为缺额状态，由其他微网子网给该从微网提功率；功率值为负表示该从微网功率过剩，该从微网向其他微网子网输出功率；n为微网子网数量。

13、在上述方案中，当从微网的功率缺额时，可以调控主微网输送功率到从微网，实现主微网到从微网的功率互济。

14、更进一步地，所述步骤3中，微网群达到动态功率平衡后，直流侧电压保持在初始值，即为零：

15、

16、其中，为直流侧电压偏差；为直流侧电压；为直流参考电压。

17、更进一步地，所述步骤3中，直流侧电压大于初始值时，即，储能单元充电，吸收多余的功率，让升高的电压恢复到初始值；当直流侧电压小于初始值时，即，储能单元放电，让跌落的电压恢复到初始值。

18、更进一步地，所述步骤3中，微网群t时刻主微网输出功率与从微网总缺额功率的差值表示为：

19、

20、其中，为t时刻主微网输出的有功功率；为t时刻第i个从微网给定的有功功率；为t时刻第l个从微网负荷功率；n`为从微网的数量；

21、的大小决定了储能单元的充放电状态，当时主微网输出的功率大于从微网缺额功率，多余的功率被直流侧储能单元吸收，维持储能单元的荷电状态在合理水平；当时主微网输出的功率小于从微网缺额功能，储能单元暂时放电提供缺额功率；当趋近于零时储能单元荷电状态值保持稳定，此时主微网输出功率趋近于从微网缺额功率，储能单元不再吸收和提供功率。

22、在上述方案中，对于柔性直流互联的微网群，如果微网群内的供需不平衡，会导致直流侧电压跌落或上升，保障直流侧电压的稳定，就是保障整个微网群的功率平衡。对于储能单元来说可以通过放电来补偿直流侧电压的跌落，同样的可以通过充电吸收直流侧多余功率，减小直流侧电压的上升。然而，如果不对储能单元进行充放电控制会导致储能过充过放，不仅影响储能单元的使用寿命，同时还会加剧直流侧电压的跌落或上升，进而影响微网群的功率平衡。储能单元作为一个大容量单元可以实现功率的双向流动，因此在微网群虚拟同步端口直流侧电容两端并入储能单元，利用储能单元的能量来弥补电容容量不足的问题，实现微网子网功率的平滑互济调度，以及维持互联变流器直流侧电压稳定，避免其跌落过度导致从微网电压畸变和功率波动。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果：第一，在虚拟同步端口直流侧并入储能单元，通过直流侧的储能单元补充直流侧电容能量不足的问题，使储能单元可以在从微网功率缺额时暂时提供功率；第二，通过直流侧电容支撑直流侧电压的稳定，使直流侧的功率平衡；第三，通过直流侧电压的稳定，维持虚拟同步端口的稳定；第四，通过虚拟同步端口的稳定，保障各个子网的功率稳定；最后，通过各个子网的功率稳定保障微网群的功率互济。

技术特征：

1.基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：所述第一多端口柔性开关和第二多端口柔性开关均为双向电压型变流器，能避免微网群的功率波动和电能质量在微网群内各个微网子网之间相互传导，并平抑功率波动对微网群的影响。

3.根据权利要求1所述的基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：所述步骤3中，若从微网存在功率偏差，需要主微网到从微网的功率互济，那么主微网和从微网输出功率满足：

4.根据权利要求1所述的基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：所述步骤3中，微网群达到动态功率平衡后，直流侧电压保持在初始值，即为零：

5.根据权利要求4所述的基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：所述步骤3中，直流侧电压大于初始值时，即，储能单元充电，吸收多余的功率，让升高的电压恢复到初始值；当直流侧电压小于初始值时，即，储能单元放电，让跌落的电压恢复到初始值。

6.根据权利要求4所述的基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，其特征在于：所述步骤3中，微网群t时刻主微网输出功率与从微网总缺额功率的差值表示为：

技术总结
本发明涉及微网群控制技术领域，公开基于储能支撑虚拟同步端口的微网群互联方法，包括步骤：主微网通过第一多端口柔性开关接入直流侧，每个从微网通过各自对应的第二多端口柔性开关接入直流侧；主微网和第二多端口柔性开关采用虚拟同步发电机控制策略，以稳定微网群的电压和频率；从微网采用恒功率控制策略，以控制从微网功率输出；第一多端口柔性开关采用直流电压控制策略，以稳定直流侧电压；在微网群虚拟同步端口直流侧设置储能单元，通过充放电控制策略维持直流侧电压的稳定和补充从微网的缺额功率，使微网群达到动态功率平衡。本发明通过虚拟同步端口的稳定，保障各个子网的功率稳定；最后，通过各个子网的功率稳定保障微网群的功率互济。

技术研发人员：师洪涛,董晓琳,王志会,张白,张巍巍,郭永萍
受保护的技术使用者：北方民族大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2