本發(fā)明涉及一種新型虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，尤其是一種適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

以風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的分布式發(fā)電技術(shù)是人類應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要手段之一，近年來(lái)越來(lái)越受到重視。電力電子裝置做為可再生能源發(fā)電單元與電網(wǎng)的接口，起著將分布式能源發(fā)出的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍问较螂娋W(wǎng)輸送的重要作用。早期接入電網(wǎng)的分布式電源容量較小，對(duì)電網(wǎng)影響較小。隨著分布式能源在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷增加，基于電力電子裝置的分布式能源不具備有利于保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)慣性和阻尼分量，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)了新的影響和挑戰(zhàn)。虛擬同步發(fā)電機(jī)控制是近年來(lái)提出的一種增加電力電子裝置慣性和阻尼的新型控制技術(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)開展了大量研究。

中國(guó)專利201610157993.2公布了一種并聯(lián)虛擬同步發(fā)電機(jī)分布式協(xié)同運(yùn)行控制方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括下垂控制單元、頻率恢復(fù)單元、有功分配單元、一致性控制單元，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率分配、頻率恢復(fù)以及穩(wěn)定可靠運(yùn)行。但該方法需要相鄰的虛擬同步發(fā)電機(jī)的信息交互，并且只考慮了系統(tǒng)有功分配和頻率恢復(fù)，沒有涉及無(wú)功和電壓的問題。

中國(guó)專利201510141388.1公布了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的戶用并網(wǎng)逆變器控制策略。該方法在并網(wǎng)逆變器中引入虛擬同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并在并網(wǎng)逆變器的控制環(huán)節(jié)中加入同步發(fā)電機(jī)的控制方法，利用并網(wǎng)逆變器進(jìn)行孤島檢測(cè)，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障能夠快速切換到離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，該方法可以使戶用中小發(fā)電功率的并網(wǎng)逆變器在輸入輸出特性上與同步發(fā)電機(jī)等效，使逆變器能夠主動(dòng)參與對(duì)電力系統(tǒng)電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制。

現(xiàn)有虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)借鑒同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程來(lái)控制并網(wǎng)裝置，使得并網(wǎng)裝置的輸出特性具備下垂特性和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)裝置對(duì)電網(wǎng)的“友好”接入，但該技術(shù)基于同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)方法過于復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，下垂控制和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量控制耦合度很高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)解耦控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要技術(shù)解決問題：解決儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的“友好”接入問題，并模擬虛擬同步發(fā)電機(jī)的特性增加電網(wǎng)慣性，使儲(chǔ)能系統(tǒng)主動(dòng)參與電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)控制可以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，根據(jù)電網(wǎng)頻率和電壓實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功和無(wú)功輸出，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)“友好”地接入電網(wǎng)；暫態(tài)控制可以增加電網(wǎng)的慣性，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)態(tài)控制和暫態(tài)控制可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立解耦控制，并且實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，包括有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法和無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法兩部分；有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括有功穩(wěn)態(tài)下垂控制和有功暫態(tài)慣性控制方法，無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂控制和無(wú)功暫態(tài)慣性控制，有功穩(wěn)態(tài)下垂控制和無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂控制提高儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，根據(jù)電網(wǎng)頻率和電壓實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功和無(wú)功輸出，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)“友好”地接入電網(wǎng)；有功暫態(tài)慣性控制和無(wú)功暫態(tài)慣性控制增加電網(wǎng)的慣性，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性；將有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法產(chǎn)生的實(shí)際有功參考值p^*ref與無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法產(chǎn)生的實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref經(jīng)過儲(chǔ)能雙向變換器控制策略生成調(diào)節(jié)信號(hào)△s，調(diào)節(jié)信號(hào)△s經(jīng)過pwm調(diào)制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能雙向變換器。

具體過程如下：

1.一種適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法中有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括有功穩(wěn)態(tài)下垂控制和有功暫態(tài)慣性控制，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)計(jì)算有功穩(wěn)態(tài)下垂控制的穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1、有功暫態(tài)慣性控制的暫態(tài)參考有功偏離值△pref2、參考有功偏離值△pref和實(shí)際有功參考值p^*ref；

2)將穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1與暫態(tài)參考有功偏離值△pref2相加，得到參考有功偏離值△pref，給定有功參考值pref與參考有功偏離值△pref相加得到實(shí)際有功參考值p^*ref,如下式：

2.將電網(wǎng)額定頻率值fref與電網(wǎng)實(shí)際頻率值f1相減得到電網(wǎng)頻率偏離值△f，電網(wǎng)頻率偏離值△f乘以給定的有功穩(wěn)態(tài)下垂系數(shù)k1，得到儲(chǔ)能雙向變換器的穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1，如下式：

△pref1＝k1*△f。

3.對(duì)電網(wǎng)頻率偏離值△f進(jìn)行判斷，當(dāng)△f>0時(shí)，給定暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3＝1,當(dāng)電網(wǎng)頻率偏離值△f<0時(shí)，給定暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3＝-1；給定暫態(tài)有功慣性系數(shù)k2乘以電網(wǎng)頻率偏離值△f的絕對(duì)值，得到暫態(tài)參考有功絕對(duì)值暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3乘以暫態(tài)參考有功絕對(duì)值得到暫態(tài)參考有功偏離值△pref2，如下式：

4.將穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1與暫態(tài)參考有功偏離值△pref2相加，生成參考有功偏離值△pref，給定有功參考值pref與參考有功偏離值△pref相加，得到實(shí)際有功參考值p^*ref,實(shí)際有功參考值p^*ref不能大于給定最大有功參考值pmax或者不能小于給定最小有功參考值pmin，如下式：

pmin≤p^*ref≤pmax。

5.一種適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法中無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂控制和無(wú)功暫態(tài)慣性控制，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)計(jì)算無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂控制的穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1、無(wú)功暫態(tài)慣性控制的暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2、參考無(wú)功偏離值△qref和實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref；

2)將穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1與暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2相加得到參考無(wú)功偏離值△qref，給定無(wú)功參考值qref與參考無(wú)功偏離值△qref相加得到實(shí)際無(wú)功參考值q^*0ref,如下式：

6.將電網(wǎng)額定電壓有效值vref與電網(wǎng)實(shí)際電壓有效值v1相減得到電網(wǎng)電壓偏離值△v，電網(wǎng)電壓偏離值△v乘以給定的無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂系數(shù)k4，得到穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1，如下式：

△qref1＝k4*△v。

7.對(duì)電網(wǎng)電壓偏離值△v進(jìn)行判斷，當(dāng)△v>0時(shí)，給定暫態(tài)參考無(wú)功偏離系數(shù)k5＝1,當(dāng)△v<0時(shí)，給定暫態(tài)參考無(wú)功偏離系數(shù)k5＝-1；給定暫態(tài)無(wú)功慣性系數(shù)k6乘以電網(wǎng)電壓偏離值△v的絕對(duì)值，得到暫態(tài)參考無(wú)功絕對(duì)值暫態(tài)參考無(wú)功偏離系數(shù)k5乘以暫態(tài)參考無(wú)功絕對(duì)值得到暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2,如下式：

8、將穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1與暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2相加，得到參考無(wú)功偏離值△qref，給定無(wú)功參考值qref與參考無(wú)功偏離值△qref相加，得到實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref,實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref不能大于給定最大無(wú)功參考值qmax或者不能小于給定最小無(wú)功參考值qmin，如下式：

qmin≤q^*ref≤qmax。

9.將實(shí)際有功參考值p^*ref與實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref經(jīng)過儲(chǔ)能雙向變換器控制策略生成調(diào)節(jié)信號(hào)△s，調(diào)節(jié)信號(hào)△s經(jīng)過pwm調(diào)制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能雙向變換器工作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括的功穩(wěn)態(tài)下垂控制和有功暫態(tài)慣性控制完全獨(dú)立控制，無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂控制和無(wú)功暫態(tài)慣性控制完全獨(dú)立控制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)下垂控制與暫態(tài)慣性控制的完全解耦的完全解耦，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度更快。

附圖說(shuō)明

圖1為基于本發(fā)明的儲(chǔ)能系統(tǒng)控制原理圖；

圖2為本發(fā)明中有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法控制原理圖；

圖3為本發(fā)明無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法控制原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法包括有功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法與無(wú)功虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法兩部分。實(shí)際有功參考值p^*ref減去實(shí)際有功值，得到有功偏差值。實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref減去實(shí)際無(wú)功值，得到無(wú)功偏差值。有功偏差值與無(wú)功偏差值經(jīng)過儲(chǔ)能雙向變換器pi控制策略，得到調(diào)節(jié)信號(hào)△s，調(diào)節(jié)信號(hào)△s經(jīng)過pwm調(diào)制，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能雙向變換器工作，輸出給定有功功率和無(wú)功功率。

如圖2所示，將電網(wǎng)額定頻率fref與電網(wǎng)實(shí)際頻率值f1相減得到電網(wǎng)頻率偏離值△f，電網(wǎng)頻率偏離值△f乘以給定的有功穩(wěn)態(tài)下垂系數(shù)k1，得到儲(chǔ)能雙向變換器的穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1。對(duì)電網(wǎng)頻率偏離值△f進(jìn)行判斷，當(dāng)△f>0時(shí)，給定暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3＝1,當(dāng)△f<0時(shí)，給定暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3＝-1。給定暫態(tài)有功慣性系數(shù)k2乘以電網(wǎng)頻率偏離值△f的絕對(duì)值，得到暫態(tài)參考有功絕對(duì)值給定暫態(tài)參考有功偏離系數(shù)k3乘以暫態(tài)參考有功絕對(duì)值得到暫態(tài)參考有功偏離值△pref2。穩(wěn)態(tài)參考有功偏離值△pref1與暫態(tài)參考有功偏離值△pref2相加得到參考有功偏離值△pref，給定有功參考值pref與參考有功偏離值△pref相加得到實(shí)際有功參考值p^*ref。實(shí)際有功參考值p^*ref不能大于給定最大有功參考值pmax或者不能小于給定最小有功參考值pmin。

如圖3所示，將電網(wǎng)額定電壓有效值vref與電網(wǎng)實(shí)際電壓有效值v1相減得到電網(wǎng)電壓偏離值△v，電網(wǎng)電壓偏離值△v乘以給定的無(wú)功穩(wěn)態(tài)下垂系數(shù)k4，得到儲(chǔ)能雙向變換器的穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1。對(duì)電網(wǎng)電壓偏離值△v進(jìn)行判斷，當(dāng)△v>0時(shí)，給定暫態(tài)參考無(wú)功偏離系數(shù)k5＝1,當(dāng)△v<0時(shí)，給定暫態(tài)參考無(wú)功偏離系數(shù)k5＝-1。給定暫態(tài)參考無(wú)功慣性系數(shù)k6乘以電網(wǎng)電壓偏離值△v的絕對(duì)值，得到暫態(tài)參考無(wú)功絕對(duì)值給定暫態(tài)無(wú)功慣性系數(shù)k6乘以暫態(tài)參考無(wú)功絕對(duì)值得到暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2。穩(wěn)態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref1與暫態(tài)參考無(wú)功偏離值△qref2相加得到參考無(wú)功偏離值△qref，給定無(wú)功參考值pref與參考無(wú)功偏離值△qref相加，得到實(shí)際無(wú)功參考值q^*ref。實(shí)際無(wú)功參考值q^*0ref不能大于給定最大無(wú)功參考值qmax或者不能小于給定最小無(wú)功參考值qmin。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。