[发明专利]一种基于VSG的中高压大容量级联型储能系统控制方法

权利要求书

1.一种基于VSG的中高压大容量级联型储能系统控制方法，其利用并网预同步机制实现孤岛运行的储能系统无缝接入电网，具体包括如下步骤：

(1)监测上位机向储能系统发送的并网指令，同时采集储能系统输出侧LC滤波器的三相电容电压e_abc、输出侧三相滤波电感电流i_abc以及三相电网电压u_abc，进而对三相电容电压e_abc和三相电网电压u_abc分别进行Clark变换，得到三相电容电压e_abc在α-β坐标系下的电压分量e_α和e_β以及三相电网电压u_abc在α-β坐标系下的电压分量u_α和u_β；

(2)根据三相电容电压e_abc和三相滤波电感电流i_abc计算出储能系统的输出有功功率P_e和输出无功功率Q_e，并利用反映同步发电机内部运行机理及外部特性的二阶等效数学模型计算出储能系统VSG的频率增量Δω和功角增量Δδ；所述二阶等效数学模型的计算表达式如下：

P_m＝P_ref+G(s)(f-f_N)

其中：ω为三相电容电压e_abc的频率，P_D为VSG的阻尼功率且P_D＝D×(ω-ω_N)，D和T_j分别为VSG的阻尼功率系数和虚拟惯性时间常数，P_m为VSG的机械功率，表示限幅，P_ref为储能系统的有功功率给定值，f为电网频率，f_N为电网额定频率，G(s)为实现多机储能系统间功率合理分配的改进频率积差方法的传递函数且K为储能系统的一次频率调节系数，K'为功率-频率转换系数，α为储能系统的有功分配调节系数即本储能系统额定容量占当前并入电网的所有储能系统额定容量总和的比例，s为拉普拉斯算子；

(3)利用电压无功下垂算法计算出VSG的输出参考电压E，具体过程如下：

3.1使U_N减去U_o后乘以比例系数-k_u得到的结果加上Q_ref，其中U_N为电网额定电压的有效值，U_o为三相电容电压e_abc的有效值，Q_ref为储能系统的无功功率给定值；

3.2使步骤3.1得到的结果即Q_ref-k_u(U_N-U_o)经限幅环节后减去Q_e；

3.3使步骤3.2得到的结果通过PI控制后加上E₀即得到输出参考电压E，其中E₀为VSG的空载电动势；

(4)根据并网指令计算确定VSG的预同步控制频率增量Δω_g，具体实现方法为：当储能系统处于离网运行状态且接收到并网指令，则启动预同步机制并根据以下公式计算出预同步调节信号S，然后使预同步调节信号S依次经PI控制和限幅环节后即得到预同步控制频率增量Δω_g；

S＝e_α'u_β'-u_α'e_β'

其中：e_α'、e_β'、u_α'和u_β'分别为电压分量e_α、e_β、u_α和u_β经低通滤波后的结果；

当以下条件同时满足情况下，储能系统向并网断路器发出并网信号实现并网，此时令预同步控制频率增量Δω_g＝0；

其中：C₁、C₂和C₃均为给定的阈值，ΔU＝U_N-U_o，U_N为电网额定电压的有效值，U_o为三相电容电压e_abc的有效值；

(5)对Δω+Δω_g+ω_N的结果进行积分即得到输出参考电压E对应的相角θ，ω_N为三相电网电压u_abc的频率；

(6)根据输出参考电压E及其相角θ生成三相调制电压信号，根据该三相调制电压信号通过SPWM调制算法生成储能系统功率转换单元的开关信号并对其加以控制。

2.根据权利要求1所述的中高压大容量级联型储能系统控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中通过以下表达式生成VSG三相调制电压信号：

其中：u_refa、u_refb、u_refc对应为A相、B相、C相的调制电压信号。