[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

说明书

本发明公开了一种基于VSG的中高压大容量级联型储能系统控制方法，其基于同步发电机的数学模型原理，实现对中高压大容量级联型储能系统的控制，主要包括如下步骤：(1)通过反映同步发电机的调频特性进行储能系统的有功功率控制，通过反映同步发电机的励磁调压特性进行储能系统的无功功率控制；(2)通过改进频差积分法方法实现多储能系统间有功功率按各自容量进行分配；(3)利用所提预同步方法实现储能系统短时间内平滑并入电网。本发明基于虚拟惯性环节的中高压/大容量级联型储能系统的控制方法，增强了储能系统在大规模可再生能源入网、微电网以及大电网等场合的应用能力。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于VSG的中高压大容量级联型储能系统控制方法。

背景技术

在化石能源日益枯竭、环境问题日益突出及气候变暖的一系列问题的影响下，以风力发电、光伏发电等为主的可再生能源迅速发展，但大规模的可再生能源的功率输出具有间歇性和不确定性，使其发电功率难以保证平稳，直接接入将对电网调度调峰、优化运行以及电力系统的安全性和可靠性等造成不利影响，也因此，我国主要的新能源发电地区发生了广泛的“弃风弃光”现象。为解决上述问题，有效途径之一为在新能源系统中配备相当的中高压、大容量的储能装置，如基于级联H桥多电平(Cascaded H-Bridge Converter，CHB)或模块化多电平(ModularMulti-level Converter，MMC)拓扑的级联型储能系统，均可在中/高压等级电网中起平抑波动、短时削峰填谷和能量调度的作用。

目前现有的中高压大容量的储能项目对系统的运行控制策略和调制方法研究较少，多采用传统低压小容量分布式电源的控制方法，主要有基于锁相环(Phase Lock Loop，PLL)的PQ控制、VF控制和下垂控制等几种。上述几种控制方式响应速度快，研究、应用较为成熟，但是PQ控制在孤岛模式下不能保证电网参数的稳定；VF控制在并网运行时，输出功率控制较为困难；下垂控制模拟了同步发电机的一次调频特性和一次调压特性便于功率控制以及保证电网参数的稳定。

此外，上述几种控制方式除具有响应快、控制灵活的优势外，同时也具有低阻尼、低惯性的不足。随着使用上述几种控制方式的电源对大电网的渗透率逐渐提高时，传统电力系统的转动惯量逐渐下降，阻尼特性逐渐恶化甚至出现负阻尼，电力系统频率稳定性、运行安全性逐渐降低。

针对传统控制方法的不足，学者提出了虚拟同步发电机(VSG)控制技术，使分布式电源模拟同步发电机的运行特性。具体为，通过建立以同步发电机的内部运行机理和外部特性为基础的数学模型，实现功率转换单元模拟同步发电机运行目的；虚拟同步发电机控制提高了系统的阻尼，有利于电力系统的安全稳定运行；采用虚拟同步发电机控制的多机储能系统之间以及储能系统与同步发电机之间的功率分配控制仍需进一步研究，同时中高压大容量储能系统的离网到并网时的预同步控制也需要进一步研究。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于VSG的中高压大容量级联型储能系统控制方法，可以实现储能系统以同步发电机的方式运行，具有频率和电压的调节能力，可以实现多个互联储能系统间以及储能系统与同步发电机间有功的合理分配，便于电力系统调度，有效降低或消除基于虚拟同步发电机的储能系统并网过程可能出现的冲击，提高了电力系统的运行稳定性。

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：