[发明专利]基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法

说明书

本发明公开了一种基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法，包括计算并联端口的输出有功功率和无功功率；以并联端口的输出有功功率计算虚拟同步发电机的输出角频率；以并联端口的输出无功功率计算虚拟同步发电机的输出电势；计算虚拟同步发电机在三相静止坐标系下的电压合成指令并得到储能逆变器的控制量；获取光伏逆变器的直流母线电压指令值并计算光伏逆变器的dq轴分量指令信号；计算三相静止坐标下的输出信号并得到光伏逆变器的控制量。本发明方法能够使并联端口模拟虚拟同步发电机特性，主动参与电压和频率调整；光伏逆变器的并网经济性不受影响，还能主动参与无功功率输出任务，减轻储能逆变器的无功功率输出负担，实现功率合理分配。

技术领域

本发明具体涉及一种基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法。

背景技术

随着经济技术的发展，环境和能源问题日益突出。光伏发电是世界公认的绿色发电技术，能够很好的解决环境问题和能源问题，因此近年来光伏发电技术得到了长足的发展和研究。

而随着我国农村大量涌现分布式光伏电源，其问题也日益凸显：一方面，农村地区电网结构薄弱，负荷密度低，对光伏的接纳能力和功率波动抗扰动能力弱；另一方面，大量分布式光伏电源通过电力电子装置接入电网后，表现出与传统发电机组迥异的行为特性：由于光伏并网逆变器响应速度快、几乎没有转动惯量、难以参与电网调节，无法为稳定性相对较差的农村电网提供必要的电压和频率支撑，更无法提供必要的阻尼作用；缺乏与大电网有效“同步”的机制，加剧农村电网电压质量和稳定性差的难题。

借鉴传统电力系统的运行经验，若使得光伏并网逆变器具有同步发电机的外特性，必然能提高含光伏电源和农村地区的运行性能。虚拟同步机技术通过模拟同步发电机的转子运动方程和电磁方程设计逆变器的控制系统，实现了逆变器与同步机在部分频段的等效，为解决光伏并网逆变器的低惯量、欠阻尼问题提供了重要的解决途径。

根据现有的研究成果，将光伏逆变器改造为虚拟同步机，需在光伏逆变器的直流母线侧加装储能装置，通过集成的光-储系统控制发电单元直流母线的电压恒定。但光伏和储能系统通过同一逆变器输出功率，需增加DC/DC变换器，直流母线结构复杂；此外，由于逆变器直流侧母线电压完全由储能变流器控制，虚拟同步机功能的实现严重依赖于储能系统性能，当储能出现容量不足或故障隔离时，会导致光伏系统无法正常并网。

若将光伏发电系统与储能系统独立地并入电网，在交流侧实现虚拟同步控制，在不影响光伏并网经济性的同时，可有效平滑光伏功率输出，削弱光伏功率波动对电压和频率的影响。此方案中，光伏发电系统和储能系统相互独立，当储能系统失效时，光伏发电系统仍可以向电网输送功率，当光伏逆变器失效时，储能系统仍然可以参与电压和频率调整。

标题为《应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析》(中国电机工程学报，2017(37):第444-453页)的文献中提出一种光伏微电网中的虚拟同步发电机结构的应用以及相应控制策略，但该文忽视了无功功率的分配控制，导致光伏逆变器无法参与无功功率输出以及电压调整任务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使得光伏发电系统与储能系统的并联端口模拟虚拟同步发电机特性并主动参与电压和频率调整，而且可靠性高、稳定性好的基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法。

本发明提供的这种基于光储独立并网的虚拟同步发电控制方法，包括如下步骤：

S1.获取光伏发电系统与储能系统的并联端口的输出电压和输出电流，计算并联端口的输出有功功率和无功功率；

S2.以光伏发电系统与储能系统的并联端口的输出有功功率计算虚拟同步发电机的输出角频率；

S3.以光伏发电系统与储能系统的并联端口的输出无功功率计算虚拟同步发电机的输出电势；