[发明专利]一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置

说明书

本发明公开一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置，包括：采用虚拟电阻下垂控制的方式控制所述电池，使得所述电池的功率变化与频率的偏差成正比，以模拟同步发电机的一次调频补偿功率和阻尼补偿功率，实现对同步发电机低频功率分量的分配；采用虚拟电容下垂控制的方式控制所述超级电容器，使得所述超级电容器的功率变化与频率的差分成正比，以模拟同步发电机的转子提供的功率，实现对同步发电机高频功率分量的分配。本发明将传统的虚拟电阻下垂控制策略拓展为虚拟阻容下垂控制，实现混合储能系统的分散控制和功率分配，在不需要通讯、各储能单元只需要测量本地电流的情况下，实现电池、超级电容器分别响应系统的低频、高频功率波动。

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，更具体地，涉及一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置。

背景技术

可再生能源发电具有便于装配、发电效率高、环境污染小等诸多优点，已经成为解决能源问题和环境问题的一个有效途径。柔性直流输电技术以电压源换流器作为电力电子器件，基于可自开断的IGBT等开关器件，广泛用作可再生能源的并网接口。但电力电子器件具有动态响应快等特点，无法对电网频率波动作出合适的响应，导致整个电力系统的惯性下降。传统的电力系统具有大量的惯性结构，例如发电机的转子，可以在一定程度上抑制频率扰动和系统振荡，但随着接入电网中的逆变器和变流器等电力电子装备的不断增大，其稳定运行将会受到巨大的挑战。

虚拟同步发电机技术使得换流器能够像同步发电机一样工作，从而具有同步发电机的惯性、阻尼等外特性，显著提高弱电网和孤岛电网运行的稳定性，改善系统的动态特性。但由于分布式电源本身不存在惯性环节，需要在直流侧配备额外的储能装置以实现虚拟同步机控制。混合储能系统能够最大化地发挥各储能单元的优势，提升储能系统的整体寿命及工作效率，降低整体系统的实际成本，在虚拟同步机技术中应用前景广阔。

一种典型的混合储能虚拟同步机设计方法是使用电池和超级电容器混合储能，其中电池用于补偿相对低频的功率波动，而超级电容器补偿相对高频的功率波动。为了实现功率的合理分配，大多数混合储能系统都采用低通或高通滤波器来生成不同储能单元的功率参考值，这就需要采用中央控制器进行计算，这种方法将增加系统的复杂度和计算负担，且存在通讯延时等新问题，另外滤波器截止频率的选取也没有统一的标准，大多是通过试验的方式确定，不具备普适性。因此，应该使用没有中央控制器的分散式控制方式。下垂控制方式是常见的分散控制方法，通过下垂控制方式可以减少系统计算的复杂度，但传统的下垂控制策略只能实现稳态下的功率分配，无法实现不同时间尺度的功率分配，无法充分发挥电池和超级电容器混合储能的优势。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统的下垂控制策略只能实现稳态下的功率分配，无法实现不同时间尺度的功率分配，无法充分发挥电池和超级电容器混合储能优势的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法，该混合储能虚拟同步发电机的储能单元包括：电池和超级电容器，包括以下步骤：

采用虚拟电阻下垂控制的方式控制所述电池，使得所述电池的功率变化与频率的偏差成正比，以模拟同步发电机的一次调频补偿功率和阻尼补偿功率，实现对同步发电机低频功率分量的分配；

采用虚拟电容下垂控制的方式控制所述超级电容器，使得所述超级电容器的功率变化与频率的差分成正比，以模拟同步发电机的转子提供的功率，实现对同步发电机高频功率分量的分配。

可选地，该方法还包括如下步骤：

在所述虚拟同步发电机的交流侧，采用ω-P下垂控制方式控制虚拟同步发电机的频率，采用U-Q下垂控制方式控制虚拟同步发电机的交流侧电压；ω为虚拟同步发电机的频率，P为虚拟同步发电机的输出有功功率，U为虚拟同步发电机的电压，Q为虚拟同步发电机的输出无功功率。

可选地，所述虚拟电阻下垂控制的方式和虚拟电容下垂控制方式的下垂系数通过如下公式确定：