本技術(shù)涉及光伏發(fā)電儲(chǔ)能并網(wǎng)，尤其是涉及一種協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、virtual?synchronous?generator（虛擬同步發(fā)電機(jī)，簡(jiǎn)稱vsg），在電力系統(tǒng)中，vsg是一種能夠模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)特性的電力電子設(shè)備或控制系統(tǒng)。它可以通過控制算法使分布式電源（如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）表現(xiàn)出與同步發(fā)電機(jī)相似的慣性和阻尼特性，從而有助于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和頻率調(diào)節(jié)。

2、近年來由于電力電子元器件和可再生能源技術(shù)的成本下降，新能源發(fā)電特別是光伏發(fā)電得到廣泛的研究與應(yīng)用，電力能源系統(tǒng)正面對(duì)新型的技術(shù)挑戰(zhàn)。從電力系統(tǒng)運(yùn)行的角度來看，光伏電源的高滲透率主要存在兩個(gè)挑戰(zhàn)。首先，光伏發(fā)電具有隨機(jī)性與波動(dòng)性，它們的輸出會(huì)隨著環(huán)境的改變而變化，由此導(dǎo)致了在電力需求高峰期對(duì)電力系統(tǒng)平衡和資源充足性的挑戰(zhàn)。其次，光伏發(fā)電通過電力電子變換器與電網(wǎng)進(jìn)行連接，并不具備機(jī)械慣性和阻尼特性。隨著傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)被分布式電力電子設(shè)備大量取代，整個(gè)電力系統(tǒng)呈現(xiàn)低慣量的特性，電網(wǎng)的可靠性與穩(wěn)定性也因此降低。

3、為了解決新能源的低慣量問題，虛擬同步發(fā)電機(jī)的概念被提出。通過在并網(wǎng)逆變器的控制策略中模擬同步發(fā)電機(jī)的主體模型、有功調(diào)頻、無功調(diào)壓等特性，使含有電力電子設(shè)備的新能源發(fā)電從運(yùn)行機(jī)制以及外特性上可以和常規(guī)同步電機(jī)近似，將新能源發(fā)電系統(tǒng)等同于一個(gè)同步發(fā)電機(jī)來運(yùn)行。但是，現(xiàn)有的vsg控制策略大多以無窮大電源來等效分布式電源和儲(chǔ)能元件，沒有考慮其真實(shí)的輸出能力對(duì)vsg虛擬慣性自適應(yīng)控制效果的影響，阻礙了新能源發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用化。對(duì)此，光伏系統(tǒng)會(huì)配備電池儲(chǔ)能來增強(qiáng)光伏輸出功率的可控性，間歇性波動(dòng)的光伏功率完全交由電池處理，將導(dǎo)致電池頻繁充放電和早衰。此外，由于這種方法容易過早耗盡電池容量，此時(shí)為避免直流側(cè)過壓，容易引起光伏電源卸載，降低光伏功率的利用率。

4、電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)希望的是可再生能源響應(yīng)電網(wǎng)的潮流變化，而不是禁止可再生能源輸出波動(dòng)功率，電網(wǎng)中所有具有調(diào)頻能力的機(jī)組都可以集體吸收可再生能源的波動(dòng)功率。因此，將波動(dòng)的光伏功率靈活地輸送到電網(wǎng)，而不是將其完全存儲(chǔ)在電池中，具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。允許直流側(cè)電壓波動(dòng)從而反映光伏功率的變化，可以實(shí)現(xiàn)最大光伏功率的自適應(yīng)交付。除了無電池光伏發(fā)電系統(tǒng)外，這一想法也已應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)和高壓直流輸電系統(tǒng)。然而，由于光儲(chǔ)vsg系統(tǒng)直流側(cè)電壓和功率平衡之間的聯(lián)系較為復(fù)雜，已有研究沒有將這一想法應(yīng)用到光儲(chǔ)系統(tǒng)的vsg控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了將波動(dòng)的光伏功率靈活地輸送到電網(wǎng)，而不是將其完全存儲(chǔ)在電池中，以實(shí)現(xiàn)功率最大輸出和降低電池運(yùn)行壓力，本技術(shù)提供一種協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制方法，包括：

4、基于vsg控制原理建立逆變器輸出功率與vsg虛擬轉(zhuǎn)子角頻率之間的輸出功率-角頻率模型；

5、建立直流側(cè)電壓與所述逆變器輸出功率之間的直流電容電壓-輸出功率模型；

6、根據(jù)直流側(cè)電壓變化和vsg虛擬轉(zhuǎn)子角頻率變化之間的相關(guān)性，建立直流側(cè)電壓與輸出頻率偏差比例關(guān)系的控制模型；

7、模擬同步發(fā)電機(jī)中輸入功率和轉(zhuǎn)子速度之間的下垂控制，將電池功率與直流側(cè)電壓相關(guān)聯(lián)，建立電池下垂控制策略，使電池功率變化響應(yīng)需求轉(zhuǎn)移至直流側(cè)電容器。

8、可選地，所述基于vsg控制原理建立逆變器輸出功率與vsg虛擬轉(zhuǎn)子角頻率之間的輸出功率-角頻率模型的方法包括：

9、

10、

11、

12、其中，為vsg的虛擬慣性，為虛擬阻尼，和分別為vsg虛擬轉(zhuǎn)子的實(shí)際角頻率和額定角頻率，為虛擬阻尼系數(shù)，和分別為逆變器的機(jī)械功率和實(shí)際輸出功率；為給定參考功率，為原動(dòng)機(jī)的調(diào)差參數(shù)，和分別為逆變器輸出電壓和網(wǎng)側(cè)電壓，為逆變器與電網(wǎng)之間的阻抗。

13、可選地，所述建立直流側(cè)電壓與所述逆變器輸出功率之間的直流電容電壓-輸出功率模型的方法包括：

14、

15、其中，和分別表示逆變器直流側(cè)的額定電容值和額定電壓值，表示逆變器直流側(cè)的實(shí)際直流側(cè)電壓。

16、可選地，所述根據(jù)直流側(cè)電壓變化和vsg虛擬轉(zhuǎn)子角頻率變化之間的相關(guān)性，建立直流側(cè)電壓與輸出頻率偏差比例關(guān)系的控制模型的方法包括：

17、所述直流側(cè)電壓變化和vsg虛擬轉(zhuǎn)子角頻率變化之間的相關(guān)性：

18、

19、

20、其中，為角頻率變化量，為關(guān)聯(lián)系數(shù)，為直流側(cè)電壓變化量。

21、可選地，所述將電池功率與直流側(cè)電壓相關(guān)聯(lián)，建立電池下垂控制策略的方法包括：

22、根據(jù)蓄電池電流控制模型，獲取輸入改變下的系統(tǒng)功率平衡的小信號(hào)模型和負(fù)載改變下的系統(tǒng)功率平衡的小信號(hào)模型。

23、可選地，所述蓄電池電流控制模型包括：

24、

25、

26、其中，為電池電流的變化量，為電池功率的變化量，為電池電壓；為頻率與電池功率之間的下垂系數(shù)，由最大功率變化下允許的最大角頻率偏差決定。

27、可選地，所述輸入改變下的系統(tǒng)功率平衡的小信號(hào)模型包括：

28、

29、

30、

31、其中，為光伏功率變化，為阻尼比。

32、可選地，所述負(fù)載改變下的系統(tǒng)功率平衡的小信號(hào)模型，

33、

34、

35、

36、其中，為輸出功率變化，為電容功率變化。

37、可選地，建立直流側(cè)電壓與dc/dc變換器之間的工作模式控制策略：

38、當(dāng)直流側(cè)電壓處于正常電壓區(qū)間時(shí)，dc/dc變換器保持工作在mppt控制模式；

39、當(dāng)直流側(cè)電壓超過指定電壓閾值時(shí)，控制dc/dc變換器切換至光伏減載控制模式降低光伏輸出功率；

40、當(dāng)光伏輸出功率自然減少至指定光伏功率閾值或者負(fù)載功率增加至指定負(fù)載功率閾值時(shí)，控制光伏dc/dc變換器將切換至mppt工作模式。

41、第二方面，本技術(shù)提供一種協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制系統(tǒng)，包括處理器，所述處理器中運(yùn)行有上述中任意一項(xiàng)所述的協(xié)調(diào)功率最大輸出與儲(chǔ)能的光儲(chǔ)vsg控制方法及系統(tǒng)的程序。

42、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

43、1、相比傳統(tǒng)的vsg，本發(fā)明的光儲(chǔ)vsg控制方法使用模擬同步控制環(huán)節(jié)代替?zhèn)鹘y(tǒng)光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)控制原理中的有功-功率控制，同時(shí)模擬同步發(fā)電機(jī)中輸入功率和轉(zhuǎn)子速度之間的下垂控制，將電池功率與直流側(cè)電壓相關(guān)聯(lián)，建立電池下垂控制策略，代替?zhèn)鹘y(tǒng)光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)控制原理中的雙向buck-boost控制環(huán)節(jié)，使電池功率變化響應(yīng)需求轉(zhuǎn)移至直流側(cè)電容器，使得更多的光伏能量得以利用，同時(shí)減少對(duì)本地電池吸收光伏發(fā)電的需求，從而大大降低了電池功率的需求，減少對(duì)電池的影響，同時(shí)提供與傳統(tǒng)vsg相同的輸出功率，能夠在不損害電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)功能的情況下實(shí)現(xiàn)更高的光伏功率傳播，充分提高光伏功率利用率，避免電池不必要的充放電，顯著提高電池壽命；

44、2、本發(fā)明為確保系統(tǒng)正常工作時(shí)直流側(cè)電壓在合理范圍之內(nèi)，建立直流側(cè)電壓與dc/dc變換器之間的工作模式控制策略作為附加控制方案，優(yōu)先考慮系統(tǒng)的安全性，將光伏功率的最大輸出改為保留有功備用控制，使光伏陣列的運(yùn)行點(diǎn)偏離最大功率點(diǎn)，從而預(yù)留出一部分有功功率，無需提供額外的儲(chǔ)能單元所需的高昂的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，在正常功率波動(dòng)范圍內(nèi)，相比于采用額外的儲(chǔ)能單元，采用光伏減載控制的方式更具經(jīng)濟(jì)性和可靠性。