CN108092309B - 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法 - Google Patents

一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108092309B
CN108092309B CN201711418443.2A CN201711418443A CN108092309B CN 108092309 B CN108092309 B CN 108092309B CN 201711418443 A CN201711418443 A CN 201711418443A CN 108092309 B CN108092309 B CN 108092309B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
power
direct
alternating
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201711418443.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108092309A (zh
Inventor
王皓靖
张宇
赵磊
方陈
康丽
包海龙
田文涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANJING PARUOTE SOLAR ENERGY Co Ltd
Shanghai Sai Pu Le Power Technology Co Ltd
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
NANJING PARUOTE SOLAR ENERGY Co Ltd
Shanghai Sai Pu Le Power Technology Co Ltd
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANJING PARUOTE SOLAR ENERGY Co Ltd, Shanghai Sai Pu Le Power Technology Co Ltd, State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd filed Critical NANJING PARUOTE SOLAR ENERGY Co Ltd
Priority to CN201711418443.2A priority Critical patent/CN108092309B/zh
Publication of CN108092309A publication Critical patent/CN108092309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108092309B publication Critical patent/CN108092309B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H02J3/385—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

本发明公开了一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法，包括光伏面板、直流侧蓄电池、交流侧蓄电池、负载，所述光伏面板通过直流转换器之后接入直流母线，所述直流侧蓄电池经过双向直流转换器后与光伏面板并联接入直流母线，所述交流侧蓄电池经过双向交直流逆变器接入交流母线，直流母线和交流母线通过逆变器相连，交流母线最终接入电网，所述负载直接接入交流母线。在虚拟同步机的控制下，双储能装置可以在光伏电站出力和电网频率出现波动时通过吸收或释放储存的电能较好的稳定电网频率和电压。双储能装置的加入对于消除大容量光伏并网发电过程中对电网产生的冲击具有重要意义。

Description

一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种适用于兆瓦级光伏发电的双储能虚拟同步机装置及方法。
背景技术
目前，运用虚拟同步发电机技术的光伏发电控制系统，通常是在光伏直流侧配置蓄电池储能，并将光-储视为一个整体，对并网逆变器采用VSG控制技术，以实现光伏发电的友好消纳，然而，对于大容量特别是兆瓦级的光伏发电站，出力波动将会超过传统的虚拟同步机控制范围，如果无法为虚拟同步机调频和调功提供足够的能量缓冲，会严重影响虚拟同步机的稳定性。在本发明之前，申请号为2015101534250，2016109814536的中国专利申请都对相关问题提出了改进方法，但前者控制方法不适用于大容量光伏并网发电过程，后者则仅仅研究了储能电池的特性，没有考虑外部电路特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，以减弱大容量光伏并网时对电网的冲击影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，包括光伏面板、直流侧蓄电池、交流侧蓄电池、负载，所述光伏面板通过直流转换器之后接入直流母线，所述直流侧蓄电池经过双向直流转换器后与光伏面板并联接入直流母线，所述交流侧蓄电池经过双向交直流逆变器接入交流母线，直流母线和交流母线通过逆变器相连，交流母线最终接入电网，所述负载直接接入交流母线。
所述虚拟同步机控制装置适用于兆瓦级光伏发电。
一种基于权利要求1所述的装置的控制方法，包括如下步骤：
(1)针对直流侧蓄电池的控制策略如下：
(1.1)设定测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset；
(1.2)检测光伏面板的输出电压U0和电流I0，计算最大跟踪功率Pmppt；
(1.3)比较最大跟踪功率Pmppt与有功指令值Pset差值，得到功率差ΔP；
(1.4)当ΔP＞0时，直流侧蓄电池吸收ΔP电能；当ΔP＜0时，直流侧蓄电池释放ΔP电能；
(2)针对交流侧蓄电池的控制策略如下：
(2.1)检测虚拟同步机并网点的电压频率f；
(2.2)设定虚拟同步机并网点的电压频率f与交流电网的额定频率f0之差为Δf；
(2.3)通过虚拟同步机的功频控制算法，计算出交流侧蓄电池所需释放或吸收的功率值ΔPset，功频控制算法公式如下：
ΔPset＝Te*w
式中，J为同步电机转动惯量；w为实际电网角速度；w0为电网同步角速度；f为虚拟同步机并网点的电压频率；f0为交流电网的额定频率；kf为频率响应系数；Te为电磁转矩；D为定长阻尼系数；Pste-ref有功指令值。
本发明中，以光伏面板实时输出的最大功率Pmppt与上层控制系统的有功指令值Pset的差值作为直流侧蓄电池释放或吸收电能的有功指令值Pstr-set。
本发明中，在直流侧蓄电池的控制策略中，直流母线电压U0是随着光伏输出功率变化的，计算出其与设定值Udc的差，在经过PI闭环控制调节后将信号输出信号转换器得到电流信号I1；同时，检测光伏最大输出功率PMPPT，计算出与设定值Pset的差值Pstr-set，再输入直流母线电压Udc得到商值电流I2，这一部分是将电压和功率信号都转化为电流信号进行控制，在由电流I1和I2之和得到参考电流Iref后，对参考电流Iref进行闭环跟踪控制经过PI比例积分调节和信号转换后得到调制信号d，调制信号d通过移相控制得到各项桥臂的调制信号d1，d2，d3，通过调制信号来控制逆变器的输出。
本发明中，当电网侧功率负荷突变时，光伏面板和直流侧蓄电池继续以电网负荷功率未突变时刻的功率需求输出，此时运用虚拟同步机控制算法的交流侧蓄电池的作用在于根据网侧负荷功率突变所引起的电源侧与网侧之间的频率差Δf来吸收或释放能量。
有益效果：相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1.设置直流侧蓄电池减弱了大容量光伏因为天气或线路故障造成的电能输出波动，将波动控制在逆变器调节范围之内，减轻了虚拟同步机控制难度。
2.设置直流侧蓄储能电池可以维持直流母线电压稳定，保障微网内负荷的供电稳定性。
3.设置交流侧蓄电池则主要是在电网频率发生变化时，能够为虚拟同步机提供较大的惯性余量，进而可以更好的调整输出有功和无功功率，稳定电网频率。
4.蓄电池的设置提高了直流电源的输出惯性和阻尼特性，能够更好的保证直流源输出的稳定性并在电网波动时维持电网频率稳定。
附图说明
图1为虚拟同步机的控制策略图；
图2为加入储能的虚拟同步机的拓扑图；
图3为加入储能的虚拟同步机的控制策略图；
图4为光伏输出功率随时间变化图；
图5为直流侧储能电池控制策略图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示为虚拟同步机的控制策略图。
如图2所示为本发明的一种加入双储能的虚拟同步机控制装置，适用于兆瓦级光伏发电，包括光伏面板1、直流侧蓄电池4、交流侧蓄电池7、负载，光伏面板1通过直流转换器2之后接入直流母线12，直流侧蓄电池4经过双向直流转换器3后与光伏面板1并联接入直流母线12，交流侧蓄电池7经过双向交直流逆变器6接入交流母线13，直流母线12和交流母线13通过逆变器5相连，交流母线13最终接入电网11，负载包括并联的第一负载8、第二负载9、第三负载10，均直接接入交流母线13。
在直流母线12侧，系统先检测光伏面板1输出电压UP和电流IP，利用最大功率点跟踪原理计算出功率Pmppt，计算输出功率与设定的测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset的差值△P＝Pset-Pmppt即为双向直流转换器3的有功指令值Pstr-set。具体工作模式如图3、图4和图5所示，其具体工作过程为：
图4中，t0、t1、t2、t3表示四个不同时间点，当t∈(t0,t1)∪(t2,t3)时，光伏面板1实时输出的最大功率Pmppt小于上层控制系统的有功指令值Pset，Ⅰ所示区域表示的功率差△P＝Pset-Pmppt即为双向直流转换器3的有功指令值Pstr-set，其中Pset是根据电网11正常工作模式所设定。
当t∈(t1-t2)时，光伏面板1实时输出的最大功率Pmppt大于上层控制系统的有功指令(即测出的电网用户负荷需求量)Pset，Ⅱ所示区域表示的功率差-△P即为光伏面板1阵列在满足电网11所需有功功率的前提下，向直流侧蓄电池4输入的功率。此时，储能系统的有功指令Pstr-set＝-ΔP。
如图5，在直流侧蓄电池4的控制策略部分中，直流母线电压U0是随着光伏输出功率变化的，计算出其与设定值Udc的差，在经过PI闭环控制调节后将信号输出信号转换器得到电流信号I1；同时，检测光伏最大输出功率PMPPT，计算出与设定值Pset的差值Pstr-set再输入直流母线电压Udc得到商值电流I2，这一部分是将电压和功率信号都转化
为电流信号进行控制，在由电流I1和I2之和得到参考电流Iref后，对参考电流Iref进行闭环跟踪控制经过PI比例积分调节和信号转换后得到调制信号d，调制信号d通过移相控制得到各项桥臂的调制信号d1，d2，d3，通过调制信号来控制逆变器5的输出。
对于交流侧蓄电池7，单纯的储能逆变器VSG控制的有功-频率部分可以表示为：
式中，J为同步电机转动惯量；w为实际电网角速度；w0为电网同步角速度；f为虚拟同步机并网点的电压频率；f0为交流电网额定频率；kf为频率响应系数；Te为电磁转矩；D为定长阻尼系数；Pste-ref有功指令值。
由于直流侧蓄电池4的作用，光伏面板1已经实现了对电网11的稳定输出，而且输出值与电网正常需求值相同，即Pste-ref＝0此时，交流侧蓄电池7只需要在电网电压、频率发生异常情况时，根据波动值来调节输出功率即可实现电网系统的稳定，此时，其VSG控制的有功-频率部分可以表示为：
综上，储能输出的VSG控制策略如下：
式中E为虚拟同步机输出电压幅值；E0空载电势；Qref为并网指令无功；Q为虚拟同步机输出无功功率；kq为无功闭环控制积分系数；ku为调压比例系数；Uref输出端电压参考值；U为输出端电压实际值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于加入双储能的虚拟同步机控制装置的控制方法，其特征在于：所述加入双储能的虚拟同步机控制装置包括光伏面板(1)、直流侧蓄电池(4)、交流侧蓄电池(7)、负载，所述光伏面板(1)通过直流转换器(2)之后接入直流母线(12)，所述直流侧蓄电池(4)经过双向直流转换器(3)后与光伏面板(1)并联接入直流母线(12)，所述交流侧蓄电池(7)经过双向交直流逆变器(6)接入交流母线(13)，直流母线(12)和交流母线(13)通过逆变器(5)相连，交流母线(13)最终接入电网(11)，所述负载直接接入交流母线(13)；
控制方法包括如下步骤：
(1)针对直流侧蓄电池(4)的控制策略如下：
(1.1)设定测出的电网用户负荷需求量的有功指令值Pset；
(1.2)检测光伏面板的输出电压U0和电流I0，计算最大跟踪功率Pmppt；
(1.3)比较最大跟踪功率Pmppt与有功指令值Pset差值，得到功率差ΔP；
(1.4)当ΔP＞0时，直流侧蓄电池(4)吸收ΔP电能；当ΔP＜0时，直流侧蓄电池(4)释放ΔP电能；
(2)针对交流侧蓄电池(7)的控制策略如下：
(2.1)检测虚拟同步机并网点的电压频率f；
(2.2)设定虚拟同步机并网点的电压频率f与交流电网的额定频率f0之差为Δf；
(2.3)通过虚拟同步机的功频控制算法，计算出交流侧蓄电池(7)所需释放或吸收的功率值ΔPset，功频控制算法公式如下：
ΔPset＝Te*w
式中，J为同步电机转动惯量；w为实际电网角速度；w0为电网同步角速度；f为虚拟同步机并网点的电压频率；f0为交流电网的额定频率；kf为频率响应系数；Te为电磁转矩；D为定长阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：以光伏面板(1)实时输出的最大跟踪功率Pmppt与上层控制系统的有功指令值Pset的差值作为直流侧蓄电池(4)释放或吸收电能的有功指令值Pstr-set。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在直流侧蓄电池(4)的控制策略中，直流母线电压U0是随着光伏输出功率变化的，计算出其与设定值Udc的差，在经过PI闭环控制调节后将信号输出信号转换器得到电流信号I1；同时，检测光伏最大跟踪功率Pmppt，计算出与有功指令值Pset的差值Pstr-set，再输入直流母线电压Udc得到商值电流I2，这一部分是将电压和功率信号都转化为电流信号进行控制，在由电流I1和I2之和得到参考电流Iref后，对参考电流Iref进行闭环跟踪控制经过PI比例积分调节和信号转换后得到调制信号d，调制信号d通过移相控制得到各相桥臂的调制信号d1,d2,d3，通过调制信号来控制逆变器(5)的输出。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：当电网(11)侧功率负荷突变时，光伏面板(1)和直流侧蓄电池(4)继续以电网(11)负荷功率未突变时刻的功率需求输出，此时运用虚拟同步机控制算法的交流侧蓄电池(7)的作用在于根据网侧负荷功率突变所引起的电源侧与网侧之间的频率差Δf来吸收或释放能量。
CN201711418443.2A 2017-12-25 2017-12-25 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法 Expired - Fee Related CN108092309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711418443.2A CN108092309B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711418443.2A CN108092309B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108092309A CN108092309A (zh) 2018-05-29
CN108092309B true CN108092309B (zh) 2019-12-10

Family

ID=62179167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711418443.2A Expired - Fee Related CN108092309B (zh) 2017-12-25 2017-12-25 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108092309B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923462B (zh) * 2018-07-12 2021-07-06 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 光伏发电系统虚拟同步机控制方法、装置、变流器及系统
CN109066771A (zh) * 2018-07-26 2018-12-21 许继集团有限公司 一种新能源电站的虚拟同步机仿真装置及新能源电站
CN111900749B (zh) * 2020-06-17 2022-04-22 西安交通大学 光储一体化系统的网源协调虚拟同步机控制方法
CN111900709B (zh) * 2020-06-17 2022-04-22 西安交通大学 光储一体化系统直流母线电压可恢复的类同步机控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114905A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp マイクログリッドシステム
WO2013082698A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Hatch Ltd. System, method and controller for managing and controlling a micro-grid
CN104882909A (zh) * 2015-05-29 2015-09-02 南京南瑞太阳能科技有限公司 光伏微电网直流母线电压调节与mppt的统一控制系统和方法
CN105391097A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 许继集团有限公司 交直流混合微电网协调控制系统
CN105449821A (zh) * 2015-12-09 2016-03-30 国家电网公司 交直流混合微网系统
CN106356884A (zh) * 2016-09-09 2017-01-25 许继集团有限公司 一种基于虚拟同步机的光伏并网控制方法、装置及系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011114905A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp マイクログリッドシステム
WO2013082698A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Hatch Ltd. System, method and controller for managing and controlling a micro-grid
CN104882909A (zh) * 2015-05-29 2015-09-02 南京南瑞太阳能科技有限公司 光伏微电网直流母线电压调节与mppt的统一控制系统和方法
CN105391097A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 许继集团有限公司 交直流混合微电网协调控制系统
CN105449821A (zh) * 2015-12-09 2016-03-30 国家电网公司 交直流混合微网系统
CN106356884A (zh) * 2016-09-09 2017-01-25 许继集团有限公司 一种基于虚拟同步机的光伏并网控制方法、装置及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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;王振雄等;《中国电机工程学报》;20170120;第37卷(第2期);第444-453页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108092309A (zh) 2018-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Quasi-Z-Source inverter based PMSG wind power generation system
US8866340B2 (en) Supercapacitor-based grid fault ride-through system
CN108092309B (zh) 一种加入双储能的虚拟同步机控制装置及方法
CN108565885B (zh) 一种基于vsg的中高压大容量级联型储能系统控制方法
CN103414205A (zh) 风电场超级电容储能型统一电能质量调节器
CN108683213B (zh) 基于虚拟同步发电机转子惯性功率解耦的惯性补偿器
CN101950974A (zh) 基于超级电容器储能的电能质量调节系统
CN104935006A (zh) 一种高电压穿越控制方法
CN104319823A (zh) 一种包含z源变换器的交直流混合微电网及协调控制策略
Zhang et al. Hierarchical coordinated control of DC microgrid with wind turbines
CN105098833A (zh) 用于微电网的异步恒速风电机组系统及其工作方法
CN115733162A (zh) 电源侧复合储能式并网能量变换器的控制系统及方法
Liu et al. A coordinated voltage-frequency support method for VSC-MTDC integrated offshore wind farms system
CN105449725A (zh) 直驱风力发电机组频率穿越方法和装置
Lan et al. Constant frequency control strategy of microgrids by coordinating energy router and energy storage system
Wang et al. A novel low voltage ride through control strategy based on virtual synchronous generator
CN205583713U (zh) 一种新型分布式发电系统的逆变电源
CN114498599A (zh) 应用于双向储能变换器的能量协调与中性点平衡控制方法
CN105515060A (zh) 一种新型分布式发电系统的逆变电源
Meegahapola et al. Fault ride-through capability of hybrid AC/DC microgrids during AC and DC network faults
Fu et al. Coordinated control strategy for improving fault ride-though performance of photovotaic/battery microgrid
Zhang et al. Coordinated control of MTDC-based microgrid with wind turbines
Vignesh et al. An integrated three layer hierarchical control and protection of photovoltaic generators in microgrid
Attou et al. Coordinated Control of Wind turbine and Energy storage system for Microgrid Stability
Suresh et al. Dynamic performance of statcom under line to ground faults in power system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191210

Termination date: 20211225

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee