CN108418257A - 光伏虚拟同步机光储协调控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏虚拟同步机光储协调控制方法及装置，其中该方法包括：在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。本发明可以使光伏侧功率响应加快，且在频率恢复过程中不会出现功率反向现象。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及光伏虚拟同步机光储协调控制方法及装置。
背景技术
并网光伏发电系统是通过光伏逆变器等电力电子装置输出电能与电网相连，虽然暂态响应速度快，但其不具备惯性，也无法支撑电网的一次调频。大规模光伏并网势必降低电力系统惯量和阻尼，使电网鲁棒性变弱。虚拟同步发电机(Virtual SynchronousGenerator，VSG)技术通过模拟同步发电机在电网暂态过程中运行机制，改善系统稳定性，成为解决光伏高渗透率并网场景下，提升系统稳定运行能力的有效方案之一。
由于光伏逆变器多数情况下处于MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)状态，没有向上支撑功率的能力，所以光伏虚拟同步机(PV-VSG)在光伏逆变器直流端并联储能的方式以实现虚拟同步功率，如图1中配备储能单元的光伏虚拟同步机基本结构所示。若采用超级电容作为储能单元，由于其容量小，只能向上支撑功率，光储协调策略较为简单。
若采用大容量电池，例如锂电池、铅碳电池等，作为储能单元，其可充可放，当电网频率波动超过响应死区后，优先由储能单元响应调频，光伏处于MPPT运行方式，当储能充电功率不能满足调频需求时，光伏进入限功率模式。
当储能单元采用大容量储能单元时，现有的协同调频策略为：DC/DC(直流转直流电源)与DC/AC(直流/交流，即逆变器)为对等控制，且各有一个独立的控制器，当电网频率发生扰动时，两个控制器系统均通过锁相环检测到频率的变化，DC/DC控制系统基于模拟转子运动方程控制策略计算出需要支撑的功率Pbat，并迅速发出；由于DC/AC采用功率外环与电流内环的控制方式，首先计算出频率扰动时交流出口侧应发功率Pref，然后检测DC/DC出力Pbat，两者做差后经PI(Proportional Integral，比例积分)控制得到DC/AC应支撑功率；在此过程中，如图2所示现有光储协同调频曲线中①所示，锁相、计算、检测等因素造成了DC/AC启动时间滞后。
由于DC/AC控交流出口侧功率，当DC/DC功率检测到电网频率恢复而闭锁后，DC/AC并没有检测到频率恢复，只检测到交流出口侧功率升高了Pbat，光伏功率降低Pbat，如图2中②所示，光伏功率出现反向功率。
发明内容
本发明实施例提供一种光伏虚拟同步机光储协调控制方法，用以使光伏侧功率响应加快，且在频率恢复过程中不会出现功率反向现象，该方法包括：
在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；
在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
本发明实施例还提供一种光伏虚拟同步机光储协调控制装置，用以使光伏侧功率响应加快，且在频率恢复过程中不会出现功率反向现象，该装置包括：
非调频状态控制模块，用于在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；
调频状态控制模块，用于在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述光伏虚拟同步机光储协调控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述光伏虚拟同步机光储协调控制方法的计算机程序。
本发明实施例中，在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率，此过程省去了检测出口功率后再折算DC/AC功率值所需要的时间，使得光伏侧功率响应加快，由于DC/AC并不是交流侧功率，在频率恢复过程中不会出现功率反向现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为现有技术中配备储能单元的光伏虚拟同步机基本结构示例图；
图2为现有技术中光储协同调频曲线示例图；
图3为本发明实施例中光伏虚拟同步机光储协调控制方法的流程示例图；
图4为本发明实施例中基于直流功率反馈的光伏虚拟同步机光储协调控制策略的示例图；
图5为本发明实施例中优化后的光储协同调频曲线示例图；
图6为本发明实施例中光伏虚拟同步机光储协调控制装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
为了解决上述问题，发明人考虑在光伏虚拟同步机调频过程中，DC/DC由原来的控出口侧功率改为控直流侧功率，省去DC/AC检测、计算支撑功率值的时间，从而解决DC/DC与DC/AC响应调频过程中出现的DC/AC功率滞后、在频率恢复过程中DC/AC出现反向功率的问题。基于此，在本发明实施例提供一种光伏虚拟同步机光储协调控制方法，该方法中，在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
图3为本发明实施例中光伏虚拟同步机光储协调控制方法的流程示例图，如图3所示，本例中该方法可以包括：
步骤31、确定光伏虚拟同步机处于非调频状态或调频状态；若是非调频状态，则执行步骤32，若是调频状态，则执行步骤34；
步骤32、根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值；
步骤33、根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；结束处理；
步骤34、确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值；
步骤35、根据输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；
步骤36、根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；
步骤37、根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；结束处理。
由图3示例可以得知，在光伏虚拟同步机光储协调控制过程中，省去了检测出口功率后再折算DC/AC功率值所需要的时间，使得光伏侧功率响应加快，由于DC/AC并不是交流侧功率，在频率恢复过程中不会出现功率反向现象。本发明实施例的光伏虚拟同步机储能单元采用大容量电池组，在调频过程中可充可放。
实施例中，先确定光伏虚拟同步机处于非调频状态或调频状态。其中，光伏虚拟同步机处于非调频状态，可以包括：光伏虚拟同步机处于最大功率点跟踪状态或限功率状态等非调频状态。
在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。实施例中，可以根据功率外环给定功率值得到对应的直流电压；将直流电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环给定电流值；将电流内环给定电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
在光伏虚拟同步机处于调频状态时，先确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。实施例中，可以根据频率偏差和频率变化率确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。例如，根据频率偏差Δf计算一次调频功率，根据频率变化率Δf/Δt计算虚拟惯量，根据一次调频功率和虚拟惯量即可确定出光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。
在确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值后，根据输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压，例如可以包括：将输出功率值与光伏逆变器直流侧功率值相比，再经比例积分控制后得到直流侧控制电压。
在得到直流侧控制电压后，根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值，例如可以包括：将直流侧控制电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环输入电流值。
在得到电流内环输入电流值后，根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。实施例中可以包括：将电流内环输入电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
图4为本发明实施例中基于直流功率反馈的光伏虚拟同步机光储协调控制策略的示例图。如图4所示，本例中，当光伏虚拟同步机处于最大功率点跟踪状态或限功率状态等非调频状态时，若功率给定值为Pref，通过功率-电压矢量关系可得到对应的直流电压U_ref，将U_ref与直流侧电压Udc相比，再经比例积分(PI)控制后得到电流内环给定电流值Id_ref，将Id_ref与反馈电流Id_fdb相比，再经比例积分控制后产生PWM信号驱动光伏逆变器发出功率。
本例中，当光伏虚拟同步机处于调频状态时，根据频率偏差Δf和频率变化率Δf/Δt，计算出光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值Ppv_ref，将Ppv_ref与光伏逆变器直流侧功率Pdc相比，再经比例积分控制后得到直流侧控制电压U_ref，将U_ref与直流侧电压U_dc相比，再经比例积分控制后得到电流内环输入电流值I_ref，将I_ref与反馈电流Id_fdb相比，再经比例积分控制后产生PWM信号驱动光伏逆变器发出功率。此过程省去了检测出口功率后再折算DC/AC功率值所需要的时间，使得光伏侧功率响应加快。由于DC/AC并不是交流侧功率，在频率恢复过程中不会出现功率反向现象。
实施例中，驱动光伏逆变器发出功率，可以包括：在按预设时长延时后驱动光伏逆变器发出功率。在实际调试过程中，可根据现场实际情况给DC/DC发功率前加延时，一般延时几十毫秒。
图5给出一个按本发明实施例方法优化后的光储协同调频曲线示例。本例中，将采用本发明实施例的光伏虚拟同步机在RT-LAB半实物仿真平台上进行性能验证，测试工况为电网频率由50Hz阶跃到51Hz，保持20s后阶跃回复到50Hz。测试结果如图5所示，对比图2中①、②可以看出，图5中①DC/AC功率响应滞后现象大为改善；②电网频率恢复阶段，光伏已没有支撑反向功率现象。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种光伏虚拟同步机光储协调控制装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与光伏虚拟同步机光储协调控制方法相似，因此该装置的实施可以参见光伏虚拟同步机光储协调控制方法的实施，重复之处不再赘述。
图6为本发明实施例中光伏虚拟同步机光储协调控制装置的示意图，如图6所示，该装置可以包括：
非调频状态控制模块61，用于在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；
调频状态控制模块62，用于在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
一个实施例中，非调频状态控制模块61可以进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于最大功率点跟踪状态或限功率状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
一个实施例中，非调频状态控制模块61可以进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到对应的直流电压；将所述直流电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环给定电流值；将所述电流内环给定电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
一个实施例中，调频状态控制模块62可以进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于调频状态时，根据频率偏差和频率变化率确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。
一个实施例中，调频状态控制模块62可以进一步用于：
将所述输出功率值与光伏逆变器直流侧功率值相比，再经比例积分控制后得到直流侧控制电压；将直流侧控制电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环输入电流值；将电流内环输入电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
一个实施例中，非调频状态控制模块61和调频状态控制模块62可以进一步用于：
在按预设时长延时后驱动光伏逆变器发出功率。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述光伏虚拟同步机光储协调控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述光伏虚拟同步机光储协调控制方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例中，在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率，此过程省去了检测出口功率后再折算DC/AC功率值所需要的时间，使得光伏侧功率响应加快，由于DC/AC并不是交流侧功率，在频率恢复过程中不会出现功率反向现象。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种光伏虚拟同步机光储协调控制方法，其特征在于，包括：
在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；
在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏虚拟同步机处于非调频状态，包括：光伏虚拟同步机处于最大功率点跟踪状态或限功率状态。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率，包括：
根据功率外环给定功率值得到对应的直流电压；
将所述直流电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环给定电流值；
将所述电流内环给定电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，包括：根据频率偏差和频率变化率确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压，包括：将所述输出功率值与光伏逆变器直流侧功率值相比，再经比例积分控制后得到直流侧控制电压；
所述根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值，包括：将直流侧控制电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环输入电流值；
所述根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率，包括：将电流内环输入电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述驱动光伏逆变器发出功率，包括：在按预设时长延时后驱动光伏逆变器发出功率。
7.一种光伏虚拟同步机光储协调控制装置，其特征在于，包括：
非调频状态控制模块，用于在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率；
调频状态控制模块，用于在光伏虚拟同步机处于调频状态时，确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值，根据所述输出功率值和光伏逆变器直流侧功率值得到直流侧控制电压；根据直流侧控制电压和直流侧电压得到电流内环输入电流值；根据电流内环输入电流值和反馈电流产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述非调频状态控制模块进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于最大功率点跟踪状态或限功率状态时，根据功率外环给定功率值得到电流内环给定电流值，根据电流内环给定电流值产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述非调频状态控制模块进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于非调频状态时，根据功率外环给定功率值得到对应的直流电压；将所述直流电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环给定电流值；将所述电流内环给定电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调频状态控制模块进一步用于：
在光伏虚拟同步机处于调频状态时，根据频率偏差和频率变化率确定光伏虚拟同步机交流出口侧所需的输出功率值。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调频状态控制模块进一步用于：
将所述输出功率值与光伏逆变器直流侧功率值相比，再经比例积分控制后得到直流侧控制电压；将直流侧控制电压与直流侧电压相比，再经比例积分控制后得到电流内环输入电流值；将电流内环输入电流值与反馈电流相比，再经比例积分控制后产生脉宽调制信号，驱动光伏逆变器发出功率。
12.如权利要求7至11任一项所述的装置，其特征在于，所述非调频状态控制模块和调频状态控制模块进一步用于：
在按预设时长延时后驱动光伏逆变器发出功率。
13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一所述方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至6任一所述方法的计算机程序。
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