CN109921436A - 一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法，包括VSG控制模块和混合储能模块功率分配控制模块；VSG控制模块包括VSG有功频率控制子模块、VSG无功电压控制子模块和VSG内环控制子模块；VSG有功频率控制子模块用于生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角VSG无功电压控制子模块用于生成输出电压参考值幅值E；VSG内环控制子模块用于接收输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；混合储能模块功率分配控制模块用于接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并输出用于控制直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的PWM控制信号。本发明能够大大提升储能模块的使用寿命，同时保证VSG系统的工作效率。

Description

一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法

技术领域

本发明属于新能源发电与微电网技术领域，具体涉及一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法。

背景技术

随着可再生能源利用率的不断上升以及分布式电源渗透率的不断提升，传统电网的稳定性受到了潜在的威胁。在传统的电力系统中，由于同步发电机的物理系统的惯性和阻尼能够抑制系统的频率波动和电压波动，系统的稳定性较好。尤其是电网频率发生波动的情况下，同步发电机的转子具有天然的惯性，通过转子释放和吸收能量来平抑频率波动。随着电力电子技术的发展，分布式电源(Distributed Generation,DG)多通过电力电子接口和电网连接，为了保证系统在含有较多分布式电源的情况下依然具有较强的稳定性，国内外学者提出了虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的控制策略来模拟同步发电机的输出特性，让以电力电子器件为基础的分布式电源也具备阻尼和惯性，从而增强电力系统整体的抗干扰性能。

虚拟同步发电机本质上是一种以传统逆变器物理结构为基础的控制策略，通过控制让电力电子逆变器也具备传统同步发电机的输出特性。由于本身的物理结构并没有惯性环节同时发电具有的间歇性和不稳定性的限制，无论是光伏电池还是风力发电机都无法提供模拟阻尼和惯量需要的能量，因此对于虚拟同步发电机而言一般必须配备储能器件来满足虚拟同步发电机平抑波动过程中的吸收和放出能量的需求。

蓄电池和超级电容组合的储能系统方案具有天然的优势，能够提升储能系统的使用寿命以及系统的工作效率。蓄电池系统有较高的能量密度能够提供较长时间的能量，但其功率密度较低；而超级电容具有较高的功率密度能够为其他储能设备提供功率缓冲，但是其缺点在于能量密度较低，两种储能形式相结合能够优势互补，提升系统的实用性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，包括VSG控制模块和混合储能模块功率分配控制模块；

所述VSG控制模块包括VSG有功频率控制子模块、VSG无功电压控制子模块和VSG内环控制子模块；所述VSG有功频率控制子模块用于生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角所述VSG无功电压控制子模块用于生成输出电压参考值幅值E；所述 VSG内环控制子模块用于接收所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；

所述混合储能模块功率分配控制模块用于接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的PWM控制信号。

优选地，所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率。

优选地，所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

优选地，所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率。

优选地，所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波的具体过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号。

第二方面，本发明提供了一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，包括：

利用VSG有功频率控制子模块生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角

利用VSG无功电压控制子模块生成输出电压参考值幅值E；

利用VSG内环控制子模块接收所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；

利用混合储能模块功率分配控制模块接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的 PWM控制信号。

优选地，所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率。

优选地，所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

优选地，所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率；

优选地，所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波的具体过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统及方法，利用蓄电池提供低频功率，而超级电容提供高频功率，充分发挥蓄电池系统有较高的能量密度能够提供较长时间、超级电容具有较高的功率密度能够为其他储能设备提供功率缓冲的优势，大大提升了储能系统的使用寿命，同时保证系统的工作效率。

附图说明

图1为基于混合储能模块的虚拟同步发电机及其控制系统的结构示意图；

图2为为VSG有功频率和无功电压控制框图；

图3为VSG内环控制框图；

图4为直流侧电压控制框图；

图5为恒定负载时VSG滤波输出电压波形；

图6为恒定负载时VSG输出电流波形；

图7为负载阶跃变化时VSG输出电流波形图；

图8为负载阶跃变化时VSG输出电压频率；

图9为负载阶跃变化时直流混合储能输出功率；

图10为负载随机变化时直流混合储能输出功率；

图11为负载随机变化时直流侧电压图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

如图1的基于混合储能模块的虚拟同步发电机及其控制系统的包括：混合储能模块、虚拟同步发电机、负荷、分布式电源、VSG控制模块、混合储能模块功率分配控制模块；

其中，所述混合储能模块位于虚拟同步发电机的直流侧，其包括蓄电池和超级电容，所述蓄电池通过双向DC/DC变换器与超级电容相连，二者共同为虚拟同步发电机提供所需的能量；所述虚拟同步机的输出端通过LC滤波电路连接至负载；所述分布式电源的输出端也连接至负载，即由虚拟同步发电机和分布式电源共同为负载供电。

本发明实施例提供了一种基于混合储能系统的虚拟同步机控制系统，包括VSG控制模块和混合储能系统功率分配控制模块；

所述VSG控制模块主要用于实现对同步发电机的阻尼和惯性的模拟及其交流侧的电压控制，保证输出稳定的交流电压，其包括：VSG有功频率控制子模块、VSG无功电压控制子模块和VSG内环控制子模块；所述VSG有功频率控制子模块的输出信号包括电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角

如图2所示，所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率，一般取50Hz；

所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量，具体参见图2；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率；

所述VSG内环控制子模块的输入端分别与所述VSG有功频率控制子模块、VSG无功电压控制子模块的输出端相连，接收VSG有功频率控制子模块输出的输出电压的相角以及VSG无功电压控制子模块输出的输出电压参考值幅值E，并基于所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值值E得到输出电压的参考值e_abc，所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波，其具体处理过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，与三相电流实际测量值i_gbac相比较，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号。

由于一方面直流侧的电压要保持稳定，另外一方面需要根据实际需求控制蓄电池和超级电容合理充放电。为了实现上述两个目标，本发明在原始恒定直流侧电压控制的基础上加入了电压偏差控制，实现直流侧电压按需变化最终分配蓄电池和超级电容功率的目标，具体通过所述混合储能模块功率分配控制模块来实现；所述混合储能模块功率分配控制模块将接收到的电压偏差量参考值Δu_dcref增加到原始的直流侧电压参考值基础之上，具体为：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (7)

其中，K_vdc为直流侧电压调节系数。Δu_dcref随着系统频率变化而变化，当系统有功负载突增时，系统频率下降，此时Δu_dcref下降，直流侧电压下降，则超级电容输出有功，随着直流侧电压逐渐稳定，超级电容出力逐渐减小，平稳后由蓄电池稳定供电。反之，当系统有功负载突降，系统频率上升，此时Δu_dcref上升，直流侧电压上升，则超级电容吸收能量，随着电压逐渐平稳，超级电容吸收功率减小，最终输入输出功率平衡。

为了跟踪控制直流侧电压，所述混合储能模块功率分配控制模块采用PI控制器作为电压外环，其工作原理具体为：

将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的PWM控制信号。

系统正常运行时分布式电源的功率具有间歇性和不稳定性，而负载也具有随机性，为了维持系统的稳定，当负载发生变化或者分布式电源出力波动的情况下，虚拟同步发电机必须通过吸收或者释放能量来平抑功率波动，该功率波动是由蓄电池和超级电容组成的混合储能模块提供的。

下面对混合储能模块功率分配控制模块的功率分配原理进行详细分析与介绍。

根据虚拟同步机的转子运动方程可以得到：

上式的左边对应着功率需求量的变化，其中DΔω部分对应着由于频率变化引起负载功率变化量；ΔP_e对应着分布式电源的变化功率或者负载的变化功率。而等式的右边对应着VSG功率变化，其中ΔP_m与频率偏差Δω有关，在稳态时有ΔP_m＝Δω/K_d。而-2HdΔω/dt 是由VSG虚拟惯性所引起的功率变化，与频率的变化率成正比。根据能量守恒原理，可以得到：

式中：ΔP_B为蓄电池的功率变化量；ΔP_C为超级电容的功率变化量。本文所提出的控制策略核心思想是将变化较为缓慢的ΔP_m等效为蓄电池的功率变化量；而-2HdΔω/dt的变化速率较快，将其等效为超级电容的功率变化量。

通过上述分析，得到储能系统中蓄电池和超级电容的功率分配公式为：

从上式可以看出，当电网频率发生偏差时，偏差量Δω决定了蓄电池的输出功率变化量ΔP_B，由于虚拟同步机的惯性存在，Δω不会出现瞬间波动较大的情况，因此蓄电池提供了负载需求的低频功率；而偏差量的变化率dΔω/dt决定了超级电容的输出功率变化量ΔP_C，超级电容提供了负载需求的高频功率，稳态情况下dΔω/dt＝0，超级电容不出力。

根据超级电容能量计算公式，可以得到超级电容功率变化量和直流侧变化电压之间的关系为：

式中：C_dc为超级电容容值。

根据之前的直流侧电压控制策略，可以得到Δu_dcref＝K_vdcΔω，将其代入式(8)得到

从上式可以看出超级电容的功率变化量主要由电网频率的变化率决定，如果频率变化速度较快则超级电容吸收或者放出功率较大，从而平抑频率波动高频部分对应的功率波动。

实施例2

本发明实施例提供了一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，如图2-4所示，包括：

利用VSG有功频率控制子模块生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率；

所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

利用VSG无功电压控制子模块生成输出电压参考值幅值E；在本发明的一种具体实施例中，所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率；

利用VSG内环控制子模块接收所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；在本发明的一种具体实施例中，所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波的具体过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号；

利用混合储能模块功率分配控制模块接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的 PWM控制信号，具体参见图4。

实施例3

采用如附图1所示的拓扑结构，在Matlab/Simulink中搭建相应的仿真模型，分别针对恒定负载、阶跃负载以及随机波动负载三种情况下进行分析。仿真中具体的参数如下表所示。

工况1：恒定负载

当负载恒定为7.4kW时，VSG交流侧滤波之后输出电压U_g和电流I_g如附图5和附图6所示，从附图中可以看出三相输出电压幅值稳定至311V左右，输出三相电流幅值稳定至18A左右。可见在恒定负载状态下，本文所提出的控制策略能够保证输出波形良好，输出功率稳定。

工况2：阶跃负载

在3s时刻，系统交流侧负荷发生7％左右的有功阶跃，由7.4kW增加至8kW。交流侧输出电流变化如附图7所示，由图中可以看出在3s时输出电流幅值发生突变增大至20A 左右，之后依旧保持稳定。输出电压频率如附图8所示，输出电压频率从50.2Hz左右平缓降低至额定50Hz，并保持稳定输出，这是由VSG自带阻尼与惯性所决定的。在3s附近的频率跌落是由锁相环PLL在进行频率计算延迟所造成的。直流侧电池与超级电容输出的功率P_dc如附图9所示，图中超级电容在3s瞬间输出600W功率，保证功率快速跟踪，并为储能电池提供一定的缓冲，随后逐渐减小，稳定时输出功率为零，蓄电池出力在3s之后缓慢增加。

工况3：随机波动负载

为了进一步检测本文所提出的方法的有效性，本文针对连续波动负载继续进行仿真研究。从4s开始，负载由额定8kW开始持续波动，具体的负载波动、电池和超级电容输出功率P_dc如附图10所示。当负载发生连续的随机波动时，超级电容能够快速补偿高频的功率波动，储能电池输出功率波动得到了抑制，与理论分析保持一致。直流侧电压波动如附图11所示。根据VSG控制理论，随着负荷功率变化，输出电压频率惯性平滑波动，与之相对应的，直流侧电压也会发生波动。当负载增加时，频率降低，直流侧电压降低，超级电容放电；当负载减少时，频率升高，直流侧电压升高，超级电容充电，以此减小储能电池输出功率波动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，其特征在于，包括VSG控制模块和混合储能模块功率分配控制模块；

所述VSG控制模块包括VSG有功频率控制子模块、VSG无功电压控制子模块和VSG内环控制子模块；所述VSG有功频率控制子模块用于生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角所述VSG无功电压控制子模块用于生成输出电压参考值幅值E；所述VSG内环控制子模块用于接收所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；

所述混合储能模块功率分配控制模块用于接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的PWM控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，其特征在于：所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，其特征在于：所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

4.根据权利要求1所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，其特征在于：所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率。

5.根据权利要求1所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制系统，其特征在于：所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波的具体过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号。

6.一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：

利用VSG有功频率控制子模块生成电压偏差量参考值Δu_dcref和输出电压的相角

利用VSG无功电压控制子模块生成输出电压参考值幅值E；

利用VSG内环控制子模块接收所述输出电压的相角和输出电压参考值幅值E，并基于网侧电压生成用于控制虚拟同步机的6路PWM波；

利用混合储能模块功率分配控制模块接收VSG有功频率控制子模块输出的电压偏差量参考值Δu_dcref，并将直流侧电压参考值u_dcref与电压偏差量参考值Δu_dcref相加后与直流侧电压实际值u_dc作差，经过PI控制器之后，得到蓄电池输出电流参考值，再与蓄电池输出电流i_B作差，经过PI控制器之后，得到直流侧双向DC/DC变换器的两个IGBT开关管的PWM控制信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，其特征在于：所述电压偏差量参考值Δu_dcref通过以下公式计算得到：

Δu_dcref＝K_vdc(ω-ω₀) (1)

其中，K_vdc为虚拟同步发电机直流侧电压调节系数，ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；ω₀＝2πf₀为额定转动惯量，f₀为额定频率。

8.根据权利要求6所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，其特征在于：所述输出电压的相角的计算过程为：

首先，获取虚拟同步电机的转子运动机械方程，所述虚拟同步电机的转子运动机械方程具体为：

式中，H为转动惯量；D为阻尼系数；ω为虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度；P_e为虚拟同步发电机输出电磁功率；f₀为额定频率50Hz，ω₀＝2πf₀为额定转动惯量；P_m为虚拟同步发电机的机械功率，其计算公式具体为：

式中：P_ref为虚拟同步发电机的参考有功功率，K_d为虚拟同步发电机虚拟转子的转动角速度调节系数，ΔP_m为频率偏差响应分量；

基于公式(2)和(3)求出虚拟同步发电机虚拟转子对应的转动角速度ω，并对其进行积分后得到输出电压的相角

9.根据权利要求6所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，其特征在于：所述VSG无功电压控制子模块采用是的无功电压下垂控制，其输出信号为输出电压参考值幅值E，所述输出电压参考值幅值E的计算公式为：

E＝E₀-K_q(Q-Q_ref) (4)

式中：E为输出电压参考值幅值；E₀为电压幅值额定值；K_q为无功下垂调节系数；Q_ref为VSG输出功率的参考值；Q为VSG输出无功功率。

10.根据权利要求6所述的一种基于混合储能模块的虚拟同步机控制方法，其特征在于：所述输出电压的参考值e_abc的计算公式为：

所述VSG内环控制子模块的输出信号6路PWM波的具体过程为：

计算出输出电流参考值i_ref，所述输出电流参考值i_ref的计算公式为：

式中：u_gabc为网侧三相电压值，R为滤波电感的等效电阻，L为滤波电感值。

当得到输出电流参考值i_ref后，再将其送入PR控制器，经PR控制器处理之后得到输出电压参考值，再对输出电压参考值进行PWM调制，得到虚拟同步发电机三相全桥拓扑结构中IGBT管的开关信号。