CN110880794A - 一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置

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：

其中，R_d为虚拟电阻下垂控制方式的等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制方式的等值输出电容，H为虚拟同步发电机的惯性时间常数，K_p为ω-P为同步发电机的下垂系数，D为虚拟同步发电机的阻尼系数。

可选地，所述电池参与虚拟同步发电机一次调频时必须的功率容量P_b为：

其中，k_b为选取的裕度，f_N为系统的额定频率，λ_target为目标频率-有功关系系数。

可选地，在不考虑出力限制的情况下，所述超级电容器的容量E_c为：

其中，f₁和f₂分别为系统初始时刻的频率和系统允许的频率最低值S_N为系统的额定容量。

第二方面，本发明提供一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配装置，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：

电池控制单元，用于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；

电容器控制单元，用于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，该装置还包括：

交流侧控制单元，用于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：

其中，R_d为虚拟电阻下垂控制方式的等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制方式的等值输出电容，H为虚拟同步发电机的惯性时间常数，K_p为ω-P为同步发电机的下垂系数，D为虚拟同步发电机的阻尼系数。

可选地，所述电池参与虚拟同步发电机一次调频时必须的功率容量P_b为：

其中，k_b为选取的裕度，f_N为系统的额定频率，λ_target为目标频率-有功关系系数。

可选地，在不考虑出力限制的情况下，所述超级电容器的容量E_c为：

其中，f₁和f₂分别为系统初始时刻的频率和系统允许的频率最低值S_N为系统的额定容量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置，在不需要通信的情况下实现电池和超级电容器分别响应系统的低频、高频功率波动。电池采用虚拟电阻下垂控制，电池回路等效为含电阻的电压源；超级电容器采用虚拟电容下垂控制，超级电容器回路等效为含电容的电压源。混合储能系统等效为一阶电阻/电容电路，通过电阻支路的电流为低频分量的电流，通过电容支路的电流为高频分量的电流，从而实现不同时间尺度的功率分配，电池作为能量型储能元件响应相对低频的功率波动，超级电容器作为功率型元件响应相对高频的功率波动，充分发挥电池和超级电容器各自的优势。

(2)本发明提供的一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置，找到了混合储能系统和虚拟同步机控制的联系，实现超级电容器模拟虚拟同步机中的转子惯性，而蓄电池模拟虚拟同步机中的原动机和阻尼特性，充分发挥电池/超级电容器储能单元的储能优势，各储能单元具有更明确的物理意义。

(3)本发明提供的一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配方法及装置，对储能虚拟同步机的储能容量进行配置，在保证具有一次调频足够容量的前提下，降低系统运行成本，增加发明实用性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种含混合储能的虚拟同步发电机系统结构图；

图2为本发明实施例提供的虚拟同步发电机的外层控制框图；

图3为本发明实施例提供的虚拟同步发电机的内层控制框图；

图4为本发明实施例提供的基于虚拟阻容下垂控制的混合储能系统控制框图；

图5为本发明实施例提供的混合储能虚拟同步机等效图；

图6为本发明提供的混合储能虚拟同步发电机的功率分配装置架构示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供一种基于下垂控制的混合储能虚拟同步机的功率分配方法和容量配置，用于解决混合储能虚拟同步机的功率分配问题，实现电池模拟同步机中的原动机和阻尼特性，电容模拟同步机中的转子，同时解决储能虚拟同步机的容量配置问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于下垂控制的混合储能虚拟同步机的功率分配方法和容量配置，包括：

S1、根据电池/超级电容器接口电流的测量值，通过下垂控制，修正储能装置的参考端口电压，进而得到储能系统中开关管的开断信号，实现对混合储能单元的分散控制；

S2、测量交流侧有功功率、无功功率和电网频率，对VSC换流站采用虚拟同步机控制，控制逆变器中开关管的开断信号；

S3、设计储能下垂控制的下垂系数，实现电容模拟虚拟同步机转子，电池模拟虚拟同步机原动机；

S4、考虑系统允许的最大频率偏差和最大允许频率变化率，对电池储能参与系统一次调频的容量进行配置。

S5、考虑系统允许的最大频率偏差和同步电机转子出力与系统频率的关系，对电容储能参与系统一次调频的容量进行配置。

进一步，所述S1包括：

S1.1、根据每个储能单元的电压额定指令值和该电源的输出电流，计算该储能单元底层控制中的电压期望值，其中电池储能采用虚拟电阻下垂控制，超级电容器储能采用虚拟电容下垂控制；

S1.2、基于所述的电压期望值和储能装置端口电压的采样值，通过比例积分器，得到该储能装置电感电流的期望值；

S1.3、基于所述的电感电流期望值和储能装置电感电流的采样值，通过比例积分器，得到储能单元中各开关管的调制信号，并利用PWM调制控制开关管的开断。

进一步，所述S2包括：

S2.1、利用功率测量元件测量交流侧的有功功率和无功功率，有功功率控制环在传统ω-P下垂控制的基础上引入同步机转子运动方程，实现虚拟同步机控制；无功功率控制环采用传统的U-Q下垂控制，从而得到VSC换流站底层控制电压和频率参考值。

S2.2、测量交流侧端电压，基于dq变换得到电压在dq坐标系下的坐标，与所述的VSC底层控制电压参考值比较，利用比例积分器，得到交流侧滤波电感电流期望值；

S2.3、测量交流侧电感电流，基于dq变换得到电流在dq坐标系下的坐标，与所述的交流侧滤波电感电流期望值比较，利用比例积分器，得到开关管的调制信号，利用SVPWM控制开关管开断；

进一步，所述S3包括：

由

确定虚拟电阻和虚拟电容控制的下垂系数，从而实现超级电容器模拟转子，电池模拟原动机出力，其中R_d为虚拟电阻下垂控制等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制等值输出电容，H为虚拟同步机惯性时间常数，K_p为ω-P下垂系数，D为虚拟同步机阻尼系数。

进一步，所述S4包括：

S4.1、基于同步发电机转子运动方程和惯性时间常数的定义方程，建立惯性时间常数和系统频率变化率之间的关系；

S4.2、由

定义功率/频率特性系数λ，用来确定频率的稳态误差，其中S_N为系统额定功率，ΔP为功率偏差，Δf_ss为频率偏差；

S4.3、根据惯性时间常数和系统频率变化率之间的关系以及特性系数λ的定义，考虑系统允许的最大频率偏差和最大允许频率变化率，并给予一定的裕度，即可求得电池储能的功率容量要求；

S4.4、基于所得电池储能功率容量，考虑电力系统所要求的参与一次调频的电源需要提供的频率支撑的时间，得到电池储能所需的能量容量。

进一步，所述S5包括：

S5.1、考虑电容模拟同步机中的转子出力，在不考虑电容出力限制的条件下，得到电容出力与频率变化率之间的关系，并对功率进行积分得到电容容量和系统频率偏差之间的关系；

S5.2、考虑系统功率出现不平衡使得频率下降到最低点，电容需要提供的有功功率缺额，并给予一定的裕度，得到电容储能所需的能量容量。

本发明提供了一种基于下垂控制的混合储能虚拟同步机的功率分配方法和容量配置，在实现电池/超级电容器分散控制的同时，实现电容模拟同步机的转子，电池模拟同步机的原动机，且对储能参与系统一次调频容量进行配置。

图1所示为本发明实施例采用的一种含混合储能的虚拟同步机系统图，储能系统采用电池和超级电容器混合储能的方式，用于控制直流母线电压的稳定。电池和电容都通过双向DC/DC换流器接入直流母线，DC/AC逆变器采用LC滤波器进行滤波，交流侧接有本地负载和分布式电源，整个系统运行在孤岛模式下。图中进一步展示了电池回路的具体拓扑，当功率由电池向直流母线流动时，P_b2处于工作状态，DC/DC双向换流器工作于BOOST模式下，电能由电压较低的电池端向电压较高的直流母线端流动。当功率由直流母线向电池流动时，P_b1处于工作状态，换流器工作在BUCK模式下，电能由电压较高的直流母线端流向电压较低的电池，电容回路拓扑类似。三相VSC换流站用于控制交流侧的电压，使得交流电网运行在同步模式下，通过在控制环节中引入转子运动方程，使得逆变器的外特性与同步发电机类似，使得VSC逆变器具有像同步机一样的惯性。

图2所示为虚拟同步机的外层控制框图，利用功率测量单元计算出交流侧的输出有功功率P_e和无功功率Q_e，利用锁相环测量交流侧电压频率，送入虚拟同步机外层控制得到交流侧端电压和电角度参考值V_ref和θ_ref。

图3所示为虚拟同步机的内层控制框图，根据外层控制框图得到的端电压和电角度参考值V_ref和θ_ref采用传统的电压电流双环控制策略控制逆变器开关管的开断。

图4所示为基于虚拟阻容下垂控制的混合储能系统控制框图。电池采用电阻下垂控制，超级电容器采用电容下垂控制。传统下垂控制可以等效为换流器输出端口的虚拟电阻，虚拟电阻下垂控制可以实现像电池这样具有高能量密度的储能元件在稳态下的功率分配。但对于像超级电容器这样高功率密度的储能单元，我们期望能在暂态下提供功率，以响应系统暂态期间的高频功率波动。由于电容在暂态时表现为短路特性而在稳态时表现出开路特性，将虚拟电容下垂控制用于超级电容器的控制中就可以实现超级电容器在暂态时提供功率而在稳态时不提供功率。

图5所示为混合储能虚拟同步机等效图。其中Z_l1和Z_l2是线路杂散阻抗，合理的选择下垂系数，使线路阻抗远小于下垂系数等效的输出阻抗，线路阻抗就可以忽略不计。

本发明将虚拟阻容下垂控制应用于混合储能虚拟同步机的具体功率分配策略包括如下步骤：

(1)根据图5可以得到储能单元接口电流和总负载电流之间的关系：

I_dc代表混合储能系统总的输出电流，即经直流母线流向负载的电流。I_bdc、I_cdc分别为电池和超级电容器的接口电流。G₁表达式如低通滤波器，而G₂表达式如高通滤波器，且它们的穿越频率均为ω_c＝1/(R_dC_d)。s表示拉普拉斯算子，利用虚拟阻容下垂控制在不需要滤波器的前提下实现电流(功率)在不同功率源之间的分配，事实上图5混合储能系统可以看作一阶RC电路。

(2)根据图2可以得到总的功率偏差值ΔP：

其中，Δf为频率参考值的变化量。

将功率波动中相对低频的部分，即和频率的差成正比的部分交给电池等能量型储能元件，而将高频部分，即和频率的差分成正比的部分交由超级电容器等功率型储能元件进行补偿，于是可得：

其中，ΔP_b为电池支路功率变化量，ΔP_c为电容支路功率变化量，H为惯性时间常数，R_k为ω-P下垂系数的倒数与阻尼系数的和。

对比式(1)和式(3)，令：

这样就实现了混合储能侧和虚拟同步控制侧的联系。其中，电池采用虚拟电阻下垂控制策略，电容采用虚拟电容下垂控制策略。在这样的关系下，混合储能不仅实现了功率高频分量和低频分量的合理分配，更重要的是具有更加明确的物理意义。即电池的功率变化与频率的偏差成正比，去模拟同步发电机原动机的出力特性(一次调频)及阻尼的补偿功率，超级电容器的功率变化与频率的差分成正比，去模拟同步发电机的转子提供的功率，即电池和电容分别具有与同步机中原动机和转子相同的外特性。这样的设计构架可以充分地利用电池/超级电容器混合储能的优势来实现一个VSG系统。

本发明对储能虚拟同步机的容量进行配置具体步骤如下：

(1)定义惯性时间常数H表征同步电机在额定功率(转矩)下，将转子由静止加速到额定动能(转速)所需要的时间，即：

其中，J为同步电机转子的转动惯量，ω_N为额定转速，E_KN为同步发电机的额定旋转动能。

定义同步发电机转子运动方程：

其中，P_m为发电机中原动机的功率，P_e为发电机中电磁功率。联立式(5)和式(6)可以建立发电机的惯性时间常数H和频率变化之间的动态方程：

由于电力系统频率的波动很小，假定在整个频率动态变化的过程中ω≈ω_N，于是可以得到惯性常数与频率变化率之间的线性关系式：

定义功率/频率特性系数λ，用来确定频率的稳态误差：

(2)根据式(8)可以得到最大不平衡功率和频率变化率之间的关系：

根据与频率变化率相关的继电保护装置要求，电力系统中，df/dt通常不允许超过0.6Hz/s，利用式(10)可以求得系统最大的不平衡功率。

根据式(9)，考虑系统在最大不平衡功率下频率变化达达最大的0.5Hz，从而：

(3)根据系统频率一次调节的目标，可以计算得到电池储能参与系统一次调频时必须的功率容量为：

式中，k_b为考虑额外因素后选取的裕度，一般取1.1即可。根据电力系统相关运行准则要求，参与一次调频的电源需要提供不少于15分钟的系统频率支撑，则电池需要的容量大小为：

E_b＝P_bt_min (13)

式中，t_min为运行准则要求的参与一次调频的最低时间。

(4)在不考虑出力限制的情况下，定义电容出力功率表达式为：

两边同时积分得：

式中，t₁和t₂分别为响应的初始时刻和频率达到最高点或最低点的时刻；f₁和f₂分别为初末时刻对应的频率。

(7)定义暂态情况下，频率允许的波动范围为49.5Hz～50.5Hz。电容容量配置的出发点为，考虑系统功率出现不平衡使得频率下降到最低点，电容需要提供的有功功率缺额，并给予20％的裕度，即：

根据式(13)和式(16)可以分别计算得到电池储能系统和电容储能系统的容量要求，并根据实际情况，合理地选择最终的配置容量。

图6为本发明提供的混合储能虚拟同步发电机的功率分配装置架构示意图，如图6所示，包括：电池控制单元210、电容器控制单元220以及交流侧控制单元230。

电池控制单元210，用于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；

电容器控制单元220，用于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，该装置还包括：

交流侧控制单元230，用于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：

其中，R_d为虚拟电阻下垂控制方式的等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制方式的等值输出电容，H为虚拟同步发电机的惯性时间常数，K_p为ω-P为同步发电机的下垂系数，D为虚拟同步发电机的阻尼系数。

可选地，所述电池参与虚拟同步发电机一次调频时必须的功率容量P_b为：

其中，k_b为选取的裕度，f_N为系统的额定频率，λ_target为目标频率-有功关系系数。

可选地，在不考虑出力限制的情况下，所述超级电容器的容量E_c为：

其中，f₁和f₂分别为系统初始时刻的频率和系统允许的频率最低值S_N为系统的额定容量。

具体各个单元的功能可参见前述方法实施例中的介绍，在此不做赘述。

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；设计储能下垂控制的下垂系数，实现超级电容器模拟同步机中的转子惯性，蓄电池模拟同步机中的原动机和阻尼特性，充分发挥电池/超级电容器储能单元各自的储能优势，且各储能单元具有更加明确的物理意义；考虑系统允许的最大频率波动，对储能参与系统一次调频的容量进行配置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一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，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的功率分配方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的功率分配方法，其特征在于，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：

其中，R_d为虚拟电阻下垂控制方式的等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制方式的等值输出电容，H为虚拟同步发电机的惯性时间常数，K_p为ω-P为同步发电机的下垂系数，D为虚拟同步发电机的阻尼系数。

4.根据权利要求1至3任一项所述的功率分配方法，其特征在于，所述电池参与虚拟同步发电机一次调频时必须的功率容量P_b为：

其中，k_b为选取的裕度，f_N为系统的额定频率，λ_target为目标频率-有功关系系数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的功率分配方法，其特征在于，在不考虑出力限制的情况下，所述超级电容器的容量E_c为：

其中，f₁和f₂分别为系统初始时刻的频率和系统允许的频率最低值S_N为系统的额定容量。

6.一种混合储能虚拟同步发电机的功率分配装置，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，其特征在于，包括：

电池控制单元，用于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；

电容器控制单元，用于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。

7.根据权利要求6所述的功率分配装置，其特征在于，还包括：

交流侧控制单元，用于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。

8.根据权利要求7所述的功率分配装置，其特征在于，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：

其中，R_d为虚拟电阻下垂控制方式的等值输出电阻，C_d为虚拟电容下垂控制方式的等值输出电容，H为虚拟同步发电机的惯性时间常数，K_p为ω-P为同步发电机的下垂系数，D为虚拟同步发电机的阻尼系数。

9.根据权利要求6至8任一项所述的功率分配装置，其特征在于，所述电池参与虚拟同步发电机一次调频时必须的功率容量P_b为：

其中，k_b为选取的裕度，f_N为系统的额定频率，λ_target为目标频率-有功关系系数。

10.根据权利要求6至8任一项所述的功率分配装置，其特征在于，在不考虑出力限制的情况下，所述超级电容器的容量E_c为：

其中，f₁和f₂分别为系统初始时刻的频率和系统允许的频率最低值S_N为系统的额定容量。

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