CN114696330A - 一种功率分配方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种功率分配方法及装置，针对多个储能变流器中的任一个储能变流器，在储能变流器控制器中首先根据储能变流器的输出电压和输出电流分别对无功‑电压下垂控制模块、微电网控制器和无功‑电压微分下垂控制模块发送不同的权重值，再根据无功‑电压下垂控制模块基于第一权重确定的第一参考值、微电网控制器基于第二权重确定的第二参考值、无功‑电压微分下垂控制模块基于第三权重确定的第三参考值确定储能变流器功率的取值，使得多个储能变流器存在较大线路阻抗差值时可以对每个储能变流器进行功率的平均分配。
Description
技术领域
本申请涉及储能变流器控制技术领域，尤其涉及一种功率分配方法及装置。
背景技术
目前，多个储能变流器(Power Conditioning System，PCS)在分布式组网运行过程中，是通过无功-电压下垂控制对多个PCS进行功率的分配。当多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时，会使得线路阻抗小的PCS负担更多的负荷功率，导致多个PCS之间功率的不均匀分配。
现有技术是通过构建虚拟阻抗补偿多个PCS之间的线路阻抗差值，实现多个PCS之间功率的均匀分配。一种构建虚拟阻抗方法是获取每个PCS各自的线路阻抗值，并对每个PCS分别进行不同的线路阻抗虚拟构建，但是在实际分布式组网运行中不易实现；另一种构建虚拟阻抗方法是构建远大于多个PCS之间线路阻抗差值的线路阻抗值，从而可以忽略多个PCS之间的线路阻抗差值，但是构建较大的虚拟阻抗会使得分布式组网出现不稳定运行的问题，并且在负载波动时使得微电网的电压出现较大的跌落，导致微电网内电流源设备故障穿越，同时电能质量的下降使得部分设备出现失电保护现象。
因此仅通过构建虚拟阻抗不能解决多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时，多个PCS之间功率的不均匀分配问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种功率分配方法及装置，以便于多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时可以保证多个PCS之间功率的均匀分配问题。
第一方面，本申请提供一种功率分配装置，应用于多个储能变流器，所述多个储能变流器中每个储能变流器分别连接母线；所述装置包括无功-电压下垂控制模块、微电网控制器、无功-电压微分下垂控制模块、储能变流器控制器；其中，每个储能变流器分别与所述无功-电压下垂控制模块、所述储能变流器控制器连接；所述微电网控制器与所述母线连接；所述储能变流器控制器分别与所述无功-电压下垂控制模块、所述微电网控制器以及所述无功-电压微分下垂控制模块连接；所述储能变流器控制器，用于根据第一储能变流器的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重；向所述无功-电压下垂控制模块发送所述第一权重，向所述微电网控制器发送所述第二权重，以及向所述无功-电压微分下垂控制模块发送所述第三权重；其中，所述第一储能变流器为所述多个储能变流器中的任一个；所述无功-电压下垂控制模块，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值；根据所述第一储能变流器的输出电压的电压值和所述第一权重，确定所述第一储能变流器的功率的第一参考值；所述微电网控制器，用于采集所述母线的输出电压的电压值；根据所述母线的输出电压的电压值和所述第二权重，确定所述第一储能变流器的功率的第二参考值；所述无功-电压微分下垂控制模块，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值，根据不同时刻采集的所述第一储能变流器的输出电压的电压值，确定所述第一储能变流器的输出电压的电压值变化率；根据所述电压值变化率和所述第三权重，确定所述第一储能变流器的功率的第三参考值；所述储能变流器控制器，还用于根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值。
现有技术中当多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值导致多个PCS之间功率不均匀分配的问题时，是通过构建虚拟阻抗补偿多个PCS之间的线路阻抗差值，进而实现多个PCS之间功率的均匀分配。但是对每个PCS分别进行不同的线路阻抗虚拟构建的过程是不易实现的，且构建远大于多个PCS之间线路阻抗差值的线路阻抗值会使得分布式组网出现不稳定运行的问题。因此本申请实施例中，针对多个PCS中的任一个PCS，首先在储能变流器控制器中根据PCS的输出电压和输出电流确定向无功-电压下垂控制模块发送的第一权重、向微电网控制器发送的第二权重以及向无功-电压微分下垂控制模块发送的第三权重，然后在无功-电压下垂控制模块中根据采集PCS的输出电压的电压值和第一权重得到PCS的功率的第一参考值；在微电网控制器中根据采集母线的输出电压的电压值和第二权重得到PCS的功率的第二参考值；在无功-电压微分下垂控制模块中根据不同时刻采集PCS的输出电压的电压值确定的电压值变化率和第三权重得到PCS的功率的第三参考值；最后在储能变流器控制器中根据第一参考值、第二参考值和第三参考值确定PCS的功率的取值。也即本申请通过分别对采集PCS的输出电压的电压值的无功-电压下垂控制模块、采集母线的输出电压的电压值的微电网控制器以及不同时刻采集PCS的输出电压的电压值确定电压值变化率的无功-电压微分下垂控制模块分配不同的权重，使得多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时依然可以对每个PCS进行功率的平均分配。
一种可能的设计中，所述储能变流器控制器包括：虚拟励磁模块、电压控制模块和信号驱动模块；其中，所述电压控制模块分别连接所述虚拟励磁模块和所述信号驱动模块；所述虚拟励磁模块，用于基于所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的第四参考值；基于所述第四参考值确定所述第一储能变流器的幅值电压参考值；所述电压控制模块，用于基于所述第一储能变流器的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号；所述信号驱动模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号确定所述第一储能变流器的功率的取值。本申请实施例中，通过PCS的幅值电压参考值得到的脉冲宽度调制信号确定PCS的功率的取值，使得到的PCS的功率更加准确。
一种可能的设计中，当所述第一储能变流器处于暂态情况下，所述第三权重大于所述第一权重，所述第一权重大于所述第二权重。当所述第一储能变流器处于稳态情况下，所述第二权重大于所述第三权重，所述第三权重大于所述第一权重。本申请实施例中，根据PCS处于暂态或稳态的不同情况，动态调整无功-电压下垂控制模块、微电网控制器和无功-电压微分下垂控制模块各自对应的权重，使得多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时依然可以对每个PCS进行功率的平均分配。
一种可能的设计中，所述装置还包括：电压给定单元；其中，所述电压给定单元分别连接所述无功-电压下垂控制模块和所述微电网控制器；所述电压给定单元，用于向所述无功-电压下垂控制模块和/或所述微电网控制器提供电压。通过电压给定单元向无功-电压下垂控制模块提供的电压的电压值对无功-电压下垂控制模块中的第一储能变流器的输出电压的电压值进行调节，使得到的第一储能变流器的功率的第一参考值更加准确；和/或通过电压给定单元向微电网控制器提供的电压的电压值对微电网控制器中的母线的输出电压的电压值进行调节，使得到的第一储能变流器的功率的第二参考值更加准确。
一种可能的设计中，所述无功-电压下垂控制模块包括：第一采样单元和第一计算单元；所述第一采样单元，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值；所述第一计算单元，用于获取所述电压给定单元提供的电压的第一电压值；基于所述第一储能变流器的输出电压的电压值和所述第一电压值确定第二电压值；根据所述第二电压值和所述第一权重确定所述第一储能变流器的功率的第一参考值。
本申请实施例中，通过获取到的电压给定单元提供的电压的第一电压值对第一采样单元采集的第一储能变流器的输出电压的电压值进行调节，得到精准的第一储能变流器的功率的第一参考值，进而使得到的PCS的功率更加准确。
一种可能的设计中，所述微电网控制器包括：第二采样单元和第二计算单元；所述第二采样单元，用于采集所述母线的输出电压的电压值；所述第二计算单元，用于获取所述电压给定单元提供的电压的第三电压值；基于所述母线的输出电压的电压值和所述第三电压值确定第四电压值；根据所述第四电压值和所述第二权重确定所述第一储能变流器的功率的第二参考值。
本申请实施例中，通过获取到的电压给定单元提供的电压的第三电压值对第二采样单元采集的母线的输出电压的电压值进行调节，得到精准的第一储能变流器的功率的第二参考值，进而使得到的PCS的功率更加准确。
第二方面，本申请提供一种功率分配方法，该方法应用于第一方面的任一功率分配装置中的储能变流器控制器，所述方法包括：根据第一储能变流器的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重；向所述功率分配装置中的无功-电压下垂控制模块发送所述第一权重，向所述功率分配装置中的微电网控制器发送所述第二权重，以及向所述功率分配装置中的无功-电压微分下垂控制模块发送所述第三权重；接收来自所述无功-电压下垂控制模块的所述第一储能变流器的功率的第一参考值，接收来自所述微电网控制器的所述第一储能变流器的功率的第二参考值，以及接收来自所述无功-电压微分下垂控制模块的所述第一储能变流器的功率的第三参考值；根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值。
一种可能的设计中，所述根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值，包括：基于所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的第四参考值；基于所述第四参考值确定所述第一储能变流器的幅值电压参考值；基于所述第一储能变流器的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号；根据所述脉冲宽度调制信号确定所述第一储能变流器的功率的取值。
一种可能的设计中，当所述第一储能变流器处于暂态情况下，所述第三权重大于所述第一权重，所述第一权重大于所述第二权重。
一种可能的设计中，当所述第一储能变流器处于稳态情况下，所述第二权重大于所述第三权重，所述第三权重大于所述第一权重。
第三方面，本申请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计算机指令，当所述计算机指令被功率分配装置中的储能变流器控制器执行时，可以使得所述储能变流器控制器执行上述第二方面中任一设计的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，当所述计算机指令被功率分配装置中的储能变流器控制器执行时，可以使得所述储能变流器控制器执行上述第二方面中任一设计的方法。
上述第二方面至第四方面中任一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果描述，这里不再重复赘述。
附图说明
图1为现有技术中功率分配的部分结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种功率分配装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种功率分配装置的结构示例示意图；
图4为本申请实施例提供的现有技术中仅采用无功-电压下垂控制与采用本申请的功率分配装置对多个PCS进行有功功率和无功功率分配的结果示意图；
图5为本申请实施例提供的ESS的光储直流耦合结构示意图；
图6为本申请实施例提供的ESS的储能直流耦合结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种功率分配方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应所述理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
以下，对本申请实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
(1)本申请实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
(2)储能变流器(Power Conditioning System，PCS)，可以通过控制蓄电池的充电和放电，进行交直流的变换。并网模式下，PCS运行在电流源模式时，PCS可以检测到所在的电网电压的频率和相位信息，进而可以进行输出电流的控制，此时PCS内阻抗特性体现为高阻抗；离网模式下，PCS运行在电压源模式时，PCS可以确定输出电压的频率、幅值和相位信息，进而可以进行输出电压的控制，此时PCS内阻抗特性体现为低阻抗。
(3)无功-电压，也可以表示为无功功率-交流电压。根据虚拟同步发电机的感性功角特性，可以确定无功功率与交流电压的幅值具有强相关的关联特性，也即无功功率与交流电压的幅值之间存在近似线性关系，通常用Q-U表示。
(4)无功-电压下垂控制。利用无功功率与交流电压的幅值之间的近似线性关系，可以构建无功-电压下垂控制。通过无功-电压下垂控制可以使得在多个PCS之间存在较小的线路阻抗差值时，依然可以对每个PCS进行功率的平均分配。
(5)微电网控制器(Micro Grid Controller，MGC)。通过MGC采集母线的输出电压的电压值后，对母线的输出电压的电压幅值和频率进行调节可以得到指定的额定电压幅值和额定频率。
(6)无功-电压微分。分布式组网中器件之间存在线路阻抗差值时，在稳定状态下虽然不同器件的电压幅值变化后是不相同的，但是不同器件的电压变化率是相同的，且电压变化率均近似为0，通常用Q-dU表示。
(7)无功-电压微分下垂控制。根据电路中的器件在稳定状态下的无功-电压微分近似为0，构建无功-电压微分下垂控制，通过无功-电压微分下垂控制可以使得在多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时，依然可以对每个PCS进行功率的平均分配。
(8)暂态，是指在交流电路中负荷发生变化时，电路中的电压从一个稳定状态切换到另一个稳定状态的过程。
(9)稳态，是相对于暂态的定义，在器件由于电压跳变使得电路原本状态发生改变后，电路中的电压电流会随着时间变化，其变化方式由电路器件决定，当电路器件的外部调节稳定后，电路中的电压电流会趋于稳定，此时器件的状态为稳态。
如图1所示，现有技术中功率分配装置包括无功-电压下垂控制模块101。多个PCS(例如图1中的PCS102-1、PCS102-2、…、PCS102-n)在分布式组网运行过程中，是通过无功-电压下垂控制模块101对PCS102-1、PCS102-2、…、PCS102-n进行功率分配的。当PCS102-1、PCS102-2、…、PCS102-n之间存在较大的线路阻抗差值时，会使得线路阻抗小的PCS负担更多的负荷功率，导致PCS102-1、PCS102-2、…、PCS102-n之间功率分配不均匀。
目前是通过构建虚拟阻抗补偿多个PCS之间的线路阻抗差值，实现多个PCS之间功率的均匀分配。一种构建虚拟阻抗方法是获取每个PCS各自的线路阻抗值，并对每个PCS分别进行不同的线路阻抗虚拟构建，但是在实际分布式组网运行中不易实现；另一种构建虚拟阻抗方法是构建远大于多个PCS之间线路阻抗差值的线路阻抗值，从而可以忽略多个PCS之间的线路阻抗差值，但是构建较大的虚拟阻抗会使得分布式组网出现不稳定运行的问题，并且在负载波动时使得微电网的电压出现较大的跌落，导致微电网内电流源设备故障穿越，同时电能质量的下降使得部分设备出现失电保护现象。因此仅通过传统方案中构建虚拟阻抗不能解决多个PCS之间存在较大的线路阻抗差值时，多个PCS之间功率的不均匀分配问题。
有鉴于此，本申请实施例提供一种功率分配的方法及装置。为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
图2为本申请实施例提供的一种功率分配装置的结构示意图。功率分配装置200用于对多个PCS进行功率分配，功率分配装置200包括储能变流器控制器201、无功-电压下垂控制模块202、微电网控制器203、无功-电压微分下垂控制模块204。其中，PCS205-1、PCS205-2、…、PCS205-n分别与母线206、无功-电压下垂控制模块202、储能变流器控制器201连接；微电网控制器203与母线206连接；储能变流器控制器201分别与无功-电压下垂控制模块202、微电网控制器203以及无功-电压微分下垂控制模块204连接。
在功率分配装置可以对PCS205-1、PCS205-2、…、PCS205-n进行功率分配。下面以对PCS205-1进行功率分配为例进行说明：在储能变流器控制器201中，根据PCS205-1的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重，并向无功-电压下垂控制模块202发送第一权重，向微电网控制器203发送第二权重，向无功-电压微分下垂控制模块204发送第三权重。
可选的，在储能变流器控制器201根据PCS205-1的输出电压和输出电流确定发送给无功-电压下垂控制模块202的第一权重、发送给微电网控制器203的第二权重，以及发送给无功-电压微分下垂控制模块204的第三权重时，若PCS205-1处于暂态情况，则第三权重大于第一权重，且第一权重大于第二权重。若PCS205-1处于稳态情况，则第二权重大于第三权重，且第三权重大于第一权重。通过对PCS处于不同状态下分配给无功-电压下垂控制模块202、微电网控制器203和无功-电压微分下垂控制模块204不同的权重值，进而可以不考虑现有技术中PCS的暂态和稳态两种状态的切换操作导致对PCS功率分配的不准确问题。
本申请方案，在对多个PCS中的每个PCS进行功率分配时，通过分别对无功-电压下垂控制模块202、微电网控制器203和无功-电压微分下垂控制模块204发送不同的权重值，实现对多个PCS功率平均分配，避免了仅通过微电网控制器203对多个PCS功率平均分配过程中在通讯速度上受限制的问题。
另外，本申请通过分别对无功-电压下垂控制模块202、微电网控制器203和无功-电压微分下垂控制模块204发送不同的权重值实现对多个PCS功率平均分配，还可以解决现有技术中微电网控制器203出现通讯断线情况时，分布式组网的不稳定运行问题；以及可以解决现有技术中PCS处于暂态情况时，由于负荷波动导致线路阻抗小的PCS出现过载限流现象，使得分布式组网不稳定运行问题和解决现有技术中PCS处于稳态情况时，由于线路阻抗小的PCS长时间过载，使得分布式组网中设备使用时间短的问题。
在上述通过储能变流器控制器201向无功-电压下垂控制模块202发送第一权重后，无功-电压下垂控制模块202可以采集PCS205-1的输出电压的电压值；继续根据PCS205-1的输出电压的电压值和第一权重，确定PCS205-1的功率的第一参考值。例如，可以将PCS205-1的输出电压的电压值与第一权重的乘积作为PCS205-1的功率的第一参考值。
这里，为了进一步提高PCS205-1的功率的第一参考值的精准度，如图2所示，功率分配装置还可以包括：电压给定单元2012。电压给定单元2012连接无功-电压下垂控制模块202。通过电压给定单元2012向无功-电压下垂控制模块202提供电压。
示例性的，结合电压给定单元2012向无功-电压下垂控制模块202提供的电压，根据PCS205-1的输出电压的电压值和第一权重，确定PCS205-1的功率的第一参考值的具体过程如下所示：图2中无功-电压下垂控制模块202可以包括：第一采样单元202-1和第一计算单元202-3。其中，第一采样单元202-1，用于采集PCS205-1的输出电压的电压值。第一计算单元202-3，用于获取电压给定单元2012提供的电压的第一电压值；基于PCS205-1的输出电压的电压值和第一电压值确定第二电压值后；继续根据第二电压值和第一权重确定PCS205-1的功率的第一参考值。例如，将PCS205-1的输出电压的电压值和第一电压值之间的差值作为第二电压值，并将第二电压值与第一权重的乘积作为PCS205-1的功率的第一参考值。
在上述通过储能变流器控制器201向微电网控制器203发送第二权重后，针对微电网控制器203来说，采集母线206的输出电压的电压值后；继续根据母线206的输出电压的电压值和第二权重，确定PCS205-1的功率的第二参考值。例如，可以将母线206的输出电压的电压值与第二权重的乘积作为PCS205-1的功率的第二参考值。
同样的，为了进一步提高PCS205-1的功率的第二参考值的精准度，如图2所示，通过电压给定单元2012连接微电网控制器203使得电压给定单元2012向微电网控制器203提供电压。
示例性的，结合电压给定单元2012向微电网控制器203提供的电压，根据母线206的输出电压的电压值和第二权重，确定PCS205-1的功率的第二参考值的具体过程如下所示：图2中微电网控制器203可以包括：第二采样单元203-1和第二计算单元203-3。其中，第二采样单元203-1，用于采集母线206的输出电压的电压值。第二计算单元203-3，用于获取电压给定单元2012提供的电压的第三电压值；基于母线206的输出电压的电压值和第三电压值确定第四电压值后；继续根据第四电压值和第二权重确定第一储能变流器的功率的第二参考值。例如，将母线206的输出电压的电压值和第三电压值之间的差值作为第四电压值，并将第四电压值与第二权重的乘积作为PCS205-1的功率的第二参考值。
这里，电压给定单元2012提供的电压的第一电压值和第三电压值可以是同一个电压值，也可以是不同的电压值，在此仅是举例说明，具体可根据实际情况进行调整。
在上述通过储能变流器控制器201向无功-电压微分下垂控制模块204发送第三权重后，针对无功-电压微分下垂控制模块204来说，采集PCS205-1的输出电压的电压值；然后根据不同时刻采集的PCS205-1的输出电压的电压值，确定PCS205-1的输出电压的电压值变化率；再根据电压值变化率和第三权重，确定PCS205-1的功率的第三参考值。例如，可以将电压值变化率与第三权重的乘积作为PCS205-1的功率的第三参考值。
最后在储能变流器控制器201中根据第一参考值、第二参考值和第三参考值确定PCS205-1的功率的取值，并在确定每个PCS的功率的取值后对每个PCS分别进行功率的均匀分配。具体的，如图2所示，储能变流器控制器201可以包括：虚拟励磁模块201-1、电压控制模块201-2和信号驱动模块201-3，其中电压控制模块201-2分别连接虚拟励磁模块201-1和信号驱动模块201-3。
示例性的，首先在虚拟励磁模块201-1中，将第一参考值、第二参考值和第三参考值的叠加结果作为PCS205-1的功率的第四参考值后，再通过对第四参考值进行虚拟励磁处理得到PCS205-1的幅值电压参考值。然后在电压控制模块201-2中，基于PCS205-1的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号。进一步的，为了更准确的得到脉冲宽度调制信号，还可以结合PCS205-1的幅值电压参考值和PCS205-1的相位电压参考值确定脉冲宽度调制信号。最后在信号驱动模块201-3中，根据脉冲宽度调制信号确定PCS205-1的功率的取值。这里，确定脉冲宽度调制信号和根据脉冲宽度调制信号确定PCS205-1的功率的取值的过程在后续示例中进行详细描述，在此不再赘述。
因此，上述介绍了通过功率分配装置对多个PCS进行功率的平均分配的架构过程，接下来通过具体示例介绍下功率的分配过程，另外图2中除功率分配装置的结构以外，分布式组网中的其他结构在后续进行介绍，在此不再赘述。
下面参阅图3，来介绍无功-电压下垂控制模块202。针对无功-电压下垂控制模块202来说，第一采样单元202-1采集PCS205-1的输出电压的电压值可以用UC表示，电压给定单元2012输出的第一电压值可以用UN表示。在第一计算单元202-3中，将UC和UN的差值作为第二电压值后，再对第二电压值进行指定系数(例如下垂系数m)相乘处理，然后根据处理后的第二电压值和第一权重(用λ2表示)确定PCS205-1的功率的第一参考值。其中，第一权重是根据PCS205-1的输出电压和输出电流确定的。
然后继续介绍微电网控制器203，由上述介绍可知，针对微电网控制器203来说，第二采样单元203-1采集母线206的输出电压的电压值可以用UPCC表示，电压给定单元2012输出的第三电压值与电压给定单元2012输出的第一电压值相同，也可以用UN表示。在第二计算单元203-3中，将UPCC和UN的差值作为第四电压值后，再对第四电压值进行比例积分(Proportional Integral，PI)处理，然后根据PI处理后的第四电压值和第二权重(用1-λ表示)确定PCS205-1的功率的第二参考值。其中，第二权重是根据PCS205-1的输出电压和输出电流确定的。
接下来介绍无功-电压微分下垂控制模块204，由上述介绍可知，针对无功-电压微分下垂控制模块204来说，首先通过虚拟励磁模块201-1进行虚拟励磁处理(例如虚拟励磁模块201-1的积分器用1/s表示，kqi为固定系数)，若此时虚拟励磁处理后的输出结果中无功功率未确定平衡点，则还可以通过指定系数(例如固定系数kdu)进行自平衡处理，使得无功功率确定平衡点。最终在确定平衡点后，结合第三权重(用λ表示)确定PCS205-1的功率的第三参考值。其中，第三权重是根据PCS205-1的输出电压和输出电流确定的。
示例性的，当PCS205-1处于暂态情况时，由于无功功率的误差值较大，使得λ的数值无限接近于1，此时λ2的数值也无限接近于1，1-λ的数值无限接近于0。由于λ的数值大于λ2的数值，因此当PCS205-1处于暂态情况时，无功-电压微分下垂控制模块204接收的第三权重对功率调节起到主要作用，无功-电压下垂控制模块202接收的第一权重对功率调节起到次要作用，微电网控制器203接收的第二权重对功率调节几乎不起作用。
当PCS205-1处于稳态情况时，由于无功功率的误差值较小，使得λ的数值无限接近于0，此时λ2的数值也无限接近于0，1-λ的数值无限接近于1。因此当PCS205-1处于稳态情况时，微电网控制器203接收的第二权重对功率调节起到主要作用，无功-电压微分下垂控制模块204接收的第三权重和无功-电压下垂控制模块202接收的第一权重对功率调节几乎不起作用。在此仅是举例说明，本申请不限定对第一权重、第二权重和第三权重的具体数值要求，可根据实际情况进行调整。
可选的，功率分配装置200中的储能变流器控制器201在分别确定PCS205-1的功率的第一参考值、第二参考值和第三参考值后，还可以将第一参考值、第二参考值和第三参考值分别进行叠加处理，并继续与无功功率反馈(例如QFed)做差，将差值用QErr表示。然后对QErr进行标幺化处理，例如将QErr与1/QT相乘(QT为固定系数)，再进行归一化处理后继续通过滤波器301的滤波处理，得到更新后的第一权重、第二权重和第三权重。
在利用更新后的第一权重、第二权重和第三权重重新确定PCS205-1的功率的第一参考值、第二参考值和第三参考值后，将更新后的PCS205-1的功率的第一参考值、第二参考值和第三参考值分别叠加处理后得到PCS205-1的功率的第四参考值。通过虚拟励磁模块201-1对第四参考值进行进一步的处理(例如将第四参考值与固定系数kqp相乘处理)得到虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)内电势的幅值电压第一参考值。然后将VSG内电势的幅值电压第一参考值与第一电压值UN叠加处理，叠加结果可以用UE表示，继续将UE与PCS205-1的输出电压的电压值UC叠加处理得到PCS205-1的幅值电压参考值。
在确定PCS205-1的幅值电压参考值后，接下来介绍下确定PCS205-1的相位电压参考值的过程：针对有功-角速度下垂控制模块302来说，通过采集PCS205-1的输出电压的电压值UC确定第一角速度ωE，然后对ωE和额定第二角速度ωN的差值进行指定系数(例如下垂系数m)相乘处理得到第一有功功率。针对微电网控制器203中的角速度调节模块303来说，通过第三电压值UN确定第四角速度ωPCC，然后对额定第三角速度ωN和ωPCC的差值进行PI处理得到第二有功功率。
将第一有功功率和第二有功功率叠加处理后的结果，继续与有功功率反馈PFed作差，并将差值作为虚拟惯量1/Js的输入，然后对输出值与第二角速度ωN的叠加结果进行限幅处理得到限幅结果，用ω’E表示。再对限幅处理后的结果进行积分(用1/s表示积分过程)处理，得到PCS205-1的相位电压参考值θE。其中，还可以将ω’E与锁相回路的角速度ωpll的差值作为阻尼Damp的输入，将阻尼Damp的输出作为阻尼功率的反馈值。
在确定PCS205-1的相位电压参考值和PCS205-1的幅值电压参考值后，将PCS205-1的相位电压参考值和PCS205-1的幅值电压参考值均作为电压控制模块201-2的输入，得到电压控制模块201-2输出的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，然后根据PWM信号确定PCS205-1的功率的取值。图4示出了现有技术中仅采用无功-电压下垂控制与采用本申请的功率分配的装置对多个PCS进行有功功率和无功功率分配的结果示意图。
本申请的一实施例中，分布式组网中还可以包括：能量存储系统(Energy StorageSystem，ESS)，ESS既可以与PCS通过交流耦合连接，也可以与PCS通过直流耦合连接，还可以与PCS通过点对点连接。如图2中的ESS207-1和ESS207-2是通过直流耦合连接PCS205-1的，ESS207-3是通过点对点连接PCS205-2的。其中ESS可以包括：太阳能(Photo Voltaic，PV)发电单元、电池系统、直流-直流变换器(Direct Current-Direct Current Converter，或者DC-DC Converter，简写为D/D)和储能(battery，简写为BAT)器件等结构器件。图5示出了ESS的光储直流耦合结构示意图，包括BAT501、PV502、D/D503和D/D504，BAT501连接D/D503，PV502连接D/D504，D/D503和D/D504可以连接PCS205-1。图6示出了ESS的储能直流耦合结构示意图，包括BAT601、BAT602、D/D603和D/D604，BAT601连接D/D603，BAT602连接D/D604，D/D603和D/D604也可以连接PCS205-1。
本申请的一实施例中，分布式组网中还可以包括：并网开关208、变压器209、电站控制器2010和负载load2011。PCS205-1可独立或者交流耦合的与变压器209的副边连接，变压器209还与母线206连接。并网开关208分别与母线206和电站控制器2010连接。负载load2011和变压器连接。
可选的，本申请适用于构网型(Grid-Forming，GFM)的多个PCS并联的功率平均分配的应用场景，也适用于大型储能的应用场景、中小型分布式储能应用场景等。在此仅是举例说明，本申请并不限定具体的应用场景。
基于上述功率分配装置实施例，本申请实施例还提供一种功率分配方法，应用于功率分配装置中，该方法可以由图2中的储能变流器控制器201执行。如图7所示，本申请提供的方法包括以下步骤：
S701：根据第一储能变流器的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重；向功率分配装置中的无功-电压下垂控制模块发送第一权重，向功率分配装置中的微电网控制器发送第二权重，以及向功率分配装置中的无功-电压微分下垂控制模块发送第三权重。
S702：接收来自无功-电压下垂控制模块的第一储能变流器的功率的第一参考值，接收来自微电网控制器的第一储能变流器的功率的第二参考值，以及接收来自无功-电压微分下垂控制模块的第一储能变流器的功率的第三参考值。
S703：根据第一参考值、第二参考值和第三参考值确定第一储能变流器的功率的取值。
一种可能的设计中，步骤S703中根据第一参考值、第二参考值和第三参考值确定第一储能变流器的功率的取值，包括：
基于第一参考值、第二参考值和第三参考值确定第一储能变流器的功率的第四参考值；基于第四参考值确定第一储能变流器的幅值电压参考值；
基于第一储能变流器的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号；
根据脉冲宽度调制信号确定第一储能变流器的功率的取值。
一种可能的设计中，当第一储能变流器处于暂态情况下，第三权重大于第一权重，第一权重大于第二权重。
一种可能的设计中，当第一储能变流器处于稳态情况下，第二权重大于第三权重，第三权重大于第一权重。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，当计算机指令被功率分配装置中的储能变流器控制器执行时，可以使得图7所示的功率分配方法被执行。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机指令，当计算机指令被功率分配装置中的储能变流器控制器执行时，可以使得图7所示的功率分配方法被执行。
也就是说，本申请提供的功率分配方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序代码在计算机设备上或电路产品上运行时，程序代码用于使计算机设备执行本说明书上述描述的功率分配的方法中的步骤。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请的方法、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。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种功率分配装置，应用于多个储能变流器，所述多个储能变流器中每个储能变流器分别连接母线；其特征在于，所述装置包括无功-电压下垂控制模块、微电网控制器、无功-电压微分下垂控制模块、储能变流器控制器；
其中，每个储能变流器分别与所述无功-电压下垂控制模块、所述储能变流器控制器连接；所述微电网控制器与所述母线连接；所述储能变流器控制器分别与所述无功-电压下垂控制模块、所述微电网控制器以及所述无功-电压微分下垂控制模块连接；
所述储能变流器控制器，用于根据第一储能变流器的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重；向所述无功-电压下垂控制模块发送所述第一权重，向所述微电网控制器发送所述第二权重，以及向所述无功-电压微分下垂控制模块发送所述第三权重；其中，所述第一储能变流器为所述多个储能变流器中的任一个；
所述无功-电压下垂控制模块，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值；根据所述第一储能变流器的输出电压的电压值和所述第一权重，确定所述第一储能变流器的功率的第一参考值；
所述微电网控制器，用于采集所述母线的输出电压的电压值；根据所述母线的输出电压的电压值和所述第二权重，确定所述第一储能变流器的功率的第二参考值；
所述无功-电压微分下垂控制模块，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值，根据不同时刻采集的所述第一储能变流器的输出电压的电压值，确定所述第一储能变流器的输出电压的电压值变化率；根据所述电压值变化率和所述第三权重，确定所述第一储能变流器的功率的第三参考值；
所述储能变流器控制器，还用于根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能变流器控制器包括：虚拟励磁模块、电压控制模块和信号驱动模块；其中，所述电压控制模块分别连接所述虚拟励磁模块和所述信号驱动模块；
所述虚拟励磁模块，用于基于所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的第四参考值；基于所述第四参考值确定所述第一储能变流器的幅值电压参考值；
所述电压控制模块，用于基于所述第一储能变流器的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号；
所述信号驱动模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号确定所述第一储能变流器的功率的取值。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，当所述第一储能变流器处于暂态情况下，所述第三权重大于所述第一权重，所述第一权重大于所述第二权重。
4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，当所述第一储能变流器处于稳态情况下，所述第二权重大于所述第三权重，所述第三权重大于所述第一权重。
5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：电压给定单元；其中，所述电压给定单元分别连接所述无功-电压下垂控制模块和所述微电网控制器；
所述电压给定单元，用于向所述无功-电压下垂控制模块和/或所述微电网控制器提供电压。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述无功-电压下垂控制模块包括：第一采样单元和第一计算单元；
所述第一采样单元，用于采集所述第一储能变流器的输出电压的电压值；
所述第一计算单元，用于获取所述电压给定单元提供的电压的第一电压值；基于所述第一储能变流器的输出电压的电压值和所述第一电压值确定第二电压值；根据所述第二电压值和所述第一权重确定所述第一储能变流器的功率的第一参考值。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述微电网控制器包括：第二采样单元和第二计算单元；
所述第二采样单元，用于采集所述母线的输出电压的电压值；
所述第二计算单元，用于获取所述电压给定单元提供的电压的第三电压值；基于所述母线的输出电压的电压值和所述第三电压值确定第四电压值；根据所述第四电压值和所述第二权重确定所述第一储能变流器的功率的第二参考值。
8.一种功率分配方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1-7任一项所述功率分配装置中的储能变流器控制器，所述方法包括：
根据第一储能变流器的输出电压和输出电流，确定第一权重、第二权重和第三权重；向所述功率分配装置中的无功-电压下垂控制模块发送所述第一权重，向所述功率分配装置中的微电网控制器发送所述第二权重，以及向所述功率分配装置中的无功-电压微分下垂控制模块发送所述第三权重；
接收来自所述无功-电压下垂控制模块的所述第一储能变流器的功率的第一参考值，接收来自所述微电网控制器的所述第一储能变流器的功率的第二参考值，以及接收来自所述无功-电压微分下垂控制模块的所述第一储能变流器的功率的第三参考值；
根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的取值，包括：
基于所述第一参考值、所述第二参考值和所述第三参考值确定所述第一储能变流器的功率的第四参考值；基于所述第四参考值确定所述第一储能变流器的幅值电压参考值；
基于所述第一储能变流器的幅值电压参考值确定脉冲宽度调制信号；
根据所述脉冲宽度调制信号确定所述第一储能变流器的功率的取值。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，当所述第一储能变流器处于暂态情况下，所述第三权重大于所述第一权重，所述第一权重大于所述第二权重。
11.如权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，当所述第一储能变流器处于稳态情况下，所述第二权重大于所述第三权重，所述第三权重大于所述第一权重。
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