本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術領域，具體涉及一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法。

背景技術：

隨著全球的環(huán)境問題和能源危機日益嚴重，太陽能、風能等可再生清潔能源收到越來越廣泛的關注。在大力發(fā)展分布式能源的同時，分布式能源在并網時的問題也引起了專家學者的關注。一般地，目前光儲并網系統(tǒng)主要通過逆變器接入電網，相比于傳統(tǒng)的同步發(fā)電機，并網逆變器相應速度快，缺少轉動慣量和阻尼作用，不便于的電網調節(jié)。再者，并網逆變器的控制方式各不相同，加之分布式能源輸出功率不穩(wěn)定性的影響，難以實現(xiàn)多臺并網逆變器的協(xié)調工作。

在此背景下，國內外學者提出了，通過改進并網逆變器的控制方式，使得逆變器具有同步發(fā)電機特性。基于該思想，有學者提出，在功率外環(huán)中引入類似于同步發(fā)電機的電壓和頻率調差特性，并提出了相應的下垂控制策略。在離網運行模式下時的下垂控制策略，通過引入電網電壓和頻率的偏差反饋，使得并網逆變器在離網運行模式下能根據偏差反饋及自身的額定容量均衡負荷功率；在聯(lián)網模式下的下垂控制策略，使得并網逆變器能對電網的電壓頻率異常做出響應，在故障時能提供必要的有功和無功支撐。然而，基于下垂控制的一些方法只是對同步發(fā)電機外特性來做適當?shù)慕?，還不足以模擬同步發(fā)電機的真實運行特性。

有鑒于此，有必要提供光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了滿足現(xiàn)有技術的需要，本發(fā)明的目的在于提供一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，模擬同步發(fā)電機的機械方程和電磁方程來設計并網逆變器的控制，使得光儲并網逆變器在原理上和外特性上與同步發(fā)電機類似，使得光儲并網接口系統(tǒng)具有了同步發(fā)電機的慣性和阻尼特性，并且依然有功-頻率控制以及無功-電壓下垂特性，適合用于儲能裝置與電網之間的連接，有望在光能并網發(fā)電領域發(fā)揮重要作用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是：

光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，有功-頻率控制采用虛擬同步發(fā)電機的機械模型，所采用的機械控制模型用如下方程描述：

tm、te和td分別為光儲并網接口系統(tǒng)模擬同步發(fā)電機的機械轉矩、電磁轉矩和阻尼轉矩；j為虛擬轉動慣量；dp為虛擬阻尼系數(shù)，ω為逆變器輸出電壓角速度，ω0為額定電網同步角速度。

進一步地，所述光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，取消了頻率調節(jié)器，直接通過修改虛擬阻尼系數(shù)dp調整td的值，從而實現(xiàn)有功-頻率下垂控制，所述光儲并網接口系統(tǒng)控制方法也同時具有傳統(tǒng)的下垂控制的下垂特性。

進一步地，所述光儲并網接口系統(tǒng)控制，所述電磁轉矩i，θ為瞬時輸出電壓和相位mf為虛擬的勵磁繞組與定子繞組間的互感，if為虛擬的勵磁電流，<，>表示內積，<i，sinθ>＝iasinθa+ibsinθb+icsinθc。

進一步地，所述光儲并網接口系統(tǒng)輸出電壓所述光儲并網接口系統(tǒng)的無功-電壓控制采用類似于下垂控制：δq＝-dq(vref-v)，其中dq為無功調節(jié)系數(shù)，vref為并網逆變器的指令電壓，v為光儲并網接口機端輸出的瞬時電壓值。

進一步地，所述虛擬互感mf，虛擬勵磁電流if的乘積mfif由全部無功環(huán)節(jié)偏差除以變換系數(shù)k積分得到，即mfif＝∫(qset+δq-q)/kdt初始值v^*電網額定相電壓幅值，f^*電網額定頻率，一般取50hz，qset為預設有功功率，可由協(xié)調運行控制系統(tǒng)遠程設定，q為實際的瞬時無功功率，δq為電壓下垂特性控制得到的無功偏差量。

進一步地，所述逆變控制器可與電網控制平臺通信，能夠自動設定額定電壓和額定頻率啟動和運行，也可接收外部電壓給定指令和頻率給定指令進行電壓和頻率的調節(jié)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明技術方案中，一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，主要功能實現(xiàn)直流匯集母線與交流電網之間有功功率控制功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)可根據調度指令控制其有功功率輸出。為實現(xiàn)有功功率調節(jié)功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)應能接收并實時跟蹤執(zhí)行協(xié)調控制系統(tǒng)發(fā)送的有功功率控制信號，根據并網側電壓和頻率以及協(xié)調控制器指令信號調節(jié)有功輸出，確保其最大輸出功率及功率變化率不超過給定值，以便在電網故障和特殊運行方式下保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明技術方案中，一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，主要功能實現(xiàn)直流匯集母線與交流電網之間無功調節(jié)功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)可根據交流側電壓水平、協(xié)調控制系統(tǒng)控制指令等信號實時跟蹤調節(jié)無功輸出，其調節(jié)方式、參考電壓、電壓調整率、功率因數(shù)等參數(shù)可由協(xié)調運行控制系統(tǒng)遠程設定。

3、本發(fā)明技術方案中，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)具備離網v/f控制功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)具備離網運行模式下，具備電壓和頻率的調節(jié)功能，能夠自動設定額定電壓和額定頻率啟動和運行，也可接收外部電壓給定指令和頻率給定指令進行電壓和頻率的調節(jié)。

4、本發(fā)明技術方案中，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)具備離網軟啟動功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)具備離網模式下，根據設定曲線平滑啟動，減小沖擊電流，減小對接入配電網的沖擊。

5、本發(fā)明技術方案中，一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，具有一定的耐受電壓異常能力，避免在電網電壓異常時無條件脫離，引起電網電源的損失，能夠更好的為分布式能源提供電壓支撐，有效提高微電網接納可再生能源的能力。

6、本發(fā)明技術方案中，一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，具有同步發(fā)電機的外特性，具有慣性和阻尼特性，能夠提高系統(tǒng)應對故障的能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實施例中光儲系統(tǒng)拓撲圖。

圖2：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)等效電磁機械模型。

圖3：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)控制框圖。

圖4：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)相同j不同dp系統(tǒng)輸出有功響應。

圖5：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)相同dp不同j系統(tǒng)輸出有功響應。

圖6：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)輸出電壓頻率。

圖7：本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)輸出a相電壓。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。

本發(fā)明提供了一種光儲并網接口系統(tǒng)控制策略，一個實際的光儲系統(tǒng)拓撲如圖1所示，本發(fā)明主要對后級的光儲并網接口即逆變并網部分控制方式進行研究。所述光儲并網接口系統(tǒng)拓撲：三相pwm逆變器經電感、濾波電容和dyn11變壓器相連，經線路與emi單元、斷路器qf、濾波電路fl與電網相連，針對該拓撲提出了一種控制方案如圖2所示，用功-頻率控制運用下垂控制和同步發(fā)電機機械模型控制，無功-電壓控制采用下垂控制以及同步發(fā)電機電磁特性控制，使得光儲并網接口系統(tǒng)具有類似于同步發(fā)電機的外特性，具有一定抑制電網故障的能力，并能夠減少對電網的沖擊。

1、光儲并網接口系統(tǒng)與同步發(fā)電機電路等效

本發(fā)明中一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法的實施例如圖1黑色方框內，具體為：

三相pwm逆變器經電感、濾波電容和dyn11變壓器相連，經線路與emi單元、斷路器qf、濾波電路fl與電網相連。

圖1為光儲能的主電路拓撲結構，現(xiàn)主要研究其光儲并網接口三相逆變部分，提供一種具有同步發(fā)電機特性的控制模型。主電路為基于lc濾波器的三相逆變電路，lg，rg為電網的等效線路電感和電阻。

同步電機的電氣模型：

式中：ls為同步發(fā)電機的同步電感；rs為同步發(fā)電機的同步電阻；uabc為同步發(fā)電機的機端電壓。對比圖1可以發(fā)現(xiàn)，同步發(fā)電機的同步電感可以用并網逆變器的輸出濾波電感等效，濾波電感和功率器件的等效電阻可以等效為同步發(fā)電機的同步電阻，三相逆變器各個橋臂中點的輸出電勢可以等效為同步發(fā)電機的暫態(tài)電動勢。

將電網的等效線路電感、電阻及逆變器的等效阻抗看成同步發(fā)電機的同步電抗及定子繞組電阻。那么通過適當?shù)目刂颇孀兤鞯妮敵鲭妷罕憧梢允沟霉鈨Σ⒕W接口具有同步發(fā)電機的外特性。

2、光儲并網接口系統(tǒng)的虛擬電磁模型

根據同步發(fā)電機定轉子電磁關系，感應電動勢為：

mf勵磁繞組與定子繞組間的互感，if為勵磁電流，θ為同步電機電氣角度，為電氣角速度，當極對數(shù)為一時，電機角速度和機械轉速相同。

假設勵磁電流if恒定，則：

同步發(fā)電機有功及無功表達式為：

電磁轉矩為：

式中<，>表示內積，<i，sinθ>＝iasinθa+ibsinθb+icsinθc，p和q分別表示同步發(fā)電機輸出的輸出用功和無功。

對于一個光儲并網接口系統(tǒng)模擬實際的同步發(fā)電機的電磁特性，也就是模擬上述幾個等式，只是mf、if為光儲并網接口系統(tǒng)虛擬的互感和勵磁電流，p和q此時為實際光伏逆變器輸出有功及無功，θ為逆變器輸出電壓的相位，為輸出電壓的角速度。

由于，所述mf、if都為虛擬的量，控制過程中也只關注其乘積mfif，mfif可由全部無功環(huán)節(jié)偏差除以變換系數(shù)k積分得到，即mfif＝∫(qset+δq-q)/kdt初始值v^*電網額定相電壓幅值，f^*電網額定頻率，一般取50hz。qset為預設有功功率，可由協(xié)調運行控制系統(tǒng)遠程設定，q為實際的瞬時無功功率，δq為電壓下垂特性控制得到的無功偏差量。

δq＝-dq(vref-v)(6)

式中：dq為無功調節(jié)系數(shù)；vref為光儲并網接口系統(tǒng)并網逆變器的指令電壓；v為逆變器機端輸出的瞬時電壓值。

需要注意的是，如果逆變器輸出端接了升壓變壓器，會造成變壓器輸入端和輸出端電壓有相位偏差θc，此時應用θ-θc，來代替θ，反饋到控制回路。

3、光儲并網接口系統(tǒng)虛擬機械模型

機械運動方程反映了同步發(fā)電機的轉子慣性以及阻尼特征，針對機械部分建模主要利用同步發(fā)電機的轉子運動方程，光儲并網接口系統(tǒng)的虛擬機械特性表達式如下

式中：tm、te和td分別為光儲并網接口模擬同步發(fā)電機的機械轉矩、電磁轉矩和阻尼轉矩；j為虛擬轉動慣量；dp為虛擬阻尼系數(shù)，ω為光伏逆變器輸出電壓的角速度，ω0為實際的電網同步角速度；

一般情況下電機電磁轉矩te可由同步發(fā)電機電勢eabc和輸出電流iabc計算得到：

te＝pe/ω＝(eaia+ebib+ecic)/ω(8)

式中：pe為同步發(fā)電機輸出的電磁功率。

但在本發(fā)明中利用虛擬電磁模型分析得到了te的另外一種表達形式，如式5所示。

機械轉矩：

tm＝pset/ω0(9)

式中：pset為光儲并網接口系統(tǒng)并網逆變器的有功指令，ω0為電網額定頻率。

由于j的存在，使得光儲并網接口系統(tǒng)在功率和頻率動態(tài)響應過程中有了類似同步發(fā)電機的慣性；而dp的存在，使得光儲并網接口系統(tǒng)也具有了類似同步發(fā)電機阻尼電網頻率振蕩的能力，提高了光儲并網接口系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

根據式(2)～(4)及同步發(fā)電機的轉子機械方程可以得出光儲并網接口系統(tǒng)的電磁機械模型.如圖2所示。

4、有功頻率調節(jié)

傳統(tǒng)同步發(fā)電機通過對機械轉矩的調節(jié)，來調節(jié)發(fā)電機的有功輸出，并且通過添加調頻器實現(xiàn)對電網頻率偏差的響應，一般取為比例環(huán)節(jié)，即機械功率偏差指令δt可表示為

δt＝-kf(f-f0)(10)

由式(7)可知td＝dp(ω-ω0)，通過dp，進而調節(jié)td能夠起到有功頻率的下垂控制特性，實際同步發(fā)電機dp是一個定量，但是此處dp是一個虛擬的量，因此本方案取消了額外的調頻器，通過調整dp的值，實現(xiàn)相同的功能。

完整的控制框圖如圖3。

圖4和圖5分別為本發(fā)明實施例中光儲并網接口系統(tǒng)相同j不同dp以及相同dp不同j系統(tǒng)離網啟動輸出有功功率波形，其響應具有類似同步發(fā)電機的慣性和阻尼特性，j模擬了同步發(fā)電機的轉動慣量，dp模擬了同步發(fā)電機的阻尼特性。

圖6為輸出電壓頻率波形，從圖中可以看出，系統(tǒng)啟動后能夠快速的到達314rad/s附近，，該控制方式能夠使系統(tǒng)根據所帶負載自適應的提供穩(wěn)定的頻率。

圖7以為系統(tǒng)輸出的a相電壓波形，電壓能夠快速的到達額定電壓，諧波較小。

本發(fā)明提供的一種光儲并網接口系統(tǒng)控制方法，能夠實現(xiàn)離網軟啟動功能，交直流混合柔性并網接口系統(tǒng)具備離網模式下，根據設定曲線平滑啟動，減小沖擊電流，減小對接入配電網的沖擊，實現(xiàn)有功功率控制功能，無功調節(jié)功能，模擬同步發(fā)電機的轉動慣量和阻尼特性，提高了光伏并網的穩(wěn)定性，方便了傳統(tǒng)同步發(fā)電機算法運用于光伏逆變器的控制中，提高了控制算法的兼容性，能夠更好地滿足光儲并網需求。

以上僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。