[发明专利]基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法。该方法所研究的系统包含光伏组件、三相逆变器、储能电池以及双向DC/DC变流器。通过双向DC/DC变流器实现最大功率点跟踪算法，逆变器实现虚拟同步发电机控制，实现光伏组件、双向DC/DC变流器以及三相逆变器功能解耦，储能电池一方面通过双向DC/DC变流器进行功率平衡，以保证系统稳定可靠运行，一方面稳定直流侧母线电压，并且本发明中三相逆变器的最大功率输出经过较大时间常数的低通滤波滞后于光伏组件，对于协调控制的要求减弱，减小功率波动的影响。

技术领域

本发明属于分布式发电及电力电子技术领域，尤其是涉及一种基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法。

背景技术

随着环境恶化和能源危机的加重，新能源在经济发展和社会进步中发挥着越来越重要的作用。但是新能源大规模的接入电网，使传统同步发电机容量占比相对减少，同时电力系统由集中式发电转变为分布式发电，但是分布式发电系统缺乏传统同步发电机所具有的惯性和阻尼，不具备调频能力，电力系统更容易受到功率波动和系统故障的影响。

由此，虚拟同步发电机(Virtual synchronous generators，VSG)技术应运而生。通过模拟同步发电机运行机制和外特性，增加了系统的惯性，成为解决分布式发电系统高渗透率问题的有效方案之一。现有的关于光伏虚拟同步发电机的研究通常是针对传统光伏逆变器加以改造使其具有虚拟同步的功能，由于惯性和一次调频支撑需要额外的能量，因此以配备储能的方式实现，利用储能设备不仅可以参与电网调频，也可以平抑光伏的功率波动。

目前，对于光伏虚拟同步发电机技术，已有多篇学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

1、题为“应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析”，《中国电机工程学报》，2017年第2期444～453页的文章。该文设计了一种单极式共交流母线式光伏虚拟同步发电机的协调控制策略，移除了直流侧的储能单元和DC/DC变流器，储能单元通过独立的逆变器输出功率，该方法有利于电网和能量管理系统的调度控制，并且很好地抑制光伏功率波动，但是该方法针对的是共交流母线式的结构，其各单元控制相对独立，该方法并不适用于功能分配不明确的共直流母线的单极式光伏逆变系统的协调控制。

2、中国发明专利文献(公开号CN 108134402 A)于2018年6月8日公开的《一种应用于光伏电站的虚拟同步发电机系统及控制方法》，本发明提出了一种应用于光伏电站的虚拟同步发电机系统，逆变器完成最大功率点跟踪算法和虚拟同步发电机控制，储能部分承担三相逆变器功率与光伏电池板功率的差值，实现了功能上的解耦，但是本发明需要储能部分与逆变器部分之间有高速通讯网络，增加了系统的复杂程度，不利于协调控制。

3、中国发明专利文献(公开号CN 106549417 A)于2017年3月29日公开的《一种光伏#储能系统的虚拟同步发电机控制方法及装置》，本发明提出了一种单极式共直流母线的光伏发电系统，储能部分保持功率电流双环，将功率环给定从间接的差值给定改为直接给定，即通过虚拟同步算法获得调频功率，减弱了储能部分与逆变器之间的通讯连接，但是本发明并未考虑功率波动的影响。

综合以上文献，现有的基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法存在以下不足：

1、关于基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法研究甚少，并且已有的控制方法并未同时考虑协调控制与抑制功率波动，有必要对此协调控制策略进行深入研究；

2、现有基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机控制方法方面的研究，储能系统要补偿差额功率需要光伏组件、储能设备和逆变器之间的协调控制策略，且实现起来较为复杂。

发明内容