[发明专利]一种光储型虚拟同步机能量协调管理方法及其系统

说明书

本发明实施例公开了一种光储型虚拟同步机能量协调管理方法，包括：上层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的工作模式选择策略；下层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的功率输出控制策略；本发明还包括一种系统，通过分析VSG的功率输出需求、光伏电源出力情况和储能装置SOC状态，动态调整光伏、储能、VSG的输出特性，从而使光伏、储能、虚拟同步机都参与到功率平衡的过程中来，从而有效的改善了VSG对储能容量的依赖，对储能装置的SOC采用不对称控制，使储能的SOC能够维持在较高水平，使得VSG始终具有足够备用容量保证虚拟同步机的特性，优先保证虚拟同步机的惯性，使得光储型同步发电机不会因为储能容量不足而完全失去功能。

技术领域

本发明实施例涉及分布式光伏并网发电技术领域，具体涉及一种光储型虚拟同步机能量协调管理方法及其系统。

背景技术

为应对能源危机和环境压力，分布式发电技术受到越来越广泛的关注，光伏发电作为一种重要的新能源，在电网中得到了大力发展。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，分布式电源的并网使得电力系统更容易受到功率波动和系统故障的影响。随着分布式发电在系统中渗透率的增加，这一问题愈发不可忽视。

虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator，VSG)通过模拟同步发电机转子方程，使分布式发电系统在物理和数学上实现了与同步发电机的等效，具备平滑功率输出、调峰能力、调频等能力，成为一种电网友好型的分布式电源。学者们往往重视逆变器的控制策略和电源的虚拟特性研究，而将直流侧模拟为一类“电压恒定、容量无限”的动力源。但是，光伏电源输出功率具有间歇性和波动性，而虚拟同步机则需要根据电网的频率特性调整输出功率，因此光伏输出功率和虚拟同步机的输出功率必定会存在一定的有功功率差额，这就使得虚拟同步机的实际应用涉及到复杂的能量管理问题。

目前主要采用的解决方案，一种是改进光伏发电系统，使其以最大功率点的一定比例输出功率，通过备用发电容量的方式解决有功功率不平衡的问题，但该策略降低了光伏的利用率，提升了运行成本；另一种通过在发电单元的直流母线配置储能装置来弥补虚拟同步机的功率差额，实现虚拟同步机惯性和调频能力。但仅通过储能装置来协调功率的供需平衡问题，对储能装置容量的要求较高。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种光储型虚拟同步机能量协调管理方法及其系统，通过实现光伏电源、储能设备和逆变器的协调控制，以解决现有技术中VSG对储能容量依赖的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种光储型虚拟同步机能量协调管理方法，包括：

按照上层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的工作模式选择策略，进行工作模式选择；

按照下层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的功率输出控制策略，进行功率输出控制。

作为本发明的一种优选方案，所述选择策略通过分析光储型虚拟同步机的功率输出需求、光伏电源出力情况和储能装置状态，选择光储型虚拟同步机、光伏电源和储能装置的工作模式，动态调节光伏电源出力和光储型虚拟同步机的虚拟特性，实现光伏电源、储能和逆变器的功率平衡。

作为本发明的一种优选方案，所述选择策略的具体步骤为：

第一步，采集系统频率变化，计算光储型虚拟同步机的输出功率：

式中，ω_g为系统角速度，J为转子的虚拟惯量，D为阻尼系数，P_m为输入机械功率，P为光储型虚拟同步机的输出有功功率参考值，δ为输出功角，P_ref为输入参考功率，ω₀为参考角速度，K_ω为原动机的调差系数，E为电源电势，U_X为系统电压；