[发明专利]基于超级电容储能的光伏发电虚拟惯量补偿系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于超级电容储能的光伏发电虚拟惯量补偿系统，包括依次电连接的光伏阵列、升压电路以及并网逆变器；还包括用于储能的超级电容器组件、双向DC‑DC变换器及虚拟惯量控制模块；双向DC‑DC变换器，其一端与单向DC‑DC升压电路的输出端及并网逆变器的输入端电连接，其另一端与超级电容器组件电连接；双向DC‑DC变换器包括功率开关器件；虚拟惯量控制模块包括依次电连接的第一反相加法器、虚拟惯量换算器、第二反相加法器、第一PI控制器、第三反相加法器、第二PI控制器及PWM脉宽调制解调器；PWM脉宽调制解调器输出脉冲信号控制双向DC‑DC变换器的功率开关器件的通断。本发明可以避免频率噪声对系统稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及智能电网控制技术领域，具体涉及一种基于超级电容储能的光伏发电虚拟惯量补偿系统及方法。

背景技术

目前，随着传统化石能源的日益枯竭和环境污染的日益严重，新能源发电得到了越来越多的重视。与传统能源相比，光伏发电系统具有许多优点，因此在世界能源分配格局中具有广阔的发展和应用前景。为最大化利用光照资源，光伏发电系统通常采用最大功率追踪控制策略，无法响应电网频率变化，而且光伏发电系统通常以电力电子逆变器作为与大电网的接口装置，电力电子装置具有快速性，灵敏性的同时，但却缺乏传统同步电机的惯量和阻尼特性。因此，随着光伏渗透率的不断提高，电网的调节能力严重下降，电网频率的动态安全性不断降低。

对于惯量补偿环节的解决方案，目前主要的解决方案是采用虚拟同步机技术(VSG,Virtual Synchronous Generator)控制，其关键是是在有功环中加入一阶惯性环节从而可以使并网逆变器可以模拟传统同步电机的惯性特性。其能量来源主要是通过光伏减载、直流侧配置储能电池等实现的，其中光伏减载方案支撑能力有限，并且会导致光能无法最大化利用，降低光伏发电系统的经济利益；而直流侧配置的储能电池动态响应速度慢，无法快速的为系统提供惯量响应。同时虚拟同步机技术也容易受到系统频率噪声的影响，引起功率波动。

发明内容

本发明的目的是克服传统光伏发电系统惯量不足的缺点，提供一种基于超级电容储能的光伏发电虚拟惯量补偿系统及方法。本发明可在交流电网发生扰动时提供惯量响应，抑制频率的波动，从而能增强电网的调节能力，提高电网的稳定性。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于超级电容储能的光伏发电虚拟惯量补偿系统，包括依次电连接的光伏阵列、单向DC-DC升压电路以及并网逆变器，并网逆变器向电网输出交流电；还包括用于储能的超级电容器组件、双向DC-DC变换器及虚拟惯量控制模块；双向DC-DC变换器，其一侧端口与单向DC-DC升压电路的输出端及并网逆变器的输入端电连接，其另一侧端口与超级电容器组件电连接；双向DC-DC变换器包括功率开关器件；虚拟惯量控制模块包括依次电连接的第一反相加法器、虚拟惯量换算器、第二反相加法器、第一PI控制器、第三反相加法器、第二PI控制器及PWM脉宽调制解调器；其中，第一反相加法器的正负极输入端分别输入电网的实际频率及参考频率；虚拟惯量换算器输入电网实际频率与电网参考频率的差，输出超级电容组件参考电压；第二反相加法器的正负极输入端的其中一输入端与超级电容组件参考电压计算器的输出端电连接，另一输入端输入超级电容组件的实际电压；第三反相加法器的正负极输入端的其中一输入端与第一PI控制器的输出端电连接，另一输入端输入超级电容组件的实际电流；PWM脉宽调制解调器输出脉冲信号控制双向DC-DC变换器的功率开关器件的通断。

进一步地，虚拟惯量控制模块还包括：用于采集电网实际频率的电网频率采集单元，用于采集超级电容组件实际电压的超级电容组件电压采集单元，用于采集超级电容组件实际电流的超级电容组件电流采集单元。

进一步地，电网频率采集单元设有用于检测电网实时频率的锁相环。