[发明专利]含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法

说明书

本发明涉及直流微电网虚拟惯量控制技术领域，公开了一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法。首先，构建电压变化率和下垂曲线截距调整量的线性关系，实现虚拟惯量控制。其次，采用嵌套幂函数的双曲正切函数对虚拟惯量实现自适应调节，使线性关系满足实际灵活需求，实现在电压变化率较小时，缩短暂态响应时间，在电压变化率较大时，确保有较大的虚拟惯性支撑能力，并阻止变流器的输出超出限值。同时控制飞轮的转子转速迅速调整，及时为系统提供辅助功率，提升直流微电网的惯性支撑。最后，使用Matlab/Simulink构建光储直流微电网控制系统，在功率突变的情况下，引入附加虚拟惯性控制进行仿真，验证了所提控制方法的可行性和有效性。

技术领域

本发明涉及直流微电网虚拟惯量控制技术领域，具体为一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法。

背景技术

大规模光伏并网导致电网惯量降低的问题在一定程度上限制了光伏的发展，国内外学者利用储能快速充放电的能力为系统提供惯性支持。飞轮储能系统(FESS)凭借高功率密度、响应速度快、易于检测放电深度和使用寿命长等优势，被广泛应用。

目前，PI反馈控制方法在FESS放电过程普遍使用。戴兴建等人引入负载功率和电流前馈补偿值于电压闭环控制，以消除功率突变的影响；张翔采用前馈补偿方式对负载电流进行补偿，提高了系统的稳定性，但需要增设负载电流传感器；巩磊等人引入浸入不变流形算法，可有效抑制直流端负载波动，但需要对多个控制器的参数进行修正。以上这些控制仅是在原有PI基础上调节反馈量来抑制负载突变的影响，并未考虑利用FESS的潜在惯性支撑能力，且考虑因素较多，整体控制较为复杂。

为了激发潜在惯性，提出在储能系统中施加改进下垂控制，在下垂系数中引入电压微分量为系统提供惯性支撑。有研究提出动态虚拟惯量控制策略，引入反正切函数实现下垂系数自适应，但其对参数变化较为敏感，暂态响应持续时间过长。还有研究在上述控制策略基础上，导入双曲正切函数实现虚拟惯量控制自适应，相比反正切函数在电压变化率较大时有更好的收敛速度，但其对调整方向的判断以及调整量与虚拟电容的关系较为复杂。针对以上问题，本发明提出一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法。

发明内容

针对飞轮储能系统采用传统控制方法不能提升直流微电网的潜在惯性，且在系统发生功率突变时，母线电压的动态性能和稳定性较差的问题，本发明提出了一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法。该方法将下垂曲线截距调整量与电压的变化率相结合，并引入双曲正切函数和幂函数，实现自适应虚拟惯量控制，最后在功率突变的情况下，将附加改进下垂的虚拟惯量控制与未加虚拟惯性的传统控制进行仿真对比，验证了所提方法的有效性。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本发明提供了一种含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1，含飞轮储能的直流微电网虚拟惯量分析；

步骤2，构建电压变化率和下垂曲线截距调整量的线性关系，实现虚拟惯量控制；

步骤3，采用嵌套幂函数的双曲正切函数对虚拟惯量实现自适应调节，使线性关系满足实际灵活需求，实现在电压变化率较小时，缩短暂态响应时间；在电压变化率较大时，确保有较大的虚拟惯性支撑能力，并阻止变流器的输出超出限值；

步骤4，控制飞轮的转子转速迅速调整，及时为系统提供辅助功率，提升直流微电网的惯性支撑。

进一步，所述步骤1的具体过程为：

直流微电网的惯性时间常数为：

式中：W_ei表示为并联电容C_i储存的能量；S_Nci为C_i的容量基值；U为直流侧电压值；