什么是光储型虚拟同步机？

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丛聪

2021-11-4 09:35:32

　　本实用新型实施例公开了一种光储型虚拟同步机，包括逆变器、光伏列、储能装置、本地负荷、开关和电网，所述光伏阵列通过第一DC/DC转换器连接在所述逆变器的直流母线上，所述储能装置通过第二DC/DC转换器连接在所述逆变器的直流母线上，所述光伏阵和所述储能装置并联，所述逆变器通过所述开关接入所述电网，在所述逆变器的输出端并联有所述本地负荷；本实用新型通过分析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，从而使虚拟同步机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。一种光储型虚拟同步机技术领域
　　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（Virtualsynchronousgenerator，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。为此，本实用新型实施例提供一种光储型虚拟同步机，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，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：一种光储型虚拟同步机，包括逆变器、光伏阵列、储能装置、本地负荷、开关和电网，所述光伏阵列通过第一DC/DC转换器连接在所述逆变器的直流母线上，所述储能装置通过第二DC/DC转换器连接在所述逆变器的直流母线上，所述光伏阵和所述储能装置并联，所述逆变器通过所述开关接入所述电网，在所述逆变器的输出端并联有所述本地负荷。作为本实用新型的一种优选方案，所述第一DC/DC转换器采用Boost电路，用于实现最大功率跟踪控制或定功率控制。作为本实用新型的一种优选方案，所述第二DC/DC转换器采用双向控制的Buck/Boost电路，用于实现所述直流母线的恒压控制，通过充放电平衡光伏发电与逆变器输出功率之间的差额，维持直流母线的电压。作为本实用新型的一种优选方案，所述逆变器采用VSG控制模拟同步发电机的机械特性和电磁特性。实用新型的实施方式具有如下优点：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，从而使虚拟同步机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。附图说明为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
　　

　　图1为本实用新型光储型虚拟同步机的结构图；
　　

　　图2为本实用新型上层策略的框架图；
　　

　　图3为本实用新型储能装置的SOC分区图；
　　

　　图4为本实用新型逆变器的控制框架图；
　　

　　图5为本实用新型光伏模块的控制框架图；
　　

　　图6为本实用新型储能装置的控制框架图；
　　

　　图7为本实用新型虚拟同步机的输出功率；
　　

　　图8为本实用新型光伏模块的输出功率；
　　

　　其中，所述第一DC/DC转换器采用Boost电路，用于实现最大功率跟踪控制或定功率控制，所述第二DC/DC转换器采用双向控制的Buck/Boost电路，用于实现所述直流母线的恒压控制，通过充放电平衡光伏发电与逆变器输出功率之间的差额，维持直流母线的电压，所述逆变器采用VSG控制模拟同步发电机的机械特性和电磁特性。基于上述光储型虚拟同步机，本实施方式还提供了一种光储型虚拟同步机能量协调管理系统，包括：选择策略模块，用于对上层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的工作模式进行选择；控制策略模块，用于对下层的光伏电源、储能装置、光储型虚拟同步机的功率输出进行控制；所述光伏电源、储能装置通过光储型虚拟同步机连接有外部电网，且所述光储型虚拟同步机通过选择策略模块和控制策略模块对光伏电源、储能装置进行协调。本实用新型的实施例如图1至图9所示。在该光储分布式发电系统的直流侧，光伏阵列和储能装置分别通过DC/DC变流器并联在直流母线上；直流电流经过采用虚拟同步策略控制的逆变器转换成交流电后，再经过滤波电路输出到本地负荷和电网；逆变器输出侧与电网之间通过一个并网开关连接。光伏模块所连的DC/DC变换器采用Boost电路，用于实现最大功率跟踪控制或定功率控制；连接储能的双向DC/DC电路，用于实现恒压控制，通过充放电平衡光伏发电与逆变器输出功率之间的差额，维持直流母线的电压。逆变器采用VSG控制模拟同步发电机的机械特性和电磁特性，就可以使其具有同步机的调频能力和惯性。本实用新型主要考虑虚拟同步机的有功功率控制，故这里省略同步机的励磁特性模拟。同步发电机的惯性由其机械特性决定，由其转子运动方程体现。

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