本發(fā)明涉及一種虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，尤其涉及一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元dc-dc換流器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，屬于供電控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著能源短缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等分布式發(fā)電技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。直流微電網(wǎng)因其內(nèi)部采用直流傳輸而表現(xiàn)出的一系列突出優(yōu)點(diǎn)，在直流微源以及直流負(fù)荷使用率與日俱增的形勢下有著廣闊的發(fā)展前景。但是基于大量電力電子變流器接口的直流微電網(wǎng)響應(yīng)速度非?？?，系統(tǒng)慣性程度低，當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)或電能供需不平衡時(shí)，容易引起直流母線電壓的急劇波動(dòng)，直接威脅到直流微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

直流母線電壓是衡量直流微電網(wǎng)內(nèi)功率平衡的唯一指標(biāo)。但以增強(qiáng)直流微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定性為控制目標(biāo)的虛擬慣性控制研究比較少。伍文華等人在中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(2)：360-371.“一種直流微網(wǎng)雙向并網(wǎng)變換器虛擬慣性控制策略”公開了一種直流微電網(wǎng)并網(wǎng)變流器的虛擬慣性控制方案，并通過穩(wěn)定性分析來選取合適的控制參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)提高直流微電網(wǎng)慣性的目標(biāo)，但是該方案在并網(wǎng)變流器控制中引入了直流母線電壓控制的擾動(dòng)量，并為彌補(bǔ)其初始階段的沖擊性影響需加入輸出電流前饋控制，增加了整體控制的復(fù)雜性。朱曉榮等人在中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(1)：49-58.“風(fēng)儲(chǔ)直流微網(wǎng)虛擬慣性控制技術(shù)”公開了一種風(fēng)儲(chǔ)直流微網(wǎng)的虛擬慣性控制方案，分別在大電網(wǎng)、蓄電池以及風(fēng)電機(jī)組直流側(cè)建立虛擬電容，可實(shí)現(xiàn)提高直流微電網(wǎng)慣性的目標(biāo)。

2007年德國勞斯克塔爾工業(yè)大學(xué)的beck教授率先提出虛擬同步機(jī)概念，通過模擬同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型，虛擬了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與阻尼特性。近年來，該方法在交流微電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，在這些研究中主要是利用了同步發(fā)電機(jī)的搖擺方程，使得分布式逆變電源表現(xiàn)出與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相似的特性，主要體現(xiàn)在與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相似的慣性和阻尼特性上，對(duì)交流微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著較好的促進(jìn)作用。

儲(chǔ)能元件通過雙向直流-直流換流器(dc-dcconverter)并入直流微電網(wǎng)中，可以快速響應(yīng)調(diào)壓要求，提高系統(tǒng)的備用容量，并且有效克服可再生能源波動(dòng)性、間歇性等缺點(diǎn)。因此，為了改善微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，一般會(huì)配置一定的儲(chǔ)能單元。但是現(xiàn)有dc-dc換流器采用的下垂控制方法缺少同步發(fā)電機(jī)固有的慣性和阻尼特性，無法給直流微電網(wǎng)提供慣性和阻尼支持，對(duì)直流電壓突變和有功功率波動(dòng)的抑制效果較差，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較低。因此，為了應(yīng)對(duì)分布式能源的大量接入對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生的影響與挑戰(zhàn)，研究一種應(yīng)用于直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元dc-dc換流器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，引入傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼外特性，對(duì)促進(jìn)直流微電網(wǎng)的快速健康發(fā)展具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元dc-dc換流器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元dc-dc換流器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，建立含儲(chǔ)能單元的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)：所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元，所述分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元分別通過相應(yīng)的電壓源型換流器(voltagesourceconverter,vsc)或dc-dc換流器與直流母線相連；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含的分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元均包括控制系統(tǒng)、測量元件和換流器；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含的分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的控制系統(tǒng)輸入端分別與相應(yīng)的測量元件輸出端相連，其輸出端與相應(yīng)的換流器輸入端相連；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中還包含各種直流測量元件以及交流測量元件，主要包括分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的直流母線側(cè)電壓傳感器和電流傳感器以及分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的分布式電源側(cè)、儲(chǔ)能元件側(cè)、交流電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)電壓傳感器和電流傳感器等；所述儲(chǔ)能單元包括儲(chǔ)能元件；包括以下步驟：

步驟1：信號(hào)測量：通過電壓傳感器和電流傳感器測量所述直流微電網(wǎng)中的直流母線電壓udc、儲(chǔ)能單元中dc-dc換流器的輸出電流idc、儲(chǔ)能元件的輸出電流ibat、儲(chǔ)能元件的端口電壓ubat；

步驟2：計(jì)算直流母線電壓參考值：將所述儲(chǔ)能單元虛擬成同步發(fā)電機(jī)，類比同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方程：

其中，iset為電流給定值，id為阻尼電流，cvir為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

利用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方程計(jì)算虛擬同步發(fā)電機(jī)控制下的直流母線電壓參考值udc^*：

式中，udcn為直流母線電壓的額定值，kdroop為下垂系數(shù)，kd為阻尼系數(shù)；

步驟3：雙閉環(huán)控制：采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)采用pi控制使蓄電池實(shí)測電壓跟蹤虛擬同步發(fā)電機(jī)控制下的直流母線電壓參考值udc^*，使其輸出電流為電流定值ibat^*，內(nèi)環(huán)采用pi控制使蓄電池實(shí)際電流跟蹤電流給定值ibat^*；

步驟4：計(jì)算占空比：根據(jù)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電壓平均方程，計(jì)算占空比d。

式中，l和r分別代表dc-dc換流器的濾波電感和等效電阻。

步驟5：pwm調(diào)制：根據(jù)占空比d，對(duì)dc-dc換流器的開關(guān)管進(jìn)行pwm調(diào)制控制。

采用上述技術(shù)方案所取得的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明采用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元調(diào)壓能力的同時(shí)，引入了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼外特性，對(duì)直流微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著良好的促進(jìn)作用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是虛擬同步發(fā)電機(jī)控制原理框圖；

圖4是本發(fā)明中儲(chǔ)能單元的dc-dc換流器控制原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

參考圖1-圖4，一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能單元dc-dc換流器的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法，建立含儲(chǔ)能單元的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)：所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元，所述分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元分別通過相應(yīng)的電壓源型換流器(voltagesourceconverter,vsc)或直流-直流換流器(dc-dcconverter)與直流母線相連；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含的分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元均包括控制系統(tǒng)、測量元件和換流器；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)包含的分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的控制系統(tǒng)輸入端分別與相應(yīng)的測量元件輸出端相連，其輸出端與相應(yīng)的換流器輸入端相連；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中還包含直流測量元件以及交流測量元件，直流測量元件包括分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的直流母線側(cè)電壓傳感器和電流傳感器以及分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、大電網(wǎng)單元和負(fù)荷單元的分布式電源側(cè)、儲(chǔ)能元件側(cè)、交流電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)電壓傳感器和電流傳感器；所述儲(chǔ)能單元包括儲(chǔ)能元件；

包括以下步驟：

步驟1：信號(hào)測量：通過電壓傳感器和電流傳感器測量所述直流微電網(wǎng)中的直流母線電壓udc、儲(chǔ)能單元中dc-dc換流器的輸出電流idc、儲(chǔ)能元件的輸出電流ibat、儲(chǔ)能元件的端口電壓ubat；

步驟2：計(jì)算直流母線電壓參考值：將所述儲(chǔ)能單元虛擬成同步發(fā)電機(jī)，類比同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方程：

其中，iset為電流給定值，因?yàn)閮?chǔ)能單元具備一定的調(diào)壓能力，在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)給系統(tǒng)提供一定的電壓支持，以提高微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，所以提出在虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法中由下垂控制來確定電流給定值。id為阻尼電流，引入了直流母線電壓實(shí)測值與參考值的偏差。cvir為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使母線電壓發(fā)生突變時(shí)，迅速調(diào)節(jié)有功輸出，表現(xiàn)出較大慣性。

利用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方程計(jì)算虛擬同步發(fā)電機(jī)控制下的直流母線電壓參考值udc^*，對(duì)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方程進(jìn)行拉普拉斯變換，可進(jìn)一步表示成：

式中，udcn為直流母線電壓的額定值，kdroop為下垂系數(shù)，kd為阻尼系數(shù)；

步驟3：雙閉環(huán)控制：采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)采用pi控制使蓄電池實(shí)測電壓跟蹤虛擬同步發(fā)電機(jī)控制下的直流母線電壓參考值udc^*，使其輸出電流為電流定值ibat^*，內(nèi)環(huán)采用pi控制使蓄電池實(shí)際電流跟蹤電流給定值ibat^*,以消除電流跟蹤的穩(wěn)態(tài)誤差；

步驟4：計(jì)算占空比：根據(jù)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電壓平均方程，計(jì)算占空比d。

式中，l和r分別代表dc-dc換流器的濾波電感和等效電阻。

步驟5：pwm調(diào)制：根據(jù)占空比d，對(duì)dc-dc換流器的開關(guān)管進(jìn)行pwm調(diào)制控制。