[发明专利]基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统及方法

权利要求书

1.一种基于虚拟同步发电机控制策略的光伏-储能发电系统，其特征在于：包括光伏-储能发电系统、测量元件、三相负载和交流电网；所述光伏-储能发电系统包括光伏阵列、储能电池、DC/DC变换器、光伏逆变器和虚拟同步逆变器；所述光伏阵列与DC/DC变换器相连接，光伏阵列产生直流电流和电压，经过DC/DC变换器进行变换调压；所述DC/DC变换器与三相光伏逆变器相连接，用于将直流电变换成为交流电；所述储能电池与虚拟同步逆变器相连接，用于将储能电池输出的直流电经过虚拟同步逆变器变换成为交流电；所述光伏-储能联合发电系统与测量元件相连接，用于测得并网位置交流母线上的三相电压和三相电流u_abc、i_abc，以及有功功率P、无功功率Q和电角度θ₁，输出至虚拟同步发电机控制回路用于逆变器控制；所述光伏-储能联合发电系统出口交流母线与三相等效交流负载相连接并为其供电；该伏-储能联合发电系统还与公共交流大电网相连接，用于进行电压、电流及功率上的交互。

2.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、收集光伏和储能的容量和分布等信息，建立包括光伏和储能系统两部分的联合发电系统整体拓扑；

步骤2、针对储能逆变器的应用场景，构建虚拟同步发电机的数学模型；

步骤3、将步骤2的虚拟同步机控制策略应用到储能逆变器中，建立储能逆变器的虚拟同步机控制结构；

步骤4、借鉴较为成熟的光伏电池实用化数学模型，采用MPPT算法建立光伏发电系统的控制模型；

步骤5、建立基于虚拟同步发电机控制策略的光伏-储能发联合电系统。

3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2的虚拟同步发电机的数学模型包括定子电气方程和转子运动方程，该定子电气方程如下所示：

式中，u_abc为定子端电压；i_abc为定子端电流；R_s为定子电枢电阻；L_s为同步电抗对应的电感；e_abc是根据同步发电机定子与转子间的电气与磁链关系推导得到的感应电动势，如下所示：

式中，M_f为互感系数；i_f为励磁电流；θ为转子角度；

其中，转子运动方程如下所示：

式中，T_m和T_e分别是机械转矩和电磁转矩；ω和ω_ref分别为实际电角速度与额定电角速度；θ₁为电角度；D为阻尼系数；J为转子转动惯量。

4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟同步发电机控制的光伏-储能发电系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3的建立储能逆变器的虚拟同步机控制结构的方法是：根据定子电气方程，转子运动方程以及定转子之间的电气和磁链关系得到，包括虚拟调速器和虚拟励磁器；虚拟调速器模型即为转子运动方程；虚拟励磁器模型是基于电压-无功功率下垂控制的，如下式所示：

Q_ref-Q＝D_q(u_dref-u_d)

式中，Q_ref和Q分别是无功参考值和无功实际测量值；u_d和u_dref分别是逆变器出口三相测量电压经过Park变换得到的d轴分量及其参考值；D_q为下垂系数。