[发明专利]基于VSG和分散式微网结构的光伏用户电源管理方法

说明书

对于分散式孤岛微电网中的光伏发电家庭用户，存在不止一个电源，如何协调好各个电源之间的分工，并且互相之间高效配合，以有效提高家庭供电的稳定性和电能质量，是需要解决的技术难题。为了解决上述问题，本发明针对家庭式光伏发电用户，提出一种基于VSG和分散式微网结构的光伏用户电源管理方法，设计了一套家庭式多电源供给的拓扑结构和配套的控制方案，该方案合理调配每个家庭的电源出力，实现功能互补，有效提高基于分布式发电孤岛微电网的供电可靠性和供电质量，同时控制方案不需要集中控制或通信链路，这种无通信分散式的自主电力交换的优点是易于操作并且提高了微网的的灵活性和可扩展性，节省了成本。

技术领域

本发明属于新能源电力系统与微电网技术领域，具体涉及一种基于VSG和分散式微网结构的光伏用户电源管理方法。

背景技术

在微电网(micro-grid，MG)中，分布式发电是主要电源，为可再生能源的消纳提供了有效手段。近年来，由于逆变器的大规模集成引入微电网，导致系统惯性减小，这对未来的电能系统提出了重大挑战，增加了维持电网稳定性的难度。基于此，虚拟同步机技术(Virtual Synchronous Generator，VSG)应运而生。采用虚拟同步机技术的分布式电源具备与同步机组相同的运行机制，都能自主地参与电网的运行和管理。在实现一次调频和一次调压功能的同时能够在动态过程中为系统提供惯性、阻尼支撑。

对VSG本身的研究已基本成熟，现在研究目标已应转向有效利用VSG特征的组合方法的发展。对于基于光伏发电的家庭用户，可以引入VSG控制。而在传统的控制模式中，无惯性和VSG逆变器通常组合在位于上层的三级控制中。这种分级控制方法，其中最高层中的控制器监督较低层，也称为集中控制。在集中控制中，由于需要昂贵的通信链路，因此难以实现即插即用来扩展和减少家庭用户，并且相应的延迟可能导致电网不稳定问题。由于目前的集中控制方法复杂且受到通信挑战的影响，有学者研究了一种基于主从控制的新型分布式操作方法以及考虑电力传输和配电网络的分布式分层双层结构。然而，这些方法需要各种数学方法，例如分解求解算法，模糊场景降低技术等，并且参数不能容易地跟踪。最近，作为不涉及任何通信的分散式控制技术成为研究热点。

由于VSG在工作过程中需要储能装置为其提供能量支持。所以对于分散式孤岛微电网中的光伏发电家庭用户，存在不止一个电源，如何协调好各个电源之间的分工，并且互相之间高效配合，以有效提高家庭供电的稳定性和电能质量，是需要解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于VSG和分散式微网结构的光伏用户电源管理方法，其特征在于，所述控制方法针对由一组光伏用户家庭组成的孤岛微电网，使电力在微网内流动，基于虚拟同步发电机技术(VSG)，保证在各个家庭间无需通信的情况下，合理协调平衡光伏发电与家庭用电，以提高光伏供电稳定性和微网电能质量。

所述孤岛微电网中的光伏用户家庭由三部分组成：光伏电源、蓄电池储能装置、用电负载。其中光伏电源通过传统无惯性电流控制逆变器接入母线；蓄电池储能装置为VSG控制产生虚拟惯性力，通过VSG控制逆变器接入母线；光伏电源和蓄电池在功能上是互补的，蓄电池可以短暂补偿光伏电源的缓慢响应，进而提高供电质量，而光伏电源可以在需要的时候为蓄电池充电，保证其电量维持在正常水平。

所述电源管理方法为辅助控制，而VSG和传统电流控制作为主要控制；电源管理方法辅助控制只采集所在家庭的母线功率变化量，母线频率变化量以及蓄电池SoC三个参量，通过电源管理控制生成光伏电源和蓄电池的参考功率，并分别传送给光伏电源控制模块和蓄电池控制模块，电源管理辅助控制有两个主要原则：

1)微网内所有光伏电源互相协调配合，共同调节整个微网的功率波动；

2)每个光伏电源尽可能多的为本家庭负载供电，并且维持每个家庭内的蓄电池电量都在相同的水平。

所述电源管理辅助控制包括两部分：