[发明专利]一种光伏低电压穿越控制方法、系统、设备、介质及终端

权利要求书

1.一种光伏低电压穿越控制方法，其特征在于，所述光伏低电压穿越控制方法包括以下步骤：

步骤一，实时检测并网点电压U_PCC，对光储并网发电系统状态进行判别；

步骤二，由步骤一判断结果，根据系统所处状态将控制策略分为两个区间；

步骤三，由步骤一判断系统正常运行时，进行第一区间控制；

步骤四，由步骤一判断系统发生电压跌落故障后，分别进行光伏换流器和混合储能系统的第二区间控制；

步骤三中，所述由步骤一判断系统正常运行时进行第一区间控制，包括：

光伏电池板侧单向DC/DC控制系统工作在最大功率跟踪MPPT模式，最大化的利用光伏能量；由于光照及温度的波动，会使光伏电池在直流侧产生不平衡的功率波动，考虑此波动性，以5min为时间尺度，将此段时间内所产生的不平衡功率ΔP₀作为储能参考功率P_LH，通过经验模态分解EMD将储能参考功率分解为高频部分P_H和低频部分P_L，高频部分通过超导磁储能进行消纳，低频部分通过全钒液流电池储能进行消纳，再通过检测超导磁储能SMES与全钒液流电池储能VRB的初始荷电状态SOC₀，利用下垂控制得到SOC功率控制信号P_bat反馈给混合储能系统，实现混合储能系统SOC的均衡控制以及不平衡功率的消纳，保持系统稳定运行；

其中，所述通过经验模态分解EMD实现混合储能系统功率分配，包括：

(1)实时检测5min中内光伏电池阵列输出的有功功率最大值和最小值以全钒液流电池和超导磁储能组成的混合储能系统进行5min时间尺度的不平衡功率ΔP₀计算，如下式所示：

式中，为光伏发电系统的额定有功功率；

(2)将所求得的不平衡功率ΔP₀作为储能参考功率P_LH，即P_LH＝ΔP₀；

(3)采用经验模态分解EMD将储能参考功率进行分解，向光伏实时有功功率P_PV(t)中加入两组均值为0的正负白噪声P_z(t)和-P_z(t)；

式中，λ₁、λ₂为衰减系数，分别取1.5和2.5；f为震荡频率，取0.8；t为时间；

通过下式得到光伏有功功率的一阶本征模态函数IMF分量即：

式中，P_PV(t)为实时检测到的光伏电池阵列输出有功功率值；P_z(t)为光伏有功功率添加的白噪声，z＝1，2，3…，n，n为添加的白噪声对数；m_z为白噪声的幅值，取3～5dB；

将得到的IMF分量通过下式进行集成平均后，分别得到N个模态混叠量

式中，j为1～N的正整数，P_j(t)为添加的第j对白噪声，N为全部IMF的数量；

通过下式完成对模态混叠量高频和低频部分的划分：

式中，P_H为储能参考功率高频部分；P_L为储能参考功率低频部分；

其中，所述通过检测超导磁储能SMES与全钒液流电池储能VRB的初始荷电状态SOC_0-SMES、SOC_0-VRB，利用下垂控制得到SOC功率控制信号反馈给混合储能系统，使混合储能系统对其SOC的状态实现均衡合理控制，包括：

(1)根据SMES和VRB储能单元的初始荷电状态SOC₀，利用下垂控制计算其输出电压参考值

式中，U_dcref为直流母线电压的参考值；P_SMES为监测到的超导磁储能SMES实时输出有功功率，P_VRB为监测到的全钒液流电池储能VRB实时输出有功功率；R_d-SMES，R_d-VRB为混合储能模块的下垂系数；

(2)将求得的混合储能输出电压参考值与混合储能输出电流参考值相乘以得到反馈功率信号P_bat：

式中，为SEMS和VRB的输出电流参考值；m为整合系数，取5％；

(3)利用求得的反馈功率信号P_bat以及求得的储能参考功率P_H、P_L，计算得出最终的储能功率指令如下：

式中，P′_H为最终储能参考功率高频部分；P′_L为最终储能参考功率低频部分；

(4)混合储能控制系统工作在第一区间控制模式，采用功率外环控制，即利用功率指令对混合储能系统的充放电进行控制，将求得的P′_H、P′_L分别作为SMES和VRB功率前馈控制输入参考值，以平抑光伏电源输出有功功率波动；

其中，所述全钒液流电池储能VRB第一区间控制方法，包括：

VRB蓄电池组双向DC/DC以高功率因数为控制目标，工作于有功平抑状态，此时有功、无功控制环节选择上通道选通，有功电流参考值i_P由直流母线电压U_dc计算得到，无功电流参考值i_q＝0；

步骤四中，所述由步骤一判断系统发生电压跌落故障后，进行光伏换流器的第二区间控制，包括：

低电压穿越时，光伏换流器将不再工作于MPPT模式，而是求出直流母线电压参考值与实际直流母线电压测量值U_dc的差值ΔU_dc：

将ΔU_dc作为并网逆变器控制系统中比例积分控制器PI的输入，通过下式求得单向DC/DC的占空比α及光伏电池此时的输出有功功率参考值P_PV：

P_PV＝αP_PV(t)；

式中，i_PV为实时检测光伏电池输出的电流，P_PV(t)为光伏电池实时输出的有功功率；

通过控制单向DC/DC的占空比α使光伏电池按照P_PV输出有功功率，以维持直流母线电压的稳定；

所述由步骤一判断系统发生电压跌落故障后，进行混合储能系统的第二区间控制，包括：

混合储能系统根据电压跌落的深度不同采取超导磁储能系统SMES优先调节、全钒液流电池储能VRB后补调节的策略；在电压跌落深度小于40％时仅由SMES充放电维持功率稳定，VRB暂不投入运行，SMES进行无功功率调节；电压跌落深度大于40％时，VRB投入运行，则VRB进行有功功率调节，包括：

(1)发生电压跌落故障后，系统输入和输出之间产生一个不平衡功率ΔP₁：

通过经验模态分解EMD将不平衡功率ΔP₁分解为高、低频部分P_H1、P_L1；将求得的储能功率指令分配给混合储能系统进行功率的调节，P_H1、P_L1分别作为SMES和VRB功率前馈控制输入参考值；

(2)电压跌落深度小于40％时，仅由超导磁储能SMES侧的逆变器进行第二区间控制，由下式求得SMES储能输出的无功电流参考值i_SMES：

式中，P_H1为SMES功率前馈控制输入参考值；cosφ为SMES的功率因数，取0.5；

将i_SMES作为比例积分控制器PI的输入，再将PI控制器的输出信号经PWM控制器进行脉冲宽度调制，得到SMES储能需吸收或发出的无功功率Q_SMES：

式中，α为PWM调制比，X_ac为交流侧进线电感；

经过电流内环控制调节α使SMES按照Q_SMES最大程度吸收或发出无功功率；

(3)电压跌落深度大于40％时，在两种储能均投入运行，考虑到两种储能自身容量的约束，将步骤(1)中的高、低频功率指令进行储能充放电状态的实时跟踪，结合混合储能的总裕量及自身的最大充放电功率限制并且结合储能实时的SOC大小，对两种储能系统进行功率分配，通过混合储能系统充放电功率指令的动态更新，实现高质量的调度跟踪，包括：

1)通过下式求得混合储能实时的SOC大小，分别为SOC_SMES(t)和SOC_VRB(t)：

式中，分别为SEMS储能和VRB储能的额定容量；t为时间；k为常系数，取1～2之间；

2)将步骤(1)中经验模态分解EMD得到的高、低频参考功率P_H1、P_L1和混合储能的实时SOC大小经过下述公式进行综合优化得到SMES和VRB的调度功率参考指令如下式所示：

式中，P_SP(t)为系统调度功率，是上级电网运行部门给定的目标功率曲线；Δt为工作步长，取5min；T_V为滤波时间常数，取为26.02；

3)将所求得SMES和VRB的调度功率参考指令分别反馈到SMES和VRB逆变器控制信号输入值当中，实现对两种储能进行功率指令的动态更新，如下式所示：

式中，为SMES更新后的比例积分控制器输入值，为VRB更新后的比例积分控制器输入值；

SMES根据更新后的无功电流参考值进行步骤(2)中的无功功率控制；VRB则根据更新后的功率参考值进行如下有功功率控制：

将更新后的功率参考值作为VRB比例积分控制器PI的输入，经控制器调节后，运用下式计算出脉冲宽度调制器的输入量α_PWM：

经脉冲宽度调制器调节后，使VRB蓄电池按照P_VRB进行有功功率的充/放电控制：

式中，分别为VRB蓄电池的有功、无功电流参考值。