CN111682564B - 一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及***，所述方法包括：获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量，并利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；将频率同步控制信号和电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成分布式储能单元的输出电压参考信号；通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于输出电压参考信号对分布式储能单元的实际输出电压进行调整；基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对分布式储能单元的并网控制要求；若满足，对分布式储能单元进行并网操作。本发明实施例可减少并网过程中对电网或用户侧所造成的冲击和不利影响。

Description

一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及***
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及***。
背景技术
分布式储能技术的应用发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义。有功-频率/无功-电压的下垂控制是分布式储能对等控制模式下的研究热点，但是频率和电压作为下垂控制量会产生偏差，且孤岛运行模式下缺少大电网的支撑，在负荷的频繁变化下可能导致较大的电压、频率偏差。当分布式储能由孤岛运行模式切换到并网运行模式的过程中可能导致过电压、过电流等冲击，若这两种运行模式之间的切换不能尽可能的平滑，会对电网和用户侧造成冲击和不利影响。因此，研究分布式储能设备能够柔性接入电网的控制技术是实现分布式储能即插即用的基础，即对快速平滑并网的主动同步控制策略的研究尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及***，采用下垂控制进行孤岛运行模式向并网运行模式的平滑切换，减少分布式储能并网过程中对电网或者用户侧所造成的冲击和不利影响。
为了解决上述问题，本发明提出了一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，所述方法包括：
获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
在判断调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，对所述分布式储能单元进行并网操作。
可选的，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
可选的，其特征在于，所述利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号包括：
基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
可选的，所述将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算包括：
获取分布式储能第一电流矢量；
通过所述分布式储能第一电压矢量和所述分布式储能第一电流矢量计算所述分布式储能单元所输出的有功功率和无功功率；
基于所述下垂控制器对所述频率同步控制信号和所述有功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的频率信息；
基于所述下垂控制器对所述电压同步控制信号和所述无功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的幅值信息。
可选的，所述生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号包括：
对所述输出电压参考信号的频率信息进行积分运算，获取所述输出电压参考信号的相位信息；
将所述频率信息、所述相位信息和所述幅值信息合成所述分布式储能单元的输出电压参考信号。
可选的，所述基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整包括：
将所述输出电压参考信号输入所述电压电流双环控制器，基于空间矢量脉宽调制算法生成PWM控制信号；
利用所述PWM控制信号对所述分布式储能单元的逆变器进行控制，以对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整。
可选的，所述分布式储能准同期并网标准为：
Figure BDA0002527570010000031
其中，fi′为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压频率，θ′g为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压相位角，U′i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压幅值，f′g为当前电网电压的频率，θ′g为当前电网电压的相位角，U′g为当前电网电压的幅值。
可选的，在判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求之后，还包括：
在判断调整后的实际输出电压不能满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，返回获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量，开启新一轮的并网请求处理。
另外，本发明实施例提供了一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制***，所述***包括：
获取模块，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
提取模块，用于基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
合成模块，用于将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
调整模块，用于通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
判断模块，基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
控制模块，用于在判断调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，对所述分布式储能单元进行并网操作。
可选的，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
在本发明实施例中，通过直接获取分布式储能电压矢量和电网电压矢量进行分析，可大大降低对分布式储能单元通信速度的要求，改善现有工程中由于距离限制导致难以高速采集主电网电压和分布式储能电压的时域信号的困境，从而降低对分布式储能快速平滑并网控制工作的执行难度；采用下垂控制进行孤岛运行模式向并网运行模式的平滑切换，可减少分布式储能并网过程中对电网或者用户侧所造成的冲击和不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例公开的一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制***的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中的一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
在本发明实施例中，考虑到现有技术中采用高速通信方式采集主电网电压时域信号的距离限制条件，由分布式储能单元利用现有的低速通信方式直接采集所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行分析，以降低对通信速度的要求。其中，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
S102、基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
具体实施过程包括：
(1)基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量如下：
所述分布式储能第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570010000051
所述电网第二电压矢量的表达式为：
Figure BDA0002527570010000052
其中，Uiα为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570010000053
的α轴分量，Uiβ为所述分布式储能第二电压矢量
Figure BDA0002527570010000061
的β轴分量，Ugα为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570010000062
的α轴分量，Ugβ为所述电网第二电压矢量
Figure BDA0002527570010000063
的β轴分量。
(2)基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
a.所述频率误差信号的生成过程如下：
将所述分布式储能第一电压矢量与所述电网第一电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570010000064
将所述分布式储能第二电压矢量与所述电网第二电压矢量进行叉乘：
Figure BDA0002527570010000065
基于坐标转换后的不变性原理，得到：
Figure BDA0002527570010000066
计算所述频率误差信号Error(f,θ)为：
Figure BDA0002527570010000067
其中，
Figure BDA0002527570010000068
为所述分布式储能第一电压矢量，
Figure BDA0002527570010000069
为所述电网第一电压矢量，Ui为所述分布式储能电压幅值，Ug为所述电网电压幅值，fi为所述分布式储能电压频率，fg为所述电网电压频率，θi为所述分布式储能电压相位角，θg为所述电网电压相位角，t为时间，f为误差信号的频率，θ为误差信号的相位角。
b.计算所述电压误差信号Error(U)为：
Figure BDA00025275700100000610
其中，U为误差信号的幅值，
Figure BDA00025275700100000611
为所述电网第二电压矢量的幅值，
Figure BDA00025275700100000612
为所述分布式储能第二电压矢量的幅值。需要说明的是，上述的f、θ和U没有具体意义，仅为了区分所述频率误差信号和所述电压误差信号。
(3)利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号分别如下：
所述频率同步恢复信号(f,θ)syn为：
Figure BDA0002527570010000071
所述电压同步恢复信号Usyn为：
Figure BDA0002527570010000072
其中，kpf为所述PI控制器的频率比例系数，kif为所述PI控制器的频率积分系数，s为时间参数，起到延时效果，kpU为所述PI控制器的电压比例系数，kiU为所述PI控制器的电压积分系数。
S103、将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
具体实施过程为：由所述分布式储能单元利用现有的低速通信方式直接采集分布式储能第一电流矢量；根据已知的所述分布式储能第一电压矢量和所述分布式储能第一电流矢量之间的相位关系来求解出所述分布式储能单元的输出功率因素，并利用所述输出功率因素分别计算出所述分布式储能单元所输出的有功功率和无功功率；接着基于所述下垂控制器对所述频率同步控制信号和所述有功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的频率信息fi为：
fi＝f0+(f,θ)syn-mi(P0-Pi)
基于所述下垂控制器对所述电压同步控制信号和所述无功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的幅值信息Ui为：
Ui＝U0+Usyn-ni(Q0-Qi)
其中，f0为所述分布式储能单元的额定输出频率，P0为所述分布式储能单元的额定有功功率，Pi为所述分布式储能单元所输出的有功功率，mi为有功下垂控制系数，U0为所述分布式储能单元的额定输出电压，Q0为所述分布式储能单元的额定无功功率，Qi为所述分布式储能单元所输出的无功功率，ni为无功下垂控制系数；
然后对所述输出电压参考信号的频率信息进行积分运算，获取所述输出电压参考信号的相位信息；最后将所述频率信息、所述相位信息和所述幅值信息合成所述分布式储能单元的输出电压参考信号。
S104、通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
具体实施过程为：将所述输出电压参考信号输入所述电压电流双环控制器，基于空间矢量脉宽调制算法生成PWM控制信号；利用所述PWM控制信号对所述分布式储能单元的逆变器进行控制，以对所述分布式储能单元的实际输出电压进行实时调整，使得所述分布式储能单元的最终输出电压可快速有效地跟踪电网电压。
S105、基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
具体实施过程为：首先，本发明参照IEEE Std 1547-2003标准(即分布式电源接入电力***标准)，设定所述分布式储能准同期并网标准为：
Figure BDA0002527570010000081
其中，fi′为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压频率，θ′i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压相位角，U′i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压幅值，f′g为当前电网电压的频率，θ′g为当前电网电压的相位角，U′g为当前电网电压的幅值；
其次，在对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整之后，利用所述分布式储能单元通过低速通信的方式对所述当前电网电压进行采集；最后根据所述分布式储能准同期并网标准所提出的三个条件，将上述提及到的两个电压的时域信号分别代入进行判断；若调整后的实际输出电压可同时满足三个条件，则说明该调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求，继续执行步骤S106；若调整后的实际输出电压无法满足三个条件中的一个或多个，则说明该调整后的实际输出电压不能满足对所述分布式储能单元的并网控制要求，返回执行步骤S101，开启新一轮的并网请求处理。
S106、对所述分布式储能单元进行并网操作。
在本发明实施例中，为保证所述分布式储能单元完成并网后的稳定性和防干扰性，需要确保调整后的实际输出电压的输出持续时间超过10个基波周期后，再触发并网开关处于闭合状态，使得所述分布式储能单元由孤岛运行模式切换至并网运行模式。
图2是本发明实施例中的一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制***的结构组成示意图，所述***包括：
获取模块201，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量，其中，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
提取模块202，用于基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
合成模块203，用于将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
调整模块204，用于通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
判断模块205，基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
控制模块206，用于在判断调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，对所述分布式储能单元进行并网操作。
由于所述***被配置用于执行上述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，针对所述***中的各个模块的具体实施方式请参考上述的实施例，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过直接获取分布式储能电压矢量和电网电压矢量进行分析，可大大降低对分布式储能单元通信速度的要求，改善现有工程中由于距离限制导致难以高速采集主电网电压和分布式储能电压的时域信号的困境，从而降低对分布式储能快速平滑并网控制工作的执行难度；采用下垂控制进行孤岛运行模式向并网运行模式的平滑切换，可减少分布式储能并网过程中对电网或者用户侧所造成的冲击和不利影响。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法及***进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
在判断调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，对所述分布式储能单元进行并网操作。
2.根据权利要求1所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
3.根据权利要求2所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号包括：
基于两相静止αβ坐标系，对所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量进行坐标转换，分别获取分布式储能第二电压矢量和电网第二电压矢量；
基于所述分布式储能第一电压矢量、所述电网第一电压矢量、所述分布式储能第二电压矢量和所述电网第二电压矢量，生成频率误差信号和电压误差信号；
利用PI控制器对所述频率误差信号和所述电压误差信号分别进行调节，对应输出频率同步恢复信号和电压同步恢复信号。
4.根据权利要求1所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算包括：
获取分布式储能第一电流矢量；
通过所述分布式储能第一电压矢量和所述分布式储能第一电流矢量计算所述分布式储能单元所输出的有功功率和无功功率；
基于所述下垂控制器对所述频率同步控制信号和所述有功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的频率信息；
基于所述下垂控制器对所述电压同步控制信号和所述无功功率进行联合运算，获取所述输出电压参考信号的幅值信息。
5.根据权利要求4所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号包括：
对所述输出电压参考信号的频率信息进行积分运算，获取所述输出电压参考信号的相位信息；
将所述频率信息、所述相位信息和所述幅值信息合成所述分布式储能单元的输出电压参考信号。
6.根据权利要求1所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整包括：
将所述输出电压参考信号输入所述电压电流双环控制器，基于空间矢量脉宽调制算法生成PWM控制信号；
利用所述PWM控制信号对所述分布式储能单元的逆变器进行控制，以对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整。
7.根据权利要求1所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，所述分布式储能准同期并网标准为：
Figure FDA0003801761340000031
其中，f'i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压频率，θ'i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压相位角，U'i为调整后的所述分布式储能单元的实际输出电压幅值，f'g为当前电网电压的频率，θ'g为当前电网电压的相位角，U'g为当前电网电压的幅值。
8.根据权利要求7所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制方法，其特征在于，在判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求之后，还包括：
在判断调整后的实际输出电压不能满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，返回获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量，开启新一轮的并网请求处理。
9.一种分布式储能快速平滑并网的主动同步控制***，其特征在于，所述***包括：
获取模块，用于获取分布式储能第一电压矢量和电网第一电压矢量；
提取模块，用于基于所述分布式储能第一电压矢量和所述电网第一电压矢量，利用PI控制器生成分布式储能单元的频率同步控制信号和电压同步控制信号；
合成模块，用于将所述频率同步控制信号和所述电压同步控制信号输入下垂控制器进行计算，并生成所述分布式储能单元的输出电压参考信号；
调整模块，用于通过电压电流双环控制器和逆变器的配合控制，基于所述输出电压参考信号对所述分布式储能单元的实际输出电压进行调整；
判断模块，基于分布式储能准同期并网标准，判断调整后的实际输出电压是否满足对所述分布式储能单元的并网控制要求；
控制模块，用于在判断调整后的实际输出电压满足对所述分布式储能单元的并网控制要求后，对所述分布式储能单元进行并网操作。
10.根据权利要求9所述的分布式储能快速平滑并网的主动同步控制***，其特征在于，所述分布式储能第一电压矢量包括分布式储能电压幅值、分布式储能电压频率和分布式储能电压相位角，所述电网第一电压矢量包括电网电压幅值、电网电压频率和电网电压相位角。
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