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专利号: 2021109210255
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:包括光伏单元(1)、储能单元(2)、单向DC/DC变换器单元(3)、双向DC/DC变换器单元(4)、VSG电压型并网逆变器单元(5)、LCL滤波器单元(6)、有功‑频率控制单元(7)和电网单元(8);

所述光伏单元(1)的输出端电连接单向DC/DC变换器单元(3),单向DC/DC变换器单元(3)的输出端电连接VSG电压型并网逆变器单元(5),VSG电压型并网逆变器单元(5)的输出端电连接LCL滤波器单元(6),LCL滤波器单元(6)的输出端电连接电网单元(8),电网单元(8)的输出端与地电连接;

所述储能单元(2)的输出端电连接双向DC/DC变换器单元(3),双向DC/DC变换器单元(4)的输出端和输入端分别与VSG电压型并网逆变器单元(5)的输出端和输入端电连接;

所述VSG电压型并网逆变器单元(5)输入端还电连接PWM,PWM的输入端电连接有功‑频率控制单元(7);所述LCL滤波器单元(6)的输出端还与有功‑频率控制单元(7)输入端电连接;

所述光伏单元(1)通过单向DC/DC变换器单元(3)将电能传递给VSG电压型并网逆变器单元(5),VSG电压型并网逆变器单元(5)通过LCL 滤波器单元(6)进入电网单元(8);VSG电压型并网逆变器单元(5)将电力通过双向DC/DC变换器单元(4)进入储能单元(2);为了控制母线电压恒定和功率平衡,储能单元(2)通过双向DC/DC变换器单元(4)将电能传递至VSG电压型并网逆变器单元(5),并通过LCL 滤波器单元(6)与电网单元(8)连接;

所述VSG电压型并网逆变器单元(5)受到PWM控制改变工作模式,从而实现所述系统不同运行模式的控制。

2.根据权利要求1所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述VSG电压型并网逆变器单元(5)中的VSG电压型并网逆变器有四种工作模式:定功率VSG模式、跟踪光伏VSG模式、零功率VSG模式、单向VSG模式;所述定功率VSG模式和所述跟踪光伏VSG模式是VSG电压型并网逆变器的两种基本运行模式,所述零功率VSG模式和所述单向VSG模式是VSG电压型并网逆变器的两种衍生运行模式;基于储能单元(2)的初始电荷状态确定VSG电压型并网逆变器的两种基本运行模式,基于天气情况和整个系统的功率分配及功率上限情况确定VSG逆变器的两种衍生工作模式。

3.根据权利要求2所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:通过测量储能单元(2)的电荷状态得到储能容量,将当前的储能容量和配置储能容量做对比,若当前的储能容量大于配置储能容量,则VSG电压型并网逆变器工作在定功率VSG模式;若当前的储能容量小于配置储能容量,则VSG电压型并网逆变器工作在跟踪光伏VSG模式;通过观测天气数据和有无光照,并通过调度得到有功功率给定功率是否为0情况,如果为0则VSG电压型并网逆变器工作在零功率VSG逆变器工作模式;通过测量整个微电网中储能单元(2),光伏单元(1),VSG电压型并网逆变器单元(5),负荷单元,电网单元(8)的功率数据,当VSG电压型并网逆变器的运行点已达功率上限时,则光储系统只能响应电网负扰动引起的频率升高,产生抑制频率升高的虚拟惯量,不能响应电网正扰动引起的频率降低,此时VSG电压型并网逆变器工作在单向VSG模式。

4.根据权利要求3所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述储能单元(2)的电容容量值为220~150000μF,所述储能单元(2)的电容器为罐形螺旋端子电容器;为了保证储能单元(2)具备足够的电能负担,定功率VSG模式下储能配置容量很大,足以平衡光伏出力峰谷变化且可参与电网调峰,VSG电压型并网逆变器能够按给定功率输出,相当于可控电源,同时能够响应电网频率变化;跟踪光伏VSG模式下储能的配置容量较小,主要用来平抑光伏出力随机波动,则稳态运行下并网逆变器输出功率应跟踪经储能平抑后光伏出力值;同时,VSG电压型并网逆变器仍能够为电网提供惯量和阻尼,但由于储能容量小,系统无法提供一次调频能力;零功率VSG模式为光储系统在定功率VSG模式的参考功率为零或跟踪光伏VSG模式在夜间或阴雨天气光伏出力接近零的运行状态下提供虚拟惯量和阻尼的运行模式,能够提供虚拟惯量和阻尼,需要VSG电压型并网逆变器具备双向特性;单向VSG模式下当VSG电压型并网逆变器或储能变换器的运行点已达功率上限时,则光储系统只能响应电网负扰动引起的频率升高,产生抑制频率升高的虚拟惯量,且不能响应电网正扰动引起的频率降低。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述储能单元(2)采用电压外环电流内环的典型PI控制方式,光伏单元(1)中光伏容量为250kW,所述储能单元(2)功率为250kW, VSG电压型并网逆变器单元(5)功率为500kW,电网容量(8)为光伏单元(1)容量的二十倍。

6.根据权利要求1~4任一项所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述光伏单元(1)的材料为单晶体硅。

7.根据权利要求1~4任一项所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述双向DC/DC变换器单元(4)的额定输入电压为0~DC300V,额定输出电压为0~DC600V。

8.根据权利要求7所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述双向DC/DC变换器单元(4)包括有电压采样单元和电流采样单元;所述电压采样单元一路为输入电压,另一路为输出电压,精确度为5%,响应时间小于40μs,频率为200Hz;所述电流采样单元,一路为输入电流,另一路为输出电流,精确度为5%,响应时间小于1μs,频率为

100Hz。

9.根据权利要求8所述的一种光储虚拟同步机多模式运行控制系统,其特征在于:所述电压采样单元和所述电流采样单元均采用霍尔电流传感器。