发明专利｜一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统-北极星储能网

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本次为大家带来的是一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统发明专利，该专利申请人为华北电力大学(保定)，发明人：朱晓荣、蔡杰。

摘要

本发明公开了一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，所述控制系统为充分发挥风电直流微网中旋转设备的潜在能量 ,将直流母线电压与永磁直驱风电机组的转速调节联系在一起，利用电力电子控制的快速性，在系统发生扰动时，快速调节PMSG的电磁功率，引起永磁同步电机转子转速的变化，释放或吸收转子中的能量，提高独立直流微网的惯性。本发明虚拟惯性控制策略不仅能够提高直流微电网的电压稳定性，还能改善蓄电池的充放电电流，保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。

1.一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，其特征在于，所述控制系统为充分发挥风电直流微网中旋转设备的潜在能量 , 将直流微电网的直流电压作为机侧变流器的输入量，根据直流电压误差信号改变最大功率跟踪曲线的比例系数，利用电力电子控制的快速性，在系统发生扰动时，快速调节 PMSG 的电磁功率，引起永磁同步电机转子转速的变化，释放或吸收转子中的能量，提高系统的惯性。

2.根据权利要求 1 所述的独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，其特征在于，在永磁直驱风电机组机侧变流器运行于最大功率跟踪区间内时，改变最大功率跟踪曲线斜率来释放或吸收系统的惯性。机侧变流器运行于最大功率跟踪区间内时，其功率参考指令可表示为式中，k'opt为修正后的 MPPT 曲线斜率 ;ω r为永磁直驱风机转速标幺值。

3.根据权利要求 1 所述的独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，其特征在于，控制策略的附加电压控制环中的高通滤波环节可避免风电机组在电网稳态时参与调节。新的功率跟踪曲线的比例系数可由下式计算得到：k'opt= k opt+kdc˙ΔVdc式中 kopt为修正前的 MPPT 曲线斜率 ;k dc为直流电压控制的比例系数 ;ΔV dc为电压的偏差量。

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体是一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统。

背景技术

在能源需求和环境保护双重压力下，国际上已将更多目光投向了既可提高传统能源利用效率又能充分利用各种可再生能源的分布式发电相关技术领域。微网技术是发挥分布式电源效能的有效方式，具有重要的经济意义和社会价值。传统对微电网的研究主要集中在交流微电网上，但是随着大量直流微源的出现，以及负荷侧对直流功率需求的提高，直流微电网逐渐得到了人们的重视。相对于交流微电网来说，直流微电网效率更高，传输能力更强，控制更加简单方便，而且还有效地避免了交流微电网中关于同步和无功调节的难点。

对于传统以蓄电池作为储能系统的直流微电网在独立运行时，系统惯性仅仅通过并联在直流母线侧的电容和蓄电池来提供。但是，蓄电池由于其物理特性的限制，响应时间及速度较慢，在系统受到扰动时不能瞬时提供必要的能量，此时，直流母线侧的电容成为唯一提供惯性的元件。考虑到直流母线侧电容的电容值很小，系统惯性的缺乏仍然是待解决的问题。系统惯性缺乏会产生以下几点问题：(1) 系统受到扰动时，母线电压瞬时较大地偏移额定值，使得保护动作，引起甩负荷，电源离网等故障 ;(2) 系统负荷突变或负荷电动机突然启动时，蓄电池充放电电流瞬间增大甚至超过蓄电池最大承受电流，导致蓄电池损坏，进一步影响系统稳定性 ;(3) 负荷小范围波动时，蓄电池在短时间之内进行充放电，增加了许多不必要的充放电次数，大大减少了蓄电池使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，所述控制系统为充分发挥风电直流微网中旋转设备的潜在能量 , 将直流微电网的直流电压作为机侧变流器的输入量，根据直流电压误差信号改变最大功率跟踪曲线的比例系数，利用电力电子控制的快速性，在系统发生扰动时，快速调节 PMSG 的电磁功率，引起永磁同步电机转子转速的变化，释放或吸收转子中的能量，提高系统的惯性。

4. 作为本发明进一步的方案：根据权利要求 1 所述的独立风储直流微电网的虚拟惯性控制系统，其特征在于，在永磁直驱风电机组机侧变流器运行于最大功率跟踪区间内时，改变最大功率跟踪曲线斜率来释放或吸收系统的惯性。机侧变流器运行于最大功率跟踪区间内时，其功率参考指令可表示为：

式中，k'opt为修正后的 MPPT 曲线斜率 ;ω r为永磁直驱风机转速标幺值。

作为本发明再进一步的方案：控制策略的附加电压控制环中的高通滤波环节可避免风电机组在电网稳态时参与调节。新的功率跟踪曲线的比例系数可由下式计算得到：

k'opt= k opt+kdc˙ΔVdc

式中 kopt为修正前的 MPPT 曲线斜率 ;k dc为直流电压控制的比例系数 ;ΔV dc为电压的偏差量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：虚拟惯性控制能够提高孤岛运行直流微网的稳定性，不仅能够提高系统的稳定性，还能改善蓄电池的充放电电流，保护蓄电池，起到超级电容器的作用，延长蓄电池的使用寿命。

附图说明

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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