光伏储能微网系统的控制方法与流程

本发明涉及储能设备，更具体地说，本发明涉及一种光伏储能微网系统的控制方法。

背景技术：

1、在当今新能源大量介入电网的背景下，储能系统需要快速响应双向功率指令，实现能量流与信息流双向流动，补偿系统中的不平衡功率，将电力生产和消费在时间上进行解耦，显著提升系统的运行能力。微电网作为一种高度灵活的电网拓扑结构，能有机整合区域内负荷与分布式可再生能源，实现区域内能量平衡与清洁能源高效利用，缓解主网调度压力，尤其是针对光伏储能系统储能基于天气的多变性，合理规划微电网的能量管理对电力系统电量平衡帮助极大，在知网公开的论文《陈泽西.基于新能源发电功率预测的储能系统优化配置研究[d].华北电力大学(北京),2022.》中，在光伏发电模拟计算场景下，引入集成学习算法原理，在风光功率预测模型中集成了生成对抗网络、支持向量机和线性回归模型，建立了一种自适应长短期记忆网络功率预测模型，而在此基础上采用交直流拓扑结构研究了风光储联系统的功率波动特性，对风光互补下的储能系统进行了优化配置，构建综合能源系统中电/热混合储能的双层优化配置策略，证明了在同时考虑不同装机类型、采样间隔、电站数量多种工况因素对储能配置的影响，证明了风光发电的相关系数、功率波动率均与储能配置呈正相关性，在电源数量增加时，风光发电的相关系数减小、互补性能增大，储能配置容量能适当降低，但是并未对分布式光伏储能系统中的控制进行改进，造成分布式光伏储能系统的动态功率和电流缺乏足够的调度自由度，无法满足光伏分布式储能与其他分布式储能多样化运行状态及时间尺度的响应特性带来的差异化调控需求，无法提高多类型分布式储能的利用率。

2、为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种光伏储能微网系统的控制方法，通过分布式电流控制器和分布式电压控制器对分布式光伏储能系统中的控制进行改进，提高分布式光伏储能系统的动态功率和电流的调度自由度，满足了光伏分布式储能与其他分布式储能多样化运行状态及时间尺度的响应特性带来的差异化调控需求，提高了多类型分布式储能的利用率，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种光伏储能微网系统的控制方法，包括如下步骤：

4、步骤s1，分布式储能单元一次分散控制：在下垂控制器中设置虚拟电阻和虚拟电容，分别响应多种动态特征储能设备电源的低频段和高频段；

5、步骤s2，分布式储能单元和微网二次协同控制：采用无向图对各个分布式储能系统进行通信网络建模，由无向路径和节点构造连通图，获取无向图对应的邻接矩阵、入度矩阵以及拉普拉斯矩阵，获取在通信延迟影响下的本地测量的信息和来自邻接节点的信息，计算出电压补偿和电流补偿的分配比例，利用并联的分布式电压控制器和分布式电流控制器分别对分布式储能的输出电压和电流进行二次调控；

6、步骤s3，在储能功率平衡约束和发电输出功率约束前提下，基于发电增量成本和储能soc偏移成本最小原则，获取优化功率控制指令调控发电机功率，分布式频率控制器对下垂控制器的功率指令补偿值的公式为：

7、pb*＝δp+(ωref-ω)/rp

8、式中：pb*为分布式频率控制器对下垂控制器的功率指令补偿值，δ为分布式频率控制器输出的对功率参考值的补偿修正项，ωref为光伏储能系统的额定输出频率，ω为光伏储能中心频率，rp为分布式频率控制器的下垂系数；

9、其中，分布式频率控制器输出的补偿修正值为对应的储能单元的能量容量、当前的荷电状态以及功率状态变量关于输出功率的分段函数，分布式频率控制器的公式为：

10、

11、式中：eb为光伏储能单元的能量容量，soc为当前的荷电状态，为光伏储能单元的剩余能量与额定能量容量的比值，xbp为每一个节点与邻接节点相互交换的功率状态变量。

12、进一步地，在步骤s1中，利用虚拟电阻和虚拟电容并联，分别响应多种动态特征储能设备电源的低频段和高频段，响应的储能设备包括光伏储能设备和飞轮储能设备，在步骤s1响应策略下的光伏储能单元电压－电流特性为：

13、vo＝vref-kz*io

14、式中：vo为光伏储能设备和飞轮储能设备的总输出电压，vref为光伏储能设备和飞轮储能设备的总额定输出电压，kz为基于步骤s1调控策略下的总等效阻容，io为光伏储能设备和飞轮储能设备的总输出电流。

15、进一步地，在步骤s1中，虚拟电容和虚拟电阻的响应策略为：发电机响应低频段的负荷电流波动，光伏储能设备响应中频段的负荷电流波动，飞轮储能设备响应较高频段的负荷电流波动，超级电容器响应高频段的负荷电流波动，其中低频段为低于发电机响应功率的上限频率的频段，中频段为发电机相应功率的上限频率与光伏储能设备上限频率之间的频段，较高频段为飞轮储能设备响应功率下限频率与飞轮响应功率上限频率之间的频段，高频段为高于飞轮储能设备响应功率上限频率的频段，其中，发电机响应功率的上限频率等于光伏储能设备响应功率的下限频率，光伏储能设备响应功率的上限频率等于飞轮储能设备响应功率的下限频率。

16、进一步地，在步骤s1中，采用双向dc/dc变换器进行储能变流器的拓扑调控，采用双环控制结构，借由pi控制器对响应误差量进行处理，根据电压环的开环传递函数伯德图，获取pi控制器传递函数转折频率与电压开环传递函数截止频率的比值为0.1。

17、进一步地，在步骤s2中，通信延迟影响的通信时延裕度为380ms，电压的权重系数调整范围为[15,20]。

18、进一步地，在步骤s2中，步骤s2的具体流程包括：

19、步骤a1，无向图建模：对光伏储能微网系统中的各个分布式储能单元进行通信网络建模，采用无向图表示，在无向图中，每个分布式储能单元对应一个节点，节点之间的连接表示它们之间存在通信连接，通过无向路径和节点构造连通图，所有节点之间都是连通的；

20、步骤a2，获取邻接矩阵和入度矩阵由无向图构造得到的连通图用邻接矩阵来表示，邻接矩阵中的元素aij为1，表示节点i和节点j之间有连接，aij为0，表示节点i和节点j之间无连接，同时，计算得到入度矩阵d，其对角线元素dii表示节点i的度，即与节点i相连的边的数量；

21、步骤a3，计算拉普拉斯矩阵：拉普拉斯矩阵l是一个n×n的对称矩阵，n为节点数量，拉普拉斯矩阵的计算公式为l＝d-a，其中d为入度矩阵，a为邻接矩阵，用于刻画了无向图的结构信息和拓扑特性；

22、步骤a4，通信与信息交换：各个分布式储能单元通过通信网络，与其邻接节点交换信息，这些信息包括本地测量的数据，以及来自邻接节点的数据，这些信息用于协同控制和优化策略；

23、步骤a5，分布式电压和电流控制器：根据通信得到的信息，每个分布式储能单元内部有并联的分布式电压控制器和分布式电流控制器，这些控制器用于对分布式储能的输出电压和电流进行二次调控，分布式电压控制器用于控制储能单元的输出电压，而分布式电流控制器用于控制储能单元的输出电流；

24、步骤a6，计算电压和电流的补偿比例：分布式电压和电流控制器用于计算补偿比例，进行二次调控，补偿比例的计算基于来自通信网络的本地测量信息和来自邻接节点的信息，这些比例用于调节分布式储能单元的输出电压和电流，以实现系统稳定运行和负载平衡。

25、进一步地，在步骤s3中，具体的指令计算步骤为：

26、步骤b1，计算储能功率平衡和发电输出功率约束：计算光伏储能微网系统中的储能功率和发电输出功率，确保系统的功率平衡，同时满足输出功率的要求；

27、步骤b2，确定发电增量成本和储能soc偏移成本：发电增量成本为单位发电功率增量的成本，储能soc偏移成本为单位soc偏移的成本，即储能单元的荷电状态与额定能领啊容量的差异带来的成本；

28、步骤b3，基于成本最小原则计算优化功率控制指令：使用发电增量成本和储能soc便宜成本作为优化目标，基于遗传算法计算发电功率的优化控制指令；

29、步骤b4，分布式频率控制器输出对下垂控制器的功率指令补偿值：通过分布式频率控制器的输出，为下垂控制器提供功率指令的补偿值，进一步调节发电机的输出功率；

30、步骤b5，更新发电机功率：根据优化控制质量和分布式频率控制器提出的补偿值，更新发电机的输出功率，实现分布式储能单元功率的优化调控。

31、本发明一种光伏储能微网系统的控制方法的技术效果和优点：

32、本发明通过分布式电流控制器和分布式电压控制器对分布式光伏储能系统中的控制进行改进，提高分布式光伏储能系统的动态功率和电流的调度自由度，满足了光伏分布式储能与其他分布式储能多样化运行状态及时间尺度的响应特性带来的差异化调控需求，提高了多类型分布式储能的利用率；

33、本发明基于电阻和电容并联的分频段响应策略，能够适应光伏储能微网中发电机、光伏储能设备以及飞轮储能设备的多样功率响应特性，实现了光伏储能微网系统的多样化响应补偿与控制。