技术领域
[0001] 本
发明涉及一种光储联合并网系统及其控制方法，可实现光储联合系统工作在并网工况下，模拟同步发
电机一次调频功能。
背景技术
[0002] 近年来，随着新
能源发电技术的不断发展，基于电
力电子接口的分布式电源在电力系统的渗透率不断提升。在传统光伏并网逆变器的控制策略中，光伏逆变器正常工作时总是根据最大功率
算法(MPPT)向
电网输送从
太阳能电池板所获得的最大功率，当电网
频率发生扰动时，由于
太阳能电池板出力的限制，传统光伏逆变器无法响应电网频率的变化，参与电网的一次调频。
[0003] 其次，
光伏发电系统缺乏惯量，不具备短时过载能力，与此同时传统集中式一次能源逐渐减少，这导致电网的
转动惯量逐渐减小，频率
波动变大，尤其是以光伏发电为主的供电系统，其能源的间歇性和不可调度更加剧了电网的频率波动，使得系统的频率
稳定性问题日趋严峻，在电网故障情况下将不能提供短时功率甚至脱机，导致电力系统难以获得足够的时间以恢复电网，进而导致电网稳定性急剧下降。
[0004] 因此，利用储能装置和传统光伏逆变器组建成光储联合并网系统，并通过采用合适的控制方案实现光储联合并网系统像传统
发电机组一样参与电网调频过程，就可以降低单纯
光伏发电系统对电网的不利影响，特别是电网发生频率异常事件时，能有效地为电网提供必要的有功
支撑和惯量阻尼，将极大提高了新能源并网系统的并网适应性。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是克服
现有技术的
缺陷，提供一种光储联合并网系统及其控制方法，可实现光储联合系统工作在并网工况下，模拟
同步发电机一次调频功能，当电网频率发生变化时，所发明的光储联合并网系统实时向电网输送或吸收有功功率，向电网提供有功功率支撑以参与电网一次调频，为改善新能源并网装置的并网适应性提供重要的技术
基础。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：
[0007] 一种光储联合并网系统，包括光伏阵列、三相逆变器主
电路、滤波电路、电网、储能电池和双向DC/DC变换器，所述光伏阵列、三相逆变器主电路、滤波电路、电网依次相连，所述双向DC/DC变换器连接在储能电池与三相逆变器主电路之间，其特征在于，还包括：
[0008] 直流
电流采集模
块，用于采集光伏阵列输出的电流；
[0009] 直流
电压采集模块，用于采集三相逆变器主电路的输入电压；
[0010] 交流电流采集模块，用于采集三相逆变器主电路输出的电感电流；
[0011] 交流电压采集模块，用于采集三相逆变器主电路输出的逆变器电压；
[0012] MPPT计算模块，根据直流电流采集模块输出的电流、直流电压采集模块输出的电压，计算逆变器直流电压参考值；
[0013] 直流电压/交流电流双环控
制模块，根据交流电流采集模块采集到的电感电流、交流电压采集模块采集到的逆变器电压和逆变器直流电压参考值，计算交流电流参考
信号和逆变器三相调制信号；
[0014] 桥臂电压调制波生成模块，根据逆变器三相调制信号和载波信号生成逆变器功率管
控制信号；
[0015] 电池电流采集模块，用于采集储能电池输出的电池电流；
[0016] 电池电压采集模块，用于采集储能电池输出的电池电压；
[0017] 电池直流电流计算模块，根据电池电流采集模块输出的电池电流、电池电压采集模块输出的电池电压、交流电压采集模块采集到的逆变器电压和储能电池SOC信号计算储能电池直流给定值；
[0018] 电池电流闭环
控制模块，根据储能电池直流给定值计算双向DC/DC变换器调制信号；
[0019] DC/DC变换器调制波生成模块，根据双向DC/DC变换器调制信号和双向DC/DC变换器载波信号生成双向DC/DC变换器功率管控制信号。
[0020] 基于前述的光储联合并网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021] A，当电网频率正常时，采用三相逆变器控制策略，具体步骤如下：
[0022] A1，将直流电流采集模块输出的电流、直流电压采集模块输出的电压，送入MPPT计算模块，计算逆变器直流电压参考值Udcref；
[0023] A2，将交流电流采集模块采集到的电感电流iABC、交流电压采集模块采集到的逆变器电压uoABC和逆变器直流电压参考值Udcref，送入直流电压/交流电流双环控制模块，直流电压/交流电流双环控制模块计算后输出逆变器三相调制信号vmABC；
[0024] A3，将逆变器三相调制信号vmABC和载波信号vc，送入桥臂电压调制波生成模块，生成逆变器功率管控制信号d1；
[0025] B，电网频率出现异常时，双向DC/DC变换器参与一次调频，当实际电网频率低于电网额定频率fn，且储能电池
荷电状态soc＞socmin时，其中socmin为储能电池荷电系数最小值，双向DC/DC变换器根据储能电池直流给定值Idcref进行闭环控制，向电网提供有功功率支撑；当实际电网频率高于电网额定频率fn时，若此时储能
电池荷电状态soc＜socmax，其中socmax为储能电池荷电系数最大值，三相逆变器保持工作在MPPT最大功率
跟踪模式，双向DC/DC变换器将吸收光伏阵列输出的有功功率，以限制光储联合并网系统输送到电网的有功功率；若此时储能电池荷电状态soc＝socmax，直接对三相逆变器采取限功率措施，使其运行于限功率模式，具体步骤如下：
[0026] B1，将电池电流采集模块输出的电池电流、电池电压采集模块输出的电池电压、交流电压采集模块采集到的逆变器电压uoABC和储能电池SOC信号，送入电池直流电流计算模块，计算储能电池直流给定值Idcref；
[0027] B2，将储能电池直流给定值Idcref，送入电池电流闭环控制模块，计算双向DC/DC变换器调制信号vmdc；
[0028] B3，将双向DC/DC变换器调制信号vmdc和双向DC/DC变换器载波信号vcdc，送入DC/DC变换器调制波生成模块，生成双向DC/DC变换器功率管控制信号d2。
[0029] 前述的光储联合并网系统的控制方法，其特征在于：所述步骤B1中电池直流电流计算模块计算储能电池直流给定值Idcref时，通过如下公式计算：
[0030]
[0031] 其中，k＝fn-fgmin，fg为利用所测量的逆变器电压uoABC所获得的实际电网频率，fgmin为设定电网频率下限，fn为电网额定频率， 为电网频率变化率，Pmax为双向DC/DC变换器输出最大功率，Vdc为储能电池电压，J为虚拟转动惯量。
[0032] 前述的光储联合并网系统的控制方法，其特征在于：所述步骤A2中将交流电流采集模块采集到的电感电流iABC、交流电压采集模块采集到的逆变器电压uoABC和逆变器直流电压参考值Udcref，送入直流电压/交流电流双环控制模块，计算逆变器三相调制信号vmABC，通过如下公式计算：
[0033]
[0034]
[0035] 其中，Idref为交流电流d轴电流参考信号，kp为电流环调节器比例系数，ki电流环调节器积分系数，Udc为逆变器直流
母线反馈电压，irefABC为交流电流参考信号。
[0036] 本发明具有以下的有益效果：
[0037] 本发明的光储联合并网系统及其控制方法，可以使光储联合并网系统像传统发电机组一样参与电网调频过程，在电网频率正常时，采用三相逆变器控制策略，双向DC/DC变换器不参与调频，电网频率出现异常时，双向DC/DC变换器参与调频，向电网输送或吸收功率，降低了单纯光伏发电系统对电网的不利影响，极大地提高了新能源并网系统的并网适应性。
附图说明
[0040] 图3是在电网电压频率突变时，双向DC/DC变换器参与一次调频时逆变器
三相电流仿真波形。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下
实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0042] 一种光储联合并网系统，如图1所示，包括光伏阵列、三相逆变器主电路、滤波电路、电网、储能电池和双向DC/DC变换器，光伏阵列、三相逆变器主电路、滤波电路、电网依次相连，所述双向DC/DC变换器连接在储能电池与三相逆变器主电路之间，还包括：直流电流采集模块2、直流电压采集模块3、交流电流采集模块4、交流电压采集模块5、MPPT计算模块6、直流电压/交流电流双环控制模块7、桥臂电压调制波生成模块8、电池电流采集模块9、电池电压采集模块10、电池直流电流计算模块11、电池电流闭环控制模块12、DC/DC变换器调制波生成模块13。
[0043] 直流电流采集模块2，用于采集光伏阵列输出的电流；
[0044] 直流电压采集模块3，用于采集三相逆变器主电路的输入电压；
[0045] 交流电流采集模块4，用于采集三相逆变器主电路输出的电感电流；
[0046] 交流电压采集模块5，用于采集三相逆变器主电路输出的逆变器电压；
[0047] MPPT计算模块6，根据直流电流采集模块2输出的电流、直流电压采集模块3输出的电压，计算逆变器直流电压参考值；
[0048] 直流电压/交流电流双环控制模块7，根据交流电流采集模块4采集到的电感电流、交流电压采集模块5采集到的逆变器电压和逆变器直流电压参考值，计算交流电流电流参考信号和逆变器三相调制信号；
[0049] 桥臂电压调制波生成模块8，根据逆变器三相调制信号和载波信号生成逆变器功率管控制信号；
[0050] 电池电流采集模块9，用于采集储能电池输出的电池电流；
[0051] 电池电压采集模块10，用于采集储能电池输出的电池电压；
[0052] 电池直流电流计算模块11，根据电池电流采集模块9输出的电池电流、电池电压采集模块10输出的电池电压、交流电压采集模块5采集到的逆变器电压和储能电池SOC信号计算储能电池直流给定值；
[0053] 电池电流闭环控制模块12，根据储能电池直流给定值计算双向DC/DC变换器调制信号；
[0054] DC/DC变换器调制波生成模块13，根据双向DC/DC变换器调制信号和双向DC/DC变换器载波信号生成双向DC/DC变换器功率管控制信号。
[0055] 基于上述的光储联合并网系统的控制方法，包括以下步骤：
[0056] A，当电网频率正常时，采用三相逆变器控制策略，具体步骤如下：
[0057] A1，将直流电流采集模块2输出的电流、直流电压采集模块3输出的电压，送入MPPT计算模块6，计算逆变器直流电压参考值Udcref；
[0058] A2，将交流电流采集模块4采集到的电感电流iABC、交流电压采集模块5采集到的逆变器电压uoABC和逆变器直流电压参考值Udcref，送入直流电压/交流电流双环控制模块7计算后输出逆变器三相调制信号vmABC；
[0059] A3，将逆变器三相调制信号vmABC和载波信号vc，送入桥臂电压调制波生成模块8，生成逆变器功率管控制信号d1；
[0060] B，电网频率出现异常时，双向DC/DC变换器参与一次调频，当实际电网频率低于电网额定频率fn，且储能电池荷电状态soc＞socmin时，其中socmin为储能电池荷电系数最小值，双向DC/DC变换器根据储能电池直流给定值Idcref进行闭环控制，向电网提供有功功率支撑；当实际电网频率高于电网额定频率fn时，若此时储能电池荷电状态soc＜socmax，其中socmax为储能电池荷电系数最大值，三相逆变器保持工作在MPPT最大功率跟踪模式，双向DC/DC变换器将吸收光伏阵列输出的有功功率，以限制光储联合并网系统输送到电网的有功功率；若此时储能电池荷电状态soc＝socmax，直接对三相逆变器采取限功率措施，使其运行于限功率模式，
[0061] 具体步骤如下：
[0062] B1，将电池电流采集模块9输出的电池电流、电池电压采集模块10输出的电池电压、交流电压采集模块5采集到的逆变器电压uoABC和储能电池SOC信号，送入电池直流电流计算模块11，计算储能电池直流给定值Idcref；
[0063] B2，将储能电池直流给定值Idcref，送入电池电流闭环控制模块12，计算双向DC/DC变换器调制信号vmdc；
[0064] B3，将双向DC/DC变换器调制信号vmdc和双向DC/DC变换器载波信号vcdc，送入DC/DC变换器调制波生成模块13，生成双向DC/DC变换器功率管控制信号d2。
[0065] 步骤B1中，电池直流电流计算模块11计算储能电池直流给定值Idcref时，通过如下公式计算：
[0066]
[0067] 其中，k＝fn-fgmin，fg为利用所测量的逆变器电压uoABC所获得的实际电网频率，fgmin为设定电网频率下限，fn为电网额定频率， 为电网频率变化率，Pmax为双向DC/DC变换器输出最大功率，Vdc为储能电池电压，J为虚拟转动惯量。
[0068] 步骤A2中，将交流电流采集模块4采集到的电感电流iABC、交流电压采集模块5采集到的逆变器电压uoABC和逆变器直流电压参考值Udcref，送入直流电压/交流电流双环控制模块7，计算逆变器三相调制信号vmABC，通过如下公式计算：
[0069]
[0070]
[0071] 其中，Idref为交流电流d轴电流参考信号，kp为电流环调节器比例系数，ki电流环调节器积分系数，Udc为逆变器
直流母线反馈电压，irefABC为交流电流参考信号。
[0072] 为说明本发明的正确性和可行性，对所提出的一种光储联合并网系统及其控制方法进行了仿真验证，其中仿真参数为：光伏阵列开路电压761.6V，
短路电流912.8A，光照强度为1000，
温度25度时最大功率点电压610V，变流器输出滤波电感L均为0.15mH，输出滤波电容C均为200μF(三
角型连接)，双向DC/DC变换器储能电池电压500V。
[0073] (1)图2是电网电压频率突变仿真波形：图中，2s时，电网电压频率由50Hz突变至49.5Hz；
[0074] (2)图3是在电网电压频率突变时，双向DC/DC变换器参与一次调频时逆变器三相电流仿真波形，2s时双向DC/DC变换器参与一次调频后逆变器输出电流增加；
[0075] 图2图3给出的仿真波形显示，针对电网频率波动，双向DC/DC变换器能够参与一次调频，输出一定有功功率支撑电网频率。
[0076] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和
变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
