一种基于改进VSG的交直流混合微电网及其控制方法与流程

一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及交直流混合微电网控制技术领域，具体的说是涉及一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法。


背景技术：

2.随着传统化石能源的衰竭和环境污染、全球气候变暖等问题的加剧，能源问题已经成为世界各国经济和社会发展面临的严峻挑战。加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提升清洁能源消纳和存储能力，构建现代能源体系。因此微电网在电力系统中扮演着非常重要的角色，它们通过使用更友好的可再生能源系统来提高环境质量。
3.新能源及微电网技术将得到越来越广泛的应用，但由于各分布式发电单元运行方式的不同，且存在着不同类型的动态负荷，随着中低压配电系统中的分布式电源渗透率水平的提高，其出力的随机性对系统功率平衡和电网电压和频率的影响也随之凸显。因此，为了保证系统的自主运行和性能稳定，需要实时的能量管理和功率控制策略，并对分布式发电单元进行主动管理和灵活集成，从而实现交直流混合微电网的自主协调运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法，解决交直流混合微电网功率协调控制问题，实现功率的自主平衡，并提高交流母线和直流母线的动态响应特性，具有高稳定性和高效率。
5.本发明采取的技术方案为：它包括光伏模块，蓄电池模块，dc/dc变换器模块，双向dc/dc变换器模块，双向ac/dc变换器模块，vsg控制模块，电网模块，交流负荷，直流负荷；光伏1模块输出与dc/dc变换器模块相连，dc/dc变换器模块输出与vsg控制模块相连，蓄电池1模块输出与双向dc/dc变换器模块相连，双向dc/dc变换器模块输出与vsg控制模块相连，vsg控制模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，光伏2模块输出与dc/dc变换器模块相连，dc/dc变换器模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，蓄电池2模块输出与双向dc/dc变换器模块相连，双向dc/dc变换器模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，电网模块输出与交流母线相连，交流负荷与交流母线相连，直流负荷与直流母线相连。
6.本发明的一步优化，所述的光伏模块采用最大功率点跟踪控制，蓄电池模块孤岛运行时，采用恒压控制，维持直流母线电压稳定；并网运行时，采用下垂控制，可以作为系统的备用电源，当负荷增加时，为系统提供电压和功率支撑；并网模式下，可减小系统电压电流波动，提高电能质量，辅助微电网的平滑切换。
7.本发明的一步优化，所述的并网逆变器采用虚拟同步发电机控制，令交流子网具有惯性、一次调频和一次调压的功能。
8.本发明的一步优化，所述的双向ac/dc变换器模块采用基于改进vsg的功率控制策略，通过模拟同步发电机的外部特性和转子动态，实现对双向ac/dc变换器交流侧频率虚拟转动惯量和阻尼控制，直流侧电压虚拟电容和阻尼控制，从而提高交流母线和直流母线的
动态响应特性。
9.本发明的有益效果，具有高稳定性和高效率，实现交直流混合微电网的功率协调控制，并提高交流母线和直流母线的动态响应特性。
10.为更清楚的说明本发明所提的一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
11.图1为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的微电网结构示意图。
12.图2为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的光伏模块电路及其控制框图。
13.图3为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的蓄电池模块电路及其控制框图。
14.图4为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的vsg模块电路及其控制框图。
15.图5为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的双向ac/dc变换器模块电路及其控制框图。
16.图6为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的改进vsg控制框图。
17.图7为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的电压电流仿真图。
18.图8为本发明一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的有功功率和无功功率仿真图。
具体实施方式
19.图1所示为一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法的微电网结构示意图，它包括光伏模块，蓄电池模块，dc/dc变换器模块，双向dc/dc变换器模块，双向ac/dc变换器模块，vsg控制模块，电网模块，交流负荷，直流负荷；光伏1模块输出与dc/dc变换器模块相连，dc/dc变换器模块输出与vsg控制模块相连，蓄电池1模块输出与双向dc/dc变换器模块相连，双向dc/dc变换器模块输出与vsg控制模块相连，vsg控制模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，光伏2模块输出与dc/dc变换器模块相连，dc/dc变换器模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，蓄电池2模块输出与双向dc/dc变换器模块相连，双向dc/dc变换器模块输出与双向ac/dc变换器模块相连，电网模块输出与交流母线相连，交流负荷与交流母线相连，直流负荷与直流母线相连。
20.结合图1
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8说明本实施方式，本发明实施例的工作原理：交直流混合微电网由交流子网、双向ac/dc变换器和直流子网组成。其中，直流子网由光伏2模块、蓄电池2模块和直流负荷组成。其中，光伏2模块经boost电路与直流母线相连，采用最大功率点跟踪控制；蓄电池2模块经稳压电容和双向dc/dc变换器与直流母线相连，孤岛运行时，采用恒压控制，维持直流母线电压稳定；并网运行时，采用下垂控制，与双向ac/dc变换器模块的改进vsg控制相配合，完成功率的自主双向流动，可以作为系统的备用电源，当负荷增加时，为系统提供电压和功率支撑；并网模式下，可减小系统电压电流波
动，提高电能质量，辅助微电网的平滑切换。
21.交流子网由光伏1模块、蓄电池1模块、vsg模块和交流负荷组成，光伏1模块采用最大功率点跟踪控制，蓄电池1模块采用恒压控制，维持直流母线电压稳定，并网逆变器采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, vsg)控制，并进行电压电流解耦和svpwm调制，令交流子网具有惯性、一次调频和一次调压的功能。
22.双向ac/dc变换器模块由滤波电感、三相全桥型逆变器和稳压电容组成，其中包括dq变换和锁相模块。在交流子网和直流子网并网时，对稳压电容进行预充电，完成并网的平滑切换。双向ac/dc变换器模块所传输的功率由基于改进vsg的功率控制策略获得，通过模拟同步发电机的外部特性和转子动态，实现对双向ac/dc变换器交流侧频率虚拟转动惯量和阻尼控制，直流侧电压虚拟电容和阻尼控制，从而提高交流母线和直流母线的动态响应特性，在并网时，经电压电流解耦和svpwm调制，实现微电网的功率自主双向流动。
23.图7所示是在matlab/simulink平台搭建的交直流混合微电网的电压电流仿真波形，交流侧电压有效值220v，频率50hz，直流侧电压700v。图8所示是微电网的有功功率和无功功率仿真图。初始交流负荷为25kw，直流负荷为5kw；在0.1s时闭合交流侧开关，对稳压电容进行预充电；0.2s时闭合直流侧开关，交流子网和直流子网进行并网，直流侧光伏2模块输出有功功率为10kw，故双向ac/dc变换器模块工作在逆变状态，为交流子网提供5kw有功功率；0.4s时直流负荷增加25kw，双向ac/dc变换器模块工作在整流状态，为直流子网提供10kw有功功率；0.6s时直流负荷切除25kw；0.8s时，交流负荷增加10kw，直流子网经双向ac/dc变换器模块为交流子网提供有功功率。由仿真结果可得，本发明所提一种基于改进vsg的交直流混合微电网及其控制方法，可实现交直流混合微电网的功率自主平衡，具有良好的稳态和动态性能。
24.以上对本发明的实施例进行了描述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是所述技术方案的限制，所以本发明并不局限于上述的具体实施方式，所有本领域普通技术人员在不脱离本发明宗旨和构思的前提下，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。