本发明涉及微电网技术领域，具体涉及一种孤岛虚拟同步微电网的调频方法和系统、存储介质。
背景技术：
微电网是合理利用如太阳能、风能等新能源的一种有效方法，而孤岛情况下的频率稳定是其能正常运行的基础，因此需要提出一种有效的多机间协调控制方案用于微电网频率的快速调整。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
本发明提供了一种孤岛虚拟同步微电网的调频方法和系统、存储介质，能够为在尽可能降低通信复杂程度的前提下，实现频率的调整与有功功率的比例均分。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种孤岛虚拟同步微电网的调频方法，包括采用循环方式对所述微电网中的逆变器进行调频，直至各个逆变器达到额定频率，以实现对各个逆变器的频率调整和功率比例均分；其中，每一个循环过程包括：
s101、采用差异延时方法确定所述微电网中相对有功出力最多的一台逆变器作为参考单元，并将所述参考单元的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子通过通信线路发送给所述微电网中其他的逆变器；
s102、针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率、该逆变器的本地出力因子和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量；
s103、根据所述有功功率调整量对该逆变器进行调频。
第二方面，本发明提供一种孤岛虚拟同步微电网的调频系统，包括：
循环模块，用于采用循环方式对所述微电网中的逆变器进行调频，直至各个逆变器达到额定频率，以实现对各个逆变器的频率调整和功率比例均分；所述循环模块包括多个循环单元，每一个循环单元包括：
因子确定子单元，用于采用差异延时方法确定所述微电网中相对有功出力最多的一台逆变器作为参考单元，并将所述参考单元的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子通过通信线路发送给所述微电网中其他的逆变器；
调整量确定子单元，用于针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率、该逆变器的本地出力因子和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量；
调频子单元，用于根据所述有功功率调整量对该逆变器进行调频。
第三方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现上述方法。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种孤岛虚拟同步微电网的调频方法和系统、存储介质，具备以下有益效果：本发明采用差异延时算法自主选择出最大出力因子，相对于现有技术中采用整个系统或者相邻单元的扩散式信息比较方式，使系统具备更快的响应速度，实现对微电网频率的快速调整，属于一种逆变器控制策略，由于最后各个逆变器的本地出力因子均相同，实现了对虚拟同步微电网的调频，并且保证各个逆变器的功率比例均分。而且，通过本发明通信线路只需承载最大出力因子一个数据，通信线路的通信压力比较小，这样系统受通信延迟和通信失败的影响比较小，进而调频的稳定性会比较高，非常适合对频率要求比较高的场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一实施例中孤岛虚拟同步微电网的调频方法的流程示意图；
图2示出了本发明一实施例中三种类型f函数的示意图；
图3示出了本发明一实施例中分布式一次控制模块、分布式二次控制模块和微电网的逻辑框图；
图4示出了本发明一实施例中一个一次控制模块、一个二次控制模块与逆变器的逻辑框图；
图5示出了本发明一实施例中二次控制模块的逻辑框图；
图6示出了本发明一实施例中微电网频率调整的过程示意图；
图7示出了本发明一实施例中孤岛虚拟同步微电网的调频系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种孤岛虚拟同步微电网的调频方法，该方法包括采用循环方式对所述微电网中的逆变器进行调频，直至各个逆变器达到额定频率，以实现对各个逆变器的频率调整和功率比例均分；其中，如图1所示，每一个循环过程包括：
s101、采用差异延时方法确定所述微电网中相对有功出力最多的一台逆变器作为参考单元，并将所述参考单元的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子通过通信线路发送给所述微电网中其他的逆变器；
可理解的是，所谓的差异延时算法是利用不同的逆变器具有不同的延时等待时间这一特点进而确定参考单元的方法。
其中，出力因子是体现逆变器相对有功出力多少的一个参量，其具体数值可以根据逆变器的输出有功功率和额定功率来计算，举例来说，采用下式计算第i台逆变器的本地出力因子：
式中，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，pei为第i台逆变器的输出有功功率，pn为所述额定有功功率。
从上式(1)中可以看出，出力因子中同时包含了额定功率和实际输出功率两个信息，若各个逆变器的出力因子均相同，则意味着各个逆变器的有功输出已经实现按照额定容量的比例均分。
值得一提的是，上式(1)中除法的加入使得出力因子的大小接近于标幺值，其值一般约在0～2之间，当采用通信线路传输出力因子时，对于通信系统数据传输位宽的要求较低；另一方面，通信总线只需传输出力因子一个信号，又可降低对通信的数量要求，真正实现了低带宽通信。
步骤s101实际上是确定最大出力因子的过程，由于每一台逆变器均会对应一个本地出力因子，究竟哪一个本地出力因子是最大出力因子是采用延时差异算法而确定的，具体过程可以参考如下过程：
对于每一个逆变器，执行以下过程：
s1011、测量该逆变器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和额定有功功率，确定该逆变器的本地出力因子；
实际应用时，可以设置采样时间，在每个采样时间测量逆变器的输出有功功率。可理解的是，该步骤中确定本地出力因子的过程可以参考上式(1)。
s1012、根据所述本地出力因子和上一循环过程中的最大出力因子，确定该逆变器的延时等待时间；
在第一次执行该步骤时，可以对上一循环过程的最大出力因子初始化，例如，设置一个合理范围内的值。
实际应用时，下式中df表示本地出力因子相比于最大出力因子的差值，考虑到逆变器最大输出功率通常为额定功率的2倍，所以dfmax最大只能到4左右；td为差异延时时间。
df＝fpi-fpmax(2)
td＝f(df)(3)
式(3)中的f函数可以采用图2中的a、b和c三种类型的曲线，tset为设定的df为0时的延时等待时间。
当f函数为a曲线对应的凸函数时，逆变器的出力越大，df越大，从而延时td越小。并且，当df越接近dfmax时，曲线斜率越大，敏感度增大，但此类型函数在df较小时敏感度较低。
当f函数为c曲线对应的凹函数时，同样逆变器出力越大，df越大，然而其越接近dfmax时，曲线斜率的大小越小，敏感度越低。
当f函数为b曲线对应的线性函数时，df与td成线性关系，在整个区间内曲线斜率不变，敏感度不变，并且实现较为简单。综合考虑，本文中选择曲线b作为f的函数曲线：
td＝-kdf+tset(4)
根据以上公式(2)～(4)，可以得到式(5)，可以采用式(5)计算第i台逆变器的延时等待时间：
td＝k(fpmax-fpi)+tset(5)
式中，td为第i台逆变器的延时等待时间，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，fpmax为上一循环过程的最大出力因子，k和tset分别为预设的斜率和截距。
s1013、开始等待，并检测是否接收到所述通信线路发送的出力因子：
(1)若在所述延时等待时间内未接收到所述通信线路发送的出力因子，则将该逆变器的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子，并将该循环过程的最大出力因子通过所述通信线路发送给其他的逆变器；
举例来说，第i台逆变器在其对应的延时等待时间之内都没有接收到通信线路上传输过来的出力因子，说明第i台逆变器对应的延时等待时间在各台逆变器中是最短的，故其本地出力因子是最大的，因此可以将其本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子，将其通过通信线路发送给其他各个逆变器。也就是说，第i台逆变器获得该循环过程中的通信权，并以一对多的形式将其本地出力因子发送给其他逆变器。然后，复位其延时定时器，并根据上式(5)计算新的延时等待时间，为下一个循环过程中通信权的抢夺做准备。
(2)若在所述延时等待时间内接收到所述通信线路发送的出力因子，则将接收到的出力因子作为该循环过程的最大出力因子。
举例来说，第i台逆变器在其延时等待时间内接收到通信线路发送来的出力因子，说明第i台逆变器对应的延时等待时间不是最短的，只有延时等待时间最短的逆变器，其出力因子才是最大的，才会发送到通信线路上，因此接收到的出力因子就是该循环过程的最大出力因子。第i台逆变器不参与通信权的抢夺，同时复位第i台逆变器的延时定时器，并根据上式(5)计算新的延时等待时间为tset，然后延时等待，为下一个循环过程中的通信权的抢夺做准备。当然，可理解的是，复位延时定时器、计算延时等待时间和延时等待是下一个循环过程执行的动作。
差异延时算法的优点在于事先不用给定优先级顺序或者序号，也不用指定特定的逆变器作为参考单元，当系统中某些单元出现故障，甚至最大出力因子单元出现故障时，也会通过延时的长短选出仅次于最大出力因子单元的新的单元担任系统的参考单元，从而保证系统的可靠性。
s102、针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率、该逆变器的本地出力因子和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量；
在该步骤中计算有功功率调整量的过程可以有多种方式，下面介绍一种可选方式：
s1021、针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率和该逆变器的本地出力因子，确定该逆变器的参考角频率；
举例来说，可以采用下式计算第i台逆变器的参考角频率：
θrefi＝2πf*mg+kpf(fpmax-fpi)(6)
式中，fpmax为该循环过程的最大出力因子，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，kpf为预设的比例系数，f*mg为所述额定频率，θrefi为第i台逆变器的参考角频率。
s1022、根据该逆变器的参考角频率和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量。
举例来说，可以采用下式计算第i台逆变器的有功功率调整量：
δpi＝kpp(θrefi-θi)+kip∫(θrefi-θi)dt(7)
式中，δpi为第i台逆变器的有功功率调整量，θrefi为第i台逆变器的参考角频率，θi为第i台逆变器的实际角频率，kpp和kip分别为预设的比例系数和积分系数。
s103、根据所述有功功率调整量对该逆变器进行调频。
上述步骤s101～s103仅为一个循环过程所需执行的步骤，若要实现各个逆变器达到额定频率，需要执行多次循环，对各个逆变器的频率进行多次调整。
下面以图3～5中示出的电路原理图为例，对本发明提供的调频方法进行举例说明：
在微电网中包括多台虚拟同步逆变器(简称vsg)，每一台vsg连接一个一次控制模块和一个二次控制模块，各个二次控制模块通过can总线连接；本例以can通信总线为物理基础，即令微电网中每台vsg的通信接口统一采用can总线协议，每一个vsg的通信接口均与can总线连接。一次控制模块和二次控制模块的硬件实现形式有多种，例如，控制器。通信接口主要负责各个逆变器之间的信息交互，二次控制模块主要负责接收can总线传输来的最大出力因子，并根据最大出力因子确定相应逆变器的有功功率调整量，以实现本地微源频率的二次调整与系统功率的比例均分，一次控制模块主要负责微电网的一次调整。
如图6所示，假设初始状态下系统运行在额定a点。当负荷功率增大时，系统的功率平衡被打破，系统频率逐渐降低，系统的运行点从a点移动到b点。此时，二次控制模块会在每个采样时刻测量本地逆变器的输出有功功率，然后利用式(1)计算本地出力因子，继而确定最大出力因子，将本地出力因子与最大出力因子作差，然后经过式(6)中的比例运算，得到参考角频率，然后将参考角频率和实际角频率作差，再经过式(7)中的比例系数和积分系数进行pi运算，得到有功功率调整量，然后把该调整量传递给一次控制模块，使系统运行点从b点移动到c点；最后，在一次控制模块的调频作用下，系统工作点从c点移动到d点，实现频率的恢复，使得系统回到稳定状态。可以看出，一次调频为曲线的横向移动，二次调频为曲线的上下移动。
显然，当系统达到稳定状态时，各逆变器的df均在0附近，系统通信的周期稳定在tset附近。
在系统稳定之后，存在两种情况：
当系统通信无障碍时，最大出力因子与逆变器的本地出力因子相同，此时比例系数kpf所在的外环的输出为零，其控制退化为本地频率对给定频率f*mg的跟踪，因kpp和kip所在的内环含有积分环节，最终可以维持本地频率和系统的额定频率相等，即实现频率的无差跟踪。
当系统通信存在故障时，可设置fpmax为自身的本地出力因子，使得比例系数kpf所在的外环的输出为零，二次控制模块直接退化为本地频率对给定频率f*mg的无差跟踪，依然能实现频率的快速二次调频，保证系统频率始终稳定在要求范围内。
可见，整个过程的主要思想是：利用差异延时算法自动筛选出系统中相对有功出力最多的一台vsg作为系统的参考单元，再将参考单元的本地出力因子作为最大出力因子发送到通信线路上，各逆变器对应的二次控制模块接收最大出力因子，并将其作为外环比例环节的参考给定，继而经过一个比例积分内环并将产生的有功功率调整量发送给一次控制模块，一次控制模块最终实现对额定频率的无差跟踪。
本发明提供的调频方法采用差异延时算法自主选择出最大出力因子，相对于现有技术中采用整个系统或者相邻单元的扩散式信息比较方式，使系统具备更快的响应速度，实现对微电网频率的快速调整，属于一种逆变器控制策略，由于最后各个逆变器的本地出力因子均相同，实现了对虚拟同步微电网的调频，并且保证各个逆变器的功率比例均分。而且，通过本发明通信线路只需承载最大出力因子一个数据，通信线路的通信压力比较小，这样系统受通信延迟和通信失败的影响比较小，进而调频的稳定性会比较高，非常适合对频率要求比较高的场合。
本发明还提供一种孤岛虚拟同步微电网的调频系统，该系统包括：
循环模块，用于采用循环方式对所述微电网中的逆变器进行调频，直至各个逆变器达到额定频率，以实现对各个逆变器的频率调整和功率比例均分；所述循环模块包括多个循环单元，每一个循环单元包括：
因子确定子单元，用于采用差异延时方法确定所述微电网中相对有功出力最多的一台逆变器作为参考单元，并将所述参考单元的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子通过通信线路发送给所述微电网中其他的逆变器；
调整量确定子单元，用于针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率、该逆变器的本地出力因子和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量；
调频子单元，用于根据所述有功功率调整量对该逆变器进行调频。
在一些实例中，因子确定子单元用于：对于每一个逆变器，执行以下过程：测量该逆变器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和额定有功功率，确定该逆变器的本地出力因子；根据所述本地出力因子和上一循环过程中的最大出力因子，确定该逆变器的延时等待时间；开始等待，并检测是否接收到所述通信线路发送的出力因子：若在所述延时等待时间内未接收到所述通信线路发送的出力因子，则将该逆变器的本地出力因子作为该循环过程的最大出力因子，并将该循环过程的最大出力因子通过所述通信线路发送给其他的逆变器；若在所述延时等待时间内接收到所述通信线路发送的出力因子，则将接收到的出力因子作为该循环过程的最大出力因子。
在一些实例中，因子确定子单元用于采用下式计算第i台逆变器的本地出力因子：
式中，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，pei为第i台逆变器的输出有功功率，pn为所述额定有功功率。
在一些实例中，因子确定子单元用于采用下式计算第i台逆变器的延时等待时间：
td＝k(fpmax-fpi)+tset
式中，td为第i台逆变器的延时等待时间，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，fpmax为上一循环过程的最大出力因子，k和tset分别为预设的斜率和截距。
在一些实例中，调整量确定子单元用于针对所述微电网中的每一台逆变器，根据所述最大出力因子、预设的额定频率和该逆变器的本地出力因子，确定该逆变器的参考角频率；根据该逆变器的参考角频率和实际角频率，确定该逆变器的有功功率调整量。
在一些实例中，调整量确定子单元用于采用下式计算第i台逆变器的参考角频率：
θrefi＝2πf*mg+kpf(fpmax-fpi)
式中，fpmax为该循环过程的最大出力因子，fpi为第i台逆变器的本地出力因子，kpf为预设的比例系数，f*mg为所述额定频率，θrefi为第i台逆变器的参考角频率。
在一些实例中，调整量确定子单元用于采用下式计算第i台逆变器的有功功率调整量：
δpi＝kpp(θrefi-θi)+kip∫(θrefi-θi)dt
式中，δpi为第i台逆变器的有功功率调整量，θrefi为第i台逆变器的参考角频率，θi为第i台逆变器的实际角频率，kpp和kip分别为预设的比例系数和积分系数。
可理解的是，本发明提供的调频系统与本发明提供的调频方法相对应，其有关内容的解释、举例和有益效果可以参考调频方法中的相应部分，此处不再赘述。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现上述调频方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。