基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法及设备与流程

1.本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法及设备。


背景技术：

2.随着全球能源危机和环境问题的日益突出，光伏、风电等可再生能源为代表的分布式电源越来越多的接入电网，对电力系统的安全稳定性带来了严重挑战。虚拟同步发电机(vsg，virtual synchronous generator)将同步发电机本体及控制器数学模型引入储能变流器方法，使电站具备惯性和主动参与一次调频、调压的能力，可为系统提高稳定的频率和电压支撑，使分布式电源友好的接入电网，提高了分布式发电系统的稳定性。
3.现有技术中，储能系统通常包括至少两台储能变流器，至少两台储能变流器并联运行。并机时，一台储能变流器已经接入，带阻性满载运行，第二台储能变流器开机并机。第二台储能变流器开机后进入预同步控制模式，当第二台储能变流器的输出电压与已接入储能变流器的电压同步时切换为vsg控制模式。当第二台储能变流器切换为vsg控制模式时，若第二台储能变流器的电压设定值与已接入储能变流器的实际电压值相差较大，则会引起电流震荡，严重影响了电源系统的稳定性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法及设备，以解决现有技术中储能变流器并机时，由预同步控制模式切换为vsg控制模式时电流震荡的问题。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法，适用于储能系统，储能系统包括至少两台储能变流器；上述方法包括：
6.s101：当检测到目标储能变流器并入并机点时，获取当前并机点的电压，根据当前并机点的电压确定第一角频率调节量的初始值，并重复执行s102至s104的步骤，直至当前周期的第一角频率调节量等于0；其中，目标储能变流器为至少两台储能变流器中的任意一台；并机点为至少两台储能变流器耦合的并联节点；
7.s102：获取当前周期目标储能变流器的有功功率；
8.s103：根据当前周期目标储能变流器的有功功率、额定角频率及当前周期的第一角频率调节量，确定当前周期的角频率参考值；并当当前周期的第一角频率调节量为正时，将当前周期的第一角频率调节量减去第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；当当前周期的第一角频率调节量为负时，将当前周期的第一角频率调节量加上第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；
9.s104：根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制。
10.本发明实施例的第二方面提供了一种储能变流器控制设备，包括存储器、处理器
以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法的步骤。
11.本发明实施例提供了一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法及设备，上述方法包括：s101：当检测到目标储能变流器并入并机点时，获取当前并机点的电压，根据当前并机点的电压确定第一角频率调节量的初始值，并重复执行s102至s104的步骤，直至当前周期的第一角频率调节量等于0；其中，目标储能变流器为至少两台储能变流器中的任意一台；并机点为至少两台储能变流器耦合的并联节点；s102：获取当前周期目标储能变流器的有功功率；s103：根据当前周期目标储能变流器的有功功率、额定角频率及当前周期的第一角频率调节量，确定当前周期的角频率参考值；并当当前周期的第一角频率调节量为正时，将当前周期的第一角频率调节量减去第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；当当前周期的第一角频率调节量为负时，将当前周期的第一角频率调节量加上第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；s104：根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制。本发明实施例设置过渡阶段，先根据当前并机点的电压进行控制，再逐步调整第一角频率调节量，使得目标储能变流器逐渐过渡到vsg工作模式，目标储能变流器的电压与其他储能变流器的电压相差不会太大，不会引起电流震荡，电源系统的稳定性较好
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1是本发明实施例提供的一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法的实现流程示意图；
14.图2是本发明实施例提供的一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法的控制原理框图；
15.图3是本发明实施例提供的基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制装置的示意图；
16.图4是本发明实施例提供的储能变流器控制设备的示意图。
具体实施方式
17.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
18.为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
19.在储能系统中，至少两台储能变流器并联为后端设备供电，功率均分。当若干台储能变流器已经接入，带阻性满载运行。目标储能变流器开机后先进入预同步控制模式，当目标储能变流器的输出电压与已接入储能变流器的电压同步时并机，同时切换为vsg控制模
式。由于各台储能变流器功率均分，控制逻辑相同，且输出电压理论上应当相同，因此目标储能变流器并机切换为vsg控制模式时，输出电压频率会存在突变，已并机储能变流器的频率及功率也会发生变化，从而导致目标储能变流器的输出电压的相位与已并机储能变流器的输出电压的相位相差较大，引起电流震荡，
20.基于以上，参考图1，本发明实施例提供了一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制方法，适用于储能系统，储能系统包括至少两台储能变流器；上述方法包括：
21.s101：当检测到目标储能变流器并入并机点时，获取当前并机点的电压，根据当前并机点的电压确定第一角频率调节量的初始值，并重复执行s102至s104的步骤，直至当前周期的第一角频率调节量等于0；其中，目标储能变流器为至少两台储能变流器中的任意一台；并机点为至少两台储能变流器耦合的并联节点。
22.s102：获取当前周期目标储能变流器的有功功率。
23.s103：根据当前周期目标储能变流器的有功功率、额定角频率及当前周期的第一角频率调节量，确定当前周期的角频率参考值；并当当前周期的第一角频率调节量为正时，将当前周期的第一角频率调节量减去第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；当当前周期的第一角频率调节量为负时，将当前周期的第一角频率调节量加上第一预设步长，作为新的第一角频率调节量。
24.s104：根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制。
25.本发明实施例中，设置过渡阶段，逐步调整第一角频率调节量，根据下垂原理，输出有功功率变化引起下垂频率输出的变化，补偿第一角频率调节量的变化，直至目标储能变流器的输出功率及频率与已并机储能变流器的输出功率与频率相等，使得目标储能变流器逐渐过渡到vsg工作模式，目标储能变流器的电压与其他储能变流器的电压相差不会太大，不会引起电流震荡，电源系统的稳定性较好。其中，目标储能变流器通过开关接入并机点，可根据目标储能变流器对应的开关状态确认目标储能变流器是否接入并机点。
26.一些实施例中，预设的电压幅值可以为当前并机点的电压。
27.本发明实施例中可将当前并机点的电压(已并机储能变流器的输出电压)作为预设电压，进行环路控制，缩小目标储能变流器与已并机储能变流器的差距。
28.一些实施例中，第一预设步长δω的计算公式可以为：
29.δω＝k1×
ω030.ω0＝2πf031.其中，k1为系数，k1可以为0.01。ω0为额定角频率，f0为额定频率，f0可以为50hz(市电交流频率)。
32.一些实施例中，上述方法还可以包括：
33.s105：在每次执行s104的步骤之前，根据当前周期目标储能变流器的无功功率及额定电压，确定当前周期的第一参考电压值；将当前周期的第二参考电压值减去第二预设步长作为新的第二参考电压值，并采用该新的第二电压参考值更新预设的电压幅值，直至当前周期的第二参考电压值与当前周期的第一参考电压值相等；
34.其中，第二参考电压值的初始值为当前并机点的电压。
35.本发明实施例中还可对预设的电压幅值进行动态修正，提高控制的准确度。具体
的，将预设的电压幅值的初始值设置为当前并机点的电压，并逐步由电网电压调整为第一参考电压值。根据下垂原理，输出无功功率逐渐增大，下垂频率输出逐渐增大，输出无功功率增大到稳定值。逐步调整预设的电压幅值，从而平滑调整并网后输出的无功功率，防止出现电流震荡。其中，各台储能变流器的额定电压相同，例如可以为400v。
36.一些实施例中，第二预设步长可以为0.01v。
37.一些实施例中，参考图2，s105可以包括：
38.s1051：根据当前周期目标储能变流器的无功功率q
fdb
，确定当前周期的电压调节量u1。
39.s1052：将当前周期的电压调节量u1与额定电压u0的和作为当前周期的第一参考电压值u
ref1
。
40.一些实施例中，参考图2，s1051具体可以包括：
41.将当前周期目标储能变流器的无功功率q
fdb
减去预设无功功率参考值q
ref
，得到当前周期的无功功率差值δq，将无功功率差值δq乘以无功功率系数n得到当前周期的电压调节量u1。
42.本发明实施例中，根据无功功率差值δq确定当前周期的电压调节量u1，进而将电压调节量u1与额定电压u0的和作为第一电压参考值u
ref1
，通过逐步调整预设的电压幅值，从而使得输出无功功率逐步增大到稳定值q
ref
，将u0作为预设的电压幅值。
43.一些实施例中，参考图2，s104可以包括；
44.s1041：根据当前周期的角频率参考值ω
ref
得到当前周期的角度参考值θ
ref
。
45.s1042：对当前周期的角度参考值θ
ref
和预设的电压幅值(u
ref1
或u
ref2
)进行dq变换得到有功参考电压u
dref
和无功参考电压u
qref
。
46.s1043：分别根据有功参考电压值u
dref
和无功参考电压u
qref
得到第一控制量和第二控制量。
47.s1044：根据第一控制量和第二控制量进行svpwm调制得到pwm波，对目标储能变流器进行控制。
48.本发明实施例中根据当前周期的角度参考值和预设的电压幅值对目标储能变流器的电压相位和幅值进行环路控制，使得目标储能变流器逐步过渡到vsg模式，不会发生电流突变。
49.一些实施例中，参考图2，s103可以包括：
50.s1031：根据当前周期目标储能变流器的有功功率p
fdb
，确定当前周期的第二角频率调节量ω2。
51.s1032：将当前周期的第一角频率调节量ω1、当前周期的第二角频率调节量ω2及额定角频率ω0的和作为当前周期的角频率参考值ω
ref
。
52.一些实施例中，参考图2，s1031可以包括：
53.确定当前周期目标储能变流器的有功功率p
fdb
与预设有功功率p
ref
之间的差值，得到当前周期的有功功率差值δp，并将当前周期的有功功率差值δp乘以有功功率系数m得到当前周期的第二角频率调节量ω2。
54.一些实施例中，s101可以包括：
55.s1011：根据当前并机点的电压，采用sogi得到第一角频率调节量的初始值。
56.一些实施例中，在s101之前，上述方法还可以包括：
57.s106：实时获取并机点的电压，并将并机点的电压作为给定值对目标储能变流器的输出电压进行锁相环控制；其中，并机点的电压包括：并机点电压幅值及并机点电压相位。
58.s107：当目标储能变流器的输出电压与并机点的电压同步时，控制目标储能变流器并入并机点。
59.并机之前控制目标储能变流器对并机点的电压进行锁相跟踪，电压同步时并机，防止电压不一致并机对设备造成影响。
60.一些实施例中，上述方法还可以包括：
61.s108：当检测到当前周期的第一角频率调节量等于0时，控制目标储能变流器切换为vsg控制模式。
62.本发明实施例中，当第一角频率调节量为0时，说明目标储能变流器和已并机储能变流器已经同步。由于已并机储能变流器均工作在vsg控制模式，此时可平稳的将目标储能变流器切换为vsg控制模式，不会引起工作状态的突变。
63.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
64.对应于上述方法实施例，参考图3，本发明实施例还提供了一种基于虚拟同步发电机的储能变流器并机控制装置，适用于储能系统，储能系统包括至少两台储能变流器；上述装置包括：
65.主控模块21，用于当检测到目标储能变流器并入并机点时，获取当前并机点的电压，根据当前并机点的电压确定第一角频率调节量的初始值，并重复执行获取当前周期目标储能变流器的有功功率的步骤，至根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制的步骤，直至当前周期的第一角频率调节量等于0；其中，目标储能变流器为至少两台储能变流器中的任意一台；并机点为至少两台储能变流器耦合的并联节点。
66.参数获取模块22，用于获取当前周期目标储能变流器的有功功率。
67.步进调节模块23，用于根据当前周期目标储能变流器的有功功率、额定角频率及当前周期的第一角频率调节量，确定当前周期的角频率参考值；并当当前周期的第一角频率调节量为正时，将当前周期的第一角频率调节量减去第一预设步长，作为新的第一角频率调节量；当当前周期的第一角频率调节量为负时，将当前周期的第一角频率调节量加上第一预设步长，作为新的第一角频率调节量。
68.环路控制模块24，用于根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制。
69.一些实施例中，上述装置还可以包括：
70.预设电压幅值修正模块25，用于在每次执行根据当前周期的角频率参考值及预设的电压幅值，对目标储能变流器进行环路控制的步骤之前，根据当前周期目标储能变流器的无功功率及额定电压，确定当前周期的第一参考电压值；将当前周期的第二参考电压值减去第二预设步长作为新的第二参考电压值，并采用该新的第二电压参考值更新预设的电
压幅值，直至当前周期的第二参考电压值与当前周期的第一参考电压值相等；
71.其中，第二参考电压值的初始值为当前并机点的电压。
72.一些实施例中，预设电压幅值修正模块25可以包括：
73.电压调节量确定单元251，用于根据当前周期目标储能变流器的无功功率，确定当前周期的电压调节量。
74.第一参考电压值确定单元252，用于将当前周期的电压调节量与额定电压的和作为当前周期的第一参考电压值。
75.一些实施例中，环路控制模块24可以包括；
76.角度参考值确定单元241，用于根据当前周期的角频率参考值得到当前周期的角度参考值。
77.坐标系变换单元242，用于对当前周期的角度参考值和预设的电压幅值进行dq变换得到有功参考电压和无功参考电压。
78.控制量确定单元243，用于分别根据有功参考电压值和无功参考电压得到第一控制量和第二控制量。
79.控制波生成单元244，用于根据第一控制量和第二控制量进行svpwm调制得到pwm波，对目标储能变流器进行控制。
80.一些实施例中，步进调节模块23可以包括：
81.第二角频率调节量确定单元231，用于根据当前周期目标储能变流器的有功功率，确定当前周期的第二角频率调节量。
82.角频率参考值确定单元232，用于将当前周期的第一角频率调节量、当前周期的第二角频率调节量及额定角频率的和作为当前周期的角频率参考值。
83.一些实施例中，第二角频率调节量确定单元231可以具体用于：确定当前周期目标储能变流器的有功功率与预设有功功率之间的差值，得到当前周期的有功功率差值，并将当前周期的有功功率差值乘以有功功率系数得到当前周期的第二角频率调节量。
84.一些实施例中，主控模块21可以包括：
85.初始值确定单元211，用于根据当前并机点的电压，采用sogi得到第一角频率调节量的初始值。
86.一些实施例中，上述装置还可以包括：
87.锁相环控制模块26，用于实时获取并机点的电压，并将并机点的电压作为给定值对目标储能变流器的输出电压进行锁相环控制；其中，并机点的电压包括：并机点电压幅值及并机点电压相位。
88.并机控制模块27，用于当目标储能变流器的输出电压与并机点的电压同步时，控制目标储能变流器并入并机点。
89.一些实施例中，上述方法还可以包括：
90.vsg切换模块28，用于当检测到当前周期的第一角频率调节量等于0时，控制目标储能变流器切换为vsg控制模式。
91.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将储能变流器控制设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
101.存储器41可以是储能变流器控制设备的内部存储单元，例如储能变流器控制设备的硬盘或内存。存储器41也可以是储能变流器控制设备的外部存储设备，例如储能变流器控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器41还可以既包括储能变流器控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及储能变流器控制设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
102.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
103.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
104.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的储能变流器控制设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的储能变流器控制设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
105.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
106.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
107.集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立
法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
108.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。