VSG控制下的光储单元平滑并网方法和装置与流程

本发明涉及光伏发电，尤其涉及一种vsg控制下的光储单元平滑并网方法和装置。

背景技术：

1、近年来，清洁能源替代化石能源已经成为未来电力系统发展的重要趋势，其中储量尤为丰富的光伏发电受到了广泛的关注。由于其并网时采用电力电子装置，大量接入电网时会降低系统整体的惯量水平，从而影响系统的稳定性。为此可通过配备储能装置组成光储单元实现协同出力，并在控制方面采用虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，vsg)控制以增强系统惯性，进而提升新型电力系统的频率和电压稳定性。

2、vsg控制模拟了同步发电机的转子运动特性，可以主动地建立频率电压信号，既具有孤岛运行下单机带负荷的能力，又可以并网运行。但在孤岛转入并网过程中，由于传统控制精度不足的问题，通常会产生较大的电压和电流冲击，威胁设备安全稳定运行，为此需要平滑切换控制策略来保证系统的稳定运行。

3、针对平滑并网，现有技术大部分采用电压-频率(v/f)控制和有功无功(pq)控制切换的方式，通过引入电流补偿来减小切换控制策略前后的暂态冲击，但要求较高的孤岛检测技术，且在开关切换时可能会产生电压电流扰动等问题。针对该问题有的技术也采用vsg控制或下垂控制向pq控制切换的方式，通过控制电流环指令，保证控制模式切换时内环参数的一致，实现平滑切换的效果，但并网后采用pq控制，使得系统惯性减小，影响系统动态调节能力。此外，也有技术仅采用下垂控制，设计控制器进行预同步操作，但由于缺乏惯性和阻尼，预同步过程中电压和频率稳定难以得到较好控制。与下垂控制相比，vsg控制可以更好的补偿系统惯性的缺失，优化频率动态响应特性，因此可以采用vsg控制，通过pi调节实现预同步控制，但存在精度差、控制滞后的问题，并网时仍然可能会因预同步存在误差而产生严重的电压电流冲击问题，且频率和电压相角相互影响，缺乏统一控制策略，预同步过程中频率易产生较大波动。

4、因此，亟需一种可以实现光储单元从孤岛模式到并网模式平滑切换的控制策略。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种vsg控制下的光储单元平滑并网方法和装置，以解决上述提及的至少一个问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下方案：

3、根据本发明的第一方面，本发明实施例提供了一种vsg控制下的光储单元平滑并网方法，所述方法包括：利用模型预测控制获取vsg控制下的光储单元的预测被控输出方程；同时选取并网系统相角差及角频率差作为性能指标构建模型预测控制的目标函数，在所述目标函数中的加权系数中加入角频率变化量来进行换流器输出频率和相角预同步控制的自适应调节；通过输出约束和所述预测被控输出方程得到所述目标函数的最优解作为最优输入机械功率增量，将所述最优输入机械功率增量与前一时刻输入机械功率测量值相加后作为当前时刻的输入机械功率值作用于并网系统。

4、优选的，本发明实施例的上述方法中所述利用模型预测控制获取vsg控制下的预测被控输出方程包括：将vsg的有功-频率控制方程化为离散系统的状态空间模型，并改写为增量形式；设定预测时域值和控制时域值为n，基于离散化的vsg的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+n时刻的虚拟转速增量，其中k为当前时刻；基于离散化的vsg的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+n时刻的被控输出；基于预测的虚拟转速增量和被控输出获得预测被控输出方程。

5、优选的，本发明实施例的上述方法中的预测被控输出方程为：

6、y3(k+1|k)＝sxδω′(k)+suδpm(k)+

7、sdδpe(k)+γω′(k)

8、其中，y3(k+1|k)表示被控输出量，sx、su、sd和γ分别为系数矩阵，δω′(k)表示虚拟转速增量，δpm(k)表示输入机械功率增量，δpe(k)表示电磁功率增量，ω′(k)表示虚拟转速。

9、优选的，本发明实施例的上述方法中的目标函数为：

10、

11、其中，jm表示构造的目标函数，表示光伏微电网相角，表示电网相角，ω’表示光伏微电网角频率，ω’g表示电网角频率。

12、γωi表示加权系数，且引入角频率变化量的γωi可通过下式表示：

13、

14、其中，kγ表示加权系数初值，kω表示加权调整系数。

15、根据本发明的第二方面，本发明实施例还提供了一种vsg控制下的光储单元平滑并网装置，所述装置包括：输出方程获取单元，用于利用模型预测控制获取vsg控制下的光储单元的预测被控输出方程；目标函数构建单元，用于同时选取并网系统相角差及角频率差作为性能指标构建模型预测控制的目标函数，在所述目标函数中的加权系数中加入角频率变化量来进行换流器输出频率和相角预同步控制的自适应调节；功率增量获取单元，用于通过输出约束和所述预测被控输出方程得到所述目标函数的最优解作为最优输入机械功率增量；并网控制单元，用于将所述最优输入机械功率增量与前一时刻输入机械功率测量值相加后作为当前时刻的输入机械功率值作用于并网系统。

16、优选的，本发明实施例的上述装置的输出方程获取单元包括：离散化模块，用于将vsg的有功-频率控制方程化为离散系统的状态空间模型，并改写为增量形式；虚拟转速增量获取模块，用于设定预测时域值和控制时域值为n，基于离散化的vsg的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+n时刻的虚拟转速增量，其中k为当前时刻；被控输出获取模块，用于基于离散化的vsg的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+n时刻的被控输出；输出方程获取模块，用于基于预测的虚拟转速增量和被控输出获得预测被控输出方程。

17、优选的，本发明实施例的上述装置中的预测被控输出方程为：

18、y3(k+1|k)＝sxδω′(k)+suδpm(k)+

19、sdδpe(k)+γω′(k)

20、其中，y3(k+1|k)表示被控输出量，sx、su、sd和γ分别为系数矩阵，δω′(k)表示虚拟转速增量，δpm(k)表示输入机械功率增量，δpe(k)表示电磁功率增量，ω′(k)表示虚拟转速。

21、根据本发明的第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

22、根据本发明的第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

23、根据本发明的第五方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

24、本发明所提出的vsg控制下的光储单元平滑并网方法和装置，在模型预测控制策略的基础上，引入了光储单元在从孤岛模式到并网模式的切换过程中角频率变化量对模型预测控制的加权系数进行自适应调整，优化了预同步过程中的频率、相位和电压响应特性，并且减小了孤岛转并网过程的电压电流冲击，提高了并网系统运行的稳定性。