基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制方法和系统与流程

本发明涉及基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制方法和系统，属于光储系统优化。

背景技术：

1、以风、光为代表的新能源大规模并网，在加快能源绿色低碳转型、推进“双碳”目标达成的同时，其随机波动性、不确定性以及通过最大功率点跟踪控制方式经变流器接入电网，与系统频率解耦，给电力系统的频率安全稳定运行带来严重风险。新能源场站具备一定调频能力，逐渐成为高比例新能源并网系统的技术要求和发展趋势。但通过附加调频控制的新能源场站，尤其是光伏场站，受限于自身备用容量，仍存在调频局限性。利用电网闲置、可调控储能装置附加调频的快速功率调节，与光伏场站共同参与调频，成为解决上述问题的有效手段之一。

2、目前，光伏调频有研究围绕可变减载运行、虚拟同步机技术、额外配置储能惯性响应等，提升光伏场站调频能力，改善系统频率响应特性。有研究提出通过减载光伏最大发电功率使光伏具备一定调频能力，相比于额外配置储能，具有更好的经济性；有研究提出包含下垂控制、虚拟惯性控制或两者组合的光伏附加调频控制方法，实现光伏参与电网调频；有研究提出光伏逆变器的虚拟同步机技术，模拟传统同步发电机的转子运动方程，使光伏系统具有类似于同步发电机的优良性能；有研究设计提出了与光伏逆变器高压侧共母线并联储能装置，采用虚拟同步机控制技术，使储能承担对系统频率变化的功率响应调节。但这些研究一方面没有考虑光伏有功备用调频在系统频率响应不同调节的自适应，另一方面未考虑利用电网闲置可控的储能，通过附加调频控制去提升光伏场站的频率调节贡献，因此调频效果和经济性仍有待提高。

3、进一步，中国专利(公布号:cn115833229 a)提供了一种基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频方法，包括：建立风储联合系统模型，进行风速区域划分，建立多变量模糊逻辑控制方法，在中风速区，dfig模拟电网惯性过程采取虚拟惯性控制，并采用超速减载控制提供调频备用，超级电容储能模拟电网一次调频过程采取虚拟下垂控制，在下垂特性的基础上根据频率偏差控制其有功功率输出。上述发明提供的基于多变量模糊逻辑控制的风储联合系统一次调频方法，能够实现对风电和储能参与一次调频的功率分配。

4、但上述方案以及现有技术的虚拟惯性因子系数和下垂控制系数，常根据频率调节裕度和调频功率备用设计进行取值，因而，虚拟惯性因子系数和下垂控制系数在具体场景中，取值一般保持不变，从而不能充分发挥储能的调频优势，无法确保风、光电渗透率电力系统后的频率稳定，无法有效解决新能源并网系统的频率安全稳定问题。

5、本背景技术中公开的信息仅用于理解本发明构思的背景，因此它可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的一在于提供一种通过构建惯性下垂控制模型、随动因子变化模型、输出功率计算模型、模糊控制优化模型和光储系统协同调频模型，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行的基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制方法。

2、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的二在于提供一种通过设置惯性下垂控制模块、随动因子变化模块、输出功率计算模块、模糊控制优化模块和光储系统协同调频模块，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行的基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制系统。

3、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的三在于提供一种基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子，从而利用虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子对虚拟惯性系数和下垂系数的值进行改变，从而能充分发挥储能的调频优势，确保风、光电渗透率电力系统后的频率稳定，有效解决新能源并网系统的频率安全稳定问题的基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制方法和系统。

4、为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：

5、基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制方法，包括以下步骤：

6、第一步，获取系统频率的偏差数据；

7、第二步，根据偏差数据，利用预先构建的惯性下垂控制模型，得到虚拟惯性系数和下垂系数；

8、第三步，根据虚拟惯性系数和下垂系数，通过预先构建的随动因子变化模型，并基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；

9、第四步，利用预先构建的输出功率计算模型，并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；

10、第五步，根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；

11、第六步，根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，通过预先构建的模糊控制优化模型，制定光储协同模糊控制规则表；

12、第七步，利用预先构建的光储系统协同调频模型，并根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制。

13、本发明经过不断探索以及试验，通过构建惯性下垂控制模型、随动因子变化模型、输出功率计算模型、模糊控制优化模型和光储系统协同调频模型，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行。

14、进一步，本发明基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，通过构建随动因子变化模型，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子，从而利用虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子对虚拟惯性系数和下垂系数的值进行改变，从而能充分发挥储能的调频优势，确保风、光电渗透率电力系统后的频率稳定，有效解决新能源并网系统的频率安全稳定问题。

15、作为优选技术措施：

16、所述第二步中，虚拟惯性系数和下垂系数的计算公式如下：

17、

18、

19、式中：kd为虚拟惯性系数，kp为下垂系数，pmpp为光伏最大发电功率，max(df/dt)为电网频率变化率允许最大值；△fmax为光伏参与电网频率最大调节深度。

20、作为优选技术措施：

21、所述第三步中，虚拟惯性控制参与因子的计算公式如下：

22、

23、式中，ld(t)为虚拟惯性控制参与因子，l0、lmax、r分别为决定ld(t)函数形态的三个参数，l0、lmax决定了函数初始值和终值的位置，r衡量函数变化快慢，三个参数均大于零，t为时间。

24、作为优选技术措施：

25、所述第三步中，下垂控制参与因子的计算公式如下：

26、

27、式中，lp(t)为下垂控制参与因子，l0、lmax、r分别为决定ld(t)函数形态的三个参数，l0、lmax决定了函数初始值和终值的位置，r衡量函数变化快慢，三个参数均大于零，t为时间。

28、作为优选技术措施：

29、所述第四步中，光伏附加调频控制输出功率指令的计算公式如下：

30、

31、式中，△ppv为光伏附加调频控制输出功率指令；kd、kp分别为虚拟惯性系数和下垂系数；△f为系统频率偏差，为系统频率变化率；ld(t)、lp(t)分别为虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子，在频率响应过程中会呈s形变化。

32、作为优选技术措施：

33、所述第五步中，光伏并网有功实时减载变化的计算公式如下：

34、

35、式中，△d为光伏减载变化，pd为系统频率正常时的光伏有功备用功率，ppv为光伏实时输出功率，pmmp为光伏最大跟踪点功率。

36、作为优选技术措施：

37、所述第六步中，制定光储协同模糊控制规则表的方法如下：

38、当系统频率偏差△f绝对值大或者光伏减载△d变化大时，应增大储能附加调频出力；

39、当系统频率偏差△f绝对值小或者光伏减载△d变化接近零时，应减小储能附加调频出力，使频率恢复稳定。

40、光储协同模糊控制规则表如下所示：

41、

42、其中，为储能附加调频功率指令，△f为系统频率偏差，△d为光伏减载，nb为负大模糊子集，nm为负中模糊子集，ns为负小模糊子集，zo为零模糊子集，ps为正小模糊子集，pm为正中模糊子集，pb为正大模糊子集。

43、作为优选技术措施：

44、所述第七步中，实现光储协同调频控制的方法如下：

45、s61，根据光储协同模糊控制规则表，获取若干输入模糊子集；

46、s62，根据若干输入模糊子集，并利用迈达尼型模糊语言控制器，进行推理运算，得到若干输出模糊子集，形成输出模糊集合；

47、s63，采用加权平均法，对输出模糊集合进行反模糊化，获取连续数值的储能附加调频指令

48、s64，根据储能附加调频指令对光储系统进行协同调频控制。

49、作为优选技术措施：

50、加权平均法为面积重心法积分计算的代数逼近方法，其对输出模糊子集的中心加权平均计算，其权重为对应模糊子集的高度。

51、为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：

52、基于模糊控制优化光储系统协同调频的控制系统，包括惯性下垂控制模块、随动因子变化模块、输出功率计算模块、模糊控制优化模块和光储系统协同调频模块；

53、惯性下垂控制模块，用于根据偏差数据，得到虚拟惯性系数和下垂系数；

54、随动因子变化模块，用于对虚拟惯性系数和下垂系数进行处理，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；

55、输出功率计算模块，用于根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；

56、模糊控制优化模块，用于根据光伏并网有功实时减载变化和偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；

57、光储系统协同调频模块，用于根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制。

58、本发明经过不断探索以及试验，通过设置惯性下垂控制模块、随动因子变化模块、输出功率计算模块、模糊控制优化模块和光储系统协同调频模块，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行。

59、进一步，本发明基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，通过设置随动因子变化模块，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子，从而利用虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子对虚拟惯性系数和下垂系数的值进行改变，从而能充分发挥储能的调频优势，确保风、光电渗透率电力系统后的频率稳定，有效解决新能源并网系统的频率安全稳定问题。

60、与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

61、本发明经过不断探索以及试验，通过构建惯性下垂控制模型、随动因子变化模型、输出功率计算模型、模糊控制优化模型和光储系统协同调频模型，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行。

62、本发明经过不断探索以及试验，通过设置惯性下垂控制模块、随动因子变化模块、输出功率计算模块、模糊控制优化模块和光储系统协同调频模块，得到虚拟惯性系数和下垂系数；再基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子；并根据虚拟惯性控制参与因子、下垂控制参与因子以及虚拟惯性系数和下垂系数，计算得到光伏附加调频控制输出功率指令；根据光伏附加调频控制输出功率指令，得到经光伏有功备用控制和变流器控制响应后的光伏并网有功实时减载变化；根据光伏并网有功实时减载变化以及偏差数据，制定光储协同模糊控制规则表；然后根据光储协同模糊控制规则表，实现光储协同调频控制，方案科学、合理，切实可行。

63、进一步，本发明基于虚拟惯性响应对频率扰动的影响以及频率跌落时间，计算得到虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子，从而利用虚拟惯性控制参与因子和下垂控制参与因子对虚拟惯性系数和下垂系数的值进行改变，从而能充分发挥储能的调频优势，确保风、光电渗透率电力系统后的频率稳定，有效解决新能源并网系统的频率安全稳定问题。