CN114944663B - 一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统 - Google Patents

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CN114944663B CN202210880722.5A CN202210880722A CN114944663B CN 114944663 B CN114944663 B CN 114944663B CN 202210880722 A CN202210880722 A CN 202210880722A CN 114944663 B CN114944663 B CN 114944663B
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Abstract

本发明涉及一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统，包括：在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；在虚拟励磁控制环节，获取变流器输出的内电势幅值；在电压外环虚拟电路控制环节，基于内电势虚拟相位角和内电势幅值计算电流内环参考值；在电流内环控制环节，基于所述‑电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；基于PWM发生器输出的触发脉冲对储能系统进行控制。本发明将储能变流器等效成具有同步发电机输出特性的可控电压源，能够更好地发挥储能系统功率吞吐灵活性优势，提升电网对于新能源发电的消纳水平。

Description

一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源并网控制技术领域，并且更具体地，涉及一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统。
背景技术
“碳达峰、碳中和”目标对于构建新型电力系统提出了新的要求，以光伏、风电为代表的新能源发电建设发展迅速。然而大规模新能源并网的出力间歇波动性与低阻尼低惯量问题给电力系统安全稳定运行带来了新的挑战。储能技术以其本身具有的灵活吞吐功率，长期储存能量等优点得到广泛应用。常见的储能技术包括机械储能、电磁储能和电化学储能等。
储能变流器是储能系统的核心部分。对应于不同应用场景，储能变流器传统控制策略主要包括：恒功率控制、恒压恒频控制以及下垂控制。恒功率控制以变流器输出功率为控制目标，根据给定功率参考值进行控制，依赖锁相环，用于并网运行工况。恒压恒频控制以变流器端电压幅值与频率为控制目标，根据端电压幅值和相位的参考值进行控制，用于孤岛运行工况。下垂控制模拟同步发电机P-f、Q-U下垂特性，具有自主调节能力，可运行于并网与孤岛多种工况。
传统的变流器控制策略，或依赖于锁相环并网，呈现电流源特性；或控制手段单一，使得系统呈现低惯量与欠阻尼状态。现有技术一的技术方案为：如图1所示，下垂控制以储能系统输出的电压幅值和频率作为参考对象，对储能系统输出的P和Q进行测量计算，借助Q-U和P-f解耦下的下垂特性进行电压U和频率f的调节，以维持系统的电压、频率平衡，典型控制如图1所示。下垂控制关系可表示为：
Figure 449337DEST_PATH_IMAGE001
，
其中， f为逆变器输出频率，
Figure 548880DEST_PATH_IMAGE002
为逆变器输出电压，
Figure 781410DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 195074DEST_PATH_IMAGE004
为逆变器实际输出功率，
Figure 813137DEST_PATH_IMAGE005
为额定输出频率，
Figure 286843DEST_PATH_IMAGE006
为额定输出电压，
Figure 6669DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 958444DEST_PATH_IMAGE008
为输出功率参考值，设
Figure 962172DEST_PATH_IMAGE009
为P-f下垂控制系数，
Figure 154251DEST_PATH_IMAGE010
为Q-U下垂控制系数。
现有技术一的缺点为：下垂控制模仿了同步机P-f、Q-U的调压调频外特性，但没有体现同步发电机对系统惯量和阻尼贡献的内特性。使得并网系统惯量特性和阻尼特性较差，频率稳定效果一般，抗负载扰动能力较弱。
因此，需要一种基于构网型变流器的储能系统控制方法。
发明内容
本发明提出一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统，以解决如何基于构网型变流器进行储能系统控制的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于构网型变流器的储能系统控制方法，所述方法包括：
在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；
在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；
在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值；
在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值；
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；
基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制。
优选地，其中所述在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率，包括：
在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；
当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure 610640DEST_PATH_IMAGE011
，
其中，
Figure 366106DEST_PATH_IMAGE012
为附加参考功率；
Figure 958761DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率； f为电网实际频率；
Figure 525003DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
优选地，其中所述在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角，包括：
Figure 203109DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 762266DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 475007DEST_PATH_IMAGE017
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角； J为虚拟转动惯量；
Figure 755028DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure 186009DEST_PATH_IMAGE019
为对应于传统同步机的输入机械功率；
Figure 283278DEST_PATH_IMAGE003
为变流器实际输出有功功率；
Figure 866837DEST_PATH_IMAGE020
为等效虚拟阻尼系数；
Figure 758570DEST_PATH_IMAGE021
为系统额定角速度；
Figure 676847DEST_PATH_IMAGE022
为有功参考指令；
Figure 577807DEST_PATH_IMAGE023
为附加参考功率；
Figure 750294DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率；f 为电网实际频率；
Figure 78507DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数；
Figure 218501DEST_PATH_IMAGE024
为虚拟阻尼系数；
Figure 923152DEST_PATH_IMAGE025
为隔直环节时间常数；
Figure 950145DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 449259DEST_PATH_IMAGE027
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure 342129DEST_PATH_IMAGE028
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间。
优选地，其中所述在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure 584892DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 466391DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure 401986DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 516573DEST_PATH_IMAGE032
为调节器增益；
Figure 297447DEST_PATH_IMAGE033
为比例积分选择因子；
Figure 564611DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 405528DEST_PATH_IMAGE035
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure 7411DEST_PATH_IMAGE036
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure 591976DEST_PATH_IMAGE037
为d轴的电流内环参考值；
Figure 448068DEST_PATH_IMAGE038
为滤波器时间常数；
Figure 459886DEST_PATH_IMAGE002
为储能变流器端电压；
Figure 80223DEST_PATH_IMAGE039
为变流器输出端电流；
Figure 219212DEST_PATH_IMAGE040
为调差电阻，
Figure 444657DEST_PATH_IMAGE041
为调差电抗；j表示复数；
Figure 830639DEST_PATH_IMAGE042
为励磁绕组时间常数；
Figure 407113DEST_PATH_IMAGE043
为暂态电势；
Figure 333481DEST_PATH_IMAGE044
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure 164165DEST_PATH_IMAGE045
为同步电抗；
Figure 783365DEST_PATH_IMAGE046
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
优选地，其中所述在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure 581557DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 311615DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 996806DEST_PATH_IMAGE048
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 786907DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 72395DEST_PATH_IMAGE050
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 340565DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 145842DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 106844DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 410787DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 233380DEST_PATH_IMAGE054
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure 408010DEST_PATH_IMAGE055
为支路总阻抗，
Figure 274335DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 534415DEST_PATH_IMAGE057
均为真实阻抗参数，
Figure 629541DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 658677DEST_PATH_IMAGE059
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
优选地，其中所述在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure 695903DEST_PATH_IMAGE060
，
其中，
Figure 443279DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 607675DEST_PATH_IMAGE062
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 491317DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 965024DEST_PATH_IMAGE064
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure 934117DEST_PATH_IMAGE065
和
Figure 636625DEST_PATH_IMAGE066
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure 640353DEST_PATH_IMAGE067
和
Figure 816120DEST_PATH_IMAGE068
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 475771DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure 981970DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure 840204DEST_PATH_IMAGE070
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure 655714DEST_PATH_IMAGE071
和
Figure 599399DEST_PATH_IMAGE072
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于构网型变流器的储能系统控制系统，所述系统包括：
虚拟调频控制模块，用于在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；
虚拟惯量和阻尼控制模块，用于在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；
虚拟励磁控制模块，用于在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值；
电压外环虚拟电路控制模块，用于在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值；
电流内环控制模块，用于在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；
脉冲控制模块，用于基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制。
优选地，其中所述虚拟调频控制模块，具体用于在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；
当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure 428728DEST_PATH_IMAGE011
，
其中，
Figure 344732DEST_PATH_IMAGE073
为附加参考功率；
Figure 127880DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率； f为电网实际频率；
Figure 762124DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数。
优选地，其中所述虚拟调频控制模块，还用于：
当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
优选地，其中所述虚拟惯量和阻尼控制模块，具体用于按照下述公式获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角：
Figure 610125DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 974110DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 131422DEST_PATH_IMAGE017
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角； J为虚拟转动惯量；
Figure 800432DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure 435813DEST_PATH_IMAGE019
为对应于传统同步机的输入机械功率；
Figure 123146DEST_PATH_IMAGE003
为变流器实际输出有功功率；
Figure 185780DEST_PATH_IMAGE020
为等效虚拟阻尼系数；
Figure 76507DEST_PATH_IMAGE021
为系统额定角速度；
Figure 781157DEST_PATH_IMAGE022
为有功参考指令；
Figure 322997DEST_PATH_IMAGE023
为附加参考功率；
Figure 822112DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率；f 为电网实际频率；
Figure 200135DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数；
Figure 177318DEST_PATH_IMAGE024
为虚拟阻尼系数；
Figure 839243DEST_PATH_IMAGE025
为隔直环节时间常数；
Figure 509259DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 374578DEST_PATH_IMAGE027
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure 952190DEST_PATH_IMAGE028
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间。
优选地，其中所述虚拟励磁控制模块，在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure 468622DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 60271DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure 662154DEST_PATH_IMAGE074
为内电势幅值；
Figure 246719DEST_PATH_IMAGE032
为调节器增益；
Figure 617658DEST_PATH_IMAGE033
为比例积分选择因子；
Figure 380208DEST_PATH_IMAGE075
和
Figure 203808DEST_PATH_IMAGE035
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure 592064DEST_PATH_IMAGE036
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure 817509DEST_PATH_IMAGE076
为d轴的电流内环参考值；
Figure 750961DEST_PATH_IMAGE038
为滤波器时间常数；
Figure 327436DEST_PATH_IMAGE002
为储能变流器端电压；
Figure 253803DEST_PATH_IMAGE077
为变流器输出端电流；
Figure 333755DEST_PATH_IMAGE040
为调差电阻，
Figure 703688DEST_PATH_IMAGE041
为调差电抗；j表示复数；
Figure 501879DEST_PATH_IMAGE042
为励磁绕组时间常数；
Figure 966359DEST_PATH_IMAGE078
为暂态电势； 为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure 166396DEST_PATH_IMAGE045
为同步电抗；
Figure 707230DEST_PATH_IMAGE079
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
优选地，其中所述电压外环虚拟电路控制模块，在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure 727138DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 260888DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 315432DEST_PATH_IMAGE048
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 761588DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 534371DEST_PATH_IMAGE050
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 606233DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 515283DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 132340DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 392420DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 267972DEST_PATH_IMAGE054
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure 375737DEST_PATH_IMAGE055
为支路总阻抗，
Figure 960433DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 911071DEST_PATH_IMAGE057
均为真实阻抗参数，
Figure 324735DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 208378DEST_PATH_IMAGE059
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
优选地，其中所述电流内环控制模块，在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure 416505DEST_PATH_IMAGE080
，
其中，
Figure 136330DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 353685DEST_PATH_IMAGE081
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 91834DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 736442DEST_PATH_IMAGE082
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure 752020DEST_PATH_IMAGE065
和
Figure 710749DEST_PATH_IMAGE083
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure 568983DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure 384493DEST_PATH_IMAGE085
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 813331DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure 372488DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure 85229DEST_PATH_IMAGE087
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure 71640DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 253354DEST_PATH_IMAGE089
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于构网型变流器的储能系统控制方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
本发明提供了一种基于构网型变流器的储能系统控制方法及系统，包括：在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值；在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值；在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制。本发明将储能变流器等效成具有同步发电机输出特性的可控电压源，通过虚拟调频控制、虚拟惯量和阻尼控制、在虚拟励磁控制、电压外环虚拟电路控制和电流内环控制获取参考电压，并将参考电压输出至PWM发生器，以根据PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制，能够更好地发挥储能系统功率吞吐灵活性优势，有利于平抑风电、光伏等新能源发电输出功率的波动，提供新能源并网的调压、调频、惯量支撑服务，提升电网对于新能源发电的消纳水平，促进新能源的开发与利用。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为下垂控制框图；
图2为根据本发明实施方式的基于构网型变流器的储能系统控制方法200的流程图；
图3为根据本发明实施方式的基于构网型变流器的储能系统控制框图；
图4为根据本发明实施方式的虚拟调频控制框图；
图5为根据本发明实施方式的虚拟惯量和阻尼控制框图；
图6为根据本发明实施方式的虚拟励磁控制框图；
图7为根据本发明实施方式的虚拟电路控制框图；
图8为根据本发明实施方式的电流内环控制框图；
图9为根据本发明实施方式的基于构网型变流器的储能系统控制系统400的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
传统的变流器控制策略，或依赖于锁相环并网，呈现电流源特性；或控制手段单一，使得系统呈现低惯量与欠阻尼状态。因此，借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程，使储能系统模拟同步机的优良特性，把电网构造型并网变换技术应用到储能变流器控制中，实现对系统的自主化调压调频和功率控制具有重要意义。
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于构网型变流器的储能系统控制方法，模拟同步发电机的无功调压、有功调频等特性，使储能系统提供电网需要的电压、频率和自主惯量支撑，更有利于平抑新能源出力波动，改善系统安全稳定运行问题。
图2为根据本发明实施方式的基于构网型变流器的储能系统控制方法200的流程图。如图2所示，本发明实施方式提供的基于构网型变流器的储能系统控制方法，将储能变流器等效成具有同步发电机输出特性的可控电压源，通过虚拟调频控制、虚拟惯量和阻尼控制、在虚拟励磁控制、电压外环虚拟电路控制和电流内环控制获取参考电压，并将参考电压输出至PWM发生器，以根据PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制，能够更好地发挥储能系统功率吞吐灵活性优势，有利于平抑风电、光伏等新能源发电输出功率的波动，提供新能源并网的调压、调频、惯量支撑服务，提升电网对于新能源发电的消纳水平，促进新能源的开发与利用。本发明实施方式提供的基于构网型变流器的储能系统控制方法200，从步骤201处开始，在步骤201，在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率。
优选地，其中所述在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率，包括：
在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；
当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure 350623DEST_PATH_IMAGE090
，
其中，
Figure 183449DEST_PATH_IMAGE091
为附加参考功率；
Figure 75182DEST_PATH_IMAGE092
为预设参考频率； f为电网实际频率；
Figure 478613DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
如图3所示，在本发明中，基于构网型变流器的储能系统控制方法采用的策略依次为：虚拟调频控制、虚拟惯量和阻尼控制、虚拟励磁控制环节、外环虚拟电路控制、电流内环控制和脉冲控制。
结合图3和图4所示，在本发明的实施方式中，在虚拟调频控制环节，模拟同步发电机组原动机的调速器特性，简化考虑其有功功率-频率特性。具体地，变流器检测电网实际频率，并与预设参考频率进行对比后，经过死区控制，在死区控制中，若频率偏差超过预设频率死区宽度阈值，则按实际偏差输出；否则输出为0。再将输出的频率偏差量乘以下垂系数，即可得到附加参考功率。储能变流器以此实现自主响应电力系统频率变化的一次调频。
在本发明的实施方式中，虚拟调频控制模型表示如下：
Figure 379573DEST_PATH_IMAGE093
Figure 66906DEST_PATH_IMAGE094
，
其中，
Figure 395119DEST_PATH_IMAGE095
为附加参考功率；
Figure 285846DEST_PATH_IMAGE092
为预设参考频率； f为从网侧采集电压信号计算出的实测频率；
Figure 724917DEST_PATH_IMAGE096
为预设频率死区宽度阈值；
Figure 266757DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数，为适应储能运行条件灵活选取，如储能电池荷电状态SOC水平过高或过低时调节此系数，改变电池参加一次调频的能力，实现系统优化运行。
若所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值，则频率偏差量输出0，相应地，可以得到附加参考功率为0。
在步骤202，在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角。
优选地，其中所述在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角，包括：
Figure 765872DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 143894DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 386657DEST_PATH_IMAGE017
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角； J为虚拟转动惯量；
Figure 48582DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure 718598DEST_PATH_IMAGE019
为对应于传统同步机的输入机械功率；
Figure 318338DEST_PATH_IMAGE003
为变流器实际输出有功功率；
Figure 364791DEST_PATH_IMAGE020
为等效虚拟阻尼系数；
Figure 677961DEST_PATH_IMAGE021
为系统额定角速度；
Figure 269611DEST_PATH_IMAGE022
为有功参考指令；
Figure 605914DEST_PATH_IMAGE023
为附加参考功率；
Figure 190479DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率；f 为电网实际频率；
Figure 561418DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数；
Figure 776498DEST_PATH_IMAGE024
为虚拟阻尼系数；
Figure 413147DEST_PATH_IMAGE025
为隔直环节时间常数；
Figure 535824DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 26848DEST_PATH_IMAGE027
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure 412830DEST_PATH_IMAGE028
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间。
结合图3和图5所示，在本发明的实施方式中，在虚拟惯量和阻尼控制环节，模拟同步发电机转子运动方程，在控制中引入惯量与阻尼环节，增强变流器柔性并网特性。具体地，将虚拟调频控制环节得到的附加参考功率与有功参考指令之和作为变流器虚拟机械功率，将变流器实际输出有功功率作为虚拟电磁功率，二者之差经过惯量和阻尼控制环节后得到储能变流器虚拟转速，积分可得虚拟内电势虚拟相位角。控制模型表示如下：
Figure 474458DEST_PATH_IMAGE097
，
其中， J为虚拟转动惯量，为适应储能运行条件灵活选取，如储能电池SOC水平过低时，应当减小 J，避免过度放电；
Figure 197563DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure 543094DEST_PATH_IMAGE098
为对应于传统同步机的输入机械功率；
Figure 99977DEST_PATH_IMAGE099
为变流器实际输出有功功率；
Figure 648902DEST_PATH_IMAGE020
为等效虚拟阻尼系数；
Figure 378960DEST_PATH_IMAGE100
为系统额定角速度；
Figure 578997DEST_PATH_IMAGE101
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角；
Figure 103520DEST_PATH_IMAGE102
为有功参考指令；
Figure 139740DEST_PATH_IMAGE103
为附加参考功率；
Figure 673489DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数；
Figure 728033DEST_PATH_IMAGE092
为预设参考频率；f 为实测频率；S为拉普拉斯算子。
为增强虚拟阻尼控制能力，
Figure 423457DEST_PATH_IMAGE020
由并联的两部分组成：
Figure 946973DEST_PATH_IMAGE104
，
其中，
Figure 18834DEST_PATH_IMAGE105
为虚拟阻尼系数，
Figure 927884DEST_PATH_IMAGE106
为隔直环节时间常数，
Figure 59788DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 70601DEST_PATH_IMAGE108
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数，
Figure 946153DEST_PATH_IMAGE109
为转速偏差放大倍数。
在步骤203，在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值。
优选地，其中所述在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure 444130DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 746936DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure 245044DEST_PATH_IMAGE110
为内电势幅值；
Figure 658708DEST_PATH_IMAGE111
为调节器增益；
Figure 542350DEST_PATH_IMAGE112
为比例积分选择因子；
Figure 750478DEST_PATH_IMAGE113
和
Figure 470303DEST_PATH_IMAGE114
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure 687658DEST_PATH_IMAGE115
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure 425807DEST_PATH_IMAGE116
为d轴的电流内环参考值；
Figure 70415DEST_PATH_IMAGE117
为滤波器时间常数；
Figure 265818DEST_PATH_IMAGE118
为储能变流器端电压；
Figure 21284DEST_PATH_IMAGE119
为变流器输出端电流；
Figure 676256DEST_PATH_IMAGE120
为调差电阻，
Figure 429449DEST_PATH_IMAGE121
为调差电抗；j表示复数；
Figure 920604DEST_PATH_IMAGE122
为励磁绕组时间常数；
Figure 479761DEST_PATH_IMAGE123
为暂态电势；
Figure 192502DEST_PATH_IMAGE124
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure 929645DEST_PATH_IMAGE125
为同步电抗；
Figure 95048DEST_PATH_IMAGE126
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
结合图3和图6所示，在本发明的实施方式中，在虚拟励磁控制环节，模拟同步发电机励磁系统特性，并引入同步发电机三阶实用模型中的电磁方程以准确模拟励磁动态特性：
Figure 926737DEST_PATH_IMAGE127
，
其中，
Figure 759564DEST_PATH_IMAGE128
为励磁绕组时间常数；
Figure 667608DEST_PATH_IMAGE129
为暂态电势；
Figure 320307DEST_PATH_IMAGE130
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure 221267DEST_PATH_IMAGE131
为d轴电流分量；
Figure 456070DEST_PATH_IMAGE132
为同步电抗；
Figure 784283DEST_PATH_IMAGE133
为d轴暂态电抗。
首先采集储能变流器输出端电压与电流，经过调差环节后得到虚拟励磁调压器实际电压信号：
Figure 924277DEST_PATH_IMAGE134
，
其中，
Figure 363349DEST_PATH_IMAGE135
为计算得到的虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure 390342DEST_PATH_IMAGE136
为滤波器时间常数；
Figure 155036DEST_PATH_IMAGE137
为储能变流器端电压；
Figure 516747DEST_PATH_IMAGE138
为变流器输出端电流；
Figure 759509DEST_PATH_IMAGE139
为调差电阻，
Figure 906588DEST_PATH_IMAGE140
为调差电抗，可使虚拟调节控制系统具有适当的调差特性。该调差环节的引入可以防止并联运行的发电设备同时调一个母线电压时引起振荡。
之后将该电压信号实际值与参考值进行比较，采用串联PID控制方法调节虚拟励磁控制环节的增益及动态特性，控制模型表示如下：
Figure 576604DEST_PATH_IMAGE141
，
其中，
Figure 691190DEST_PATH_IMAGE142
为内电势幅值，对应暂态电势
Figure 737644DEST_PATH_IMAGE143
；
Figure 739229DEST_PATH_IMAGE144
为调节器增益；
Figure 580146DEST_PATH_IMAGE145
为比例积分选择因子；
Figure 182029DEST_PATH_IMAGE113
、
Figure 766594DEST_PATH_IMAGE114
为电压调节器时间常数；
Figure 888265DEST_PATH_IMAGE146
为励磁调压器参考电压；
Figure 900083DEST_PATH_IMAGE147
为计算得励磁调压器实际电压信号；
Figure 989262DEST_PATH_IMAGE148
为d轴的电流内环参考值，对应于
Figure 111938DEST_PATH_IMAGE131
。
在步骤204，在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值。
优选地，其中所述在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure 88116DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 536415DEST_PATH_IMAGE149
和
Figure 847310DEST_PATH_IMAGE150
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 773678DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 869941DEST_PATH_IMAGE050
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 223562DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 21754DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 751812DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 702582DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 23842DEST_PATH_IMAGE054
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure 512592DEST_PATH_IMAGE055
为支路总阻抗，
Figure 780762DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 382776DEST_PATH_IMAGE057
均为真实阻抗参数，
Figure 343779DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 116563DEST_PATH_IMAGE059
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
结合图3和图7所示，在本发明的实施方式中，在电压外环虚拟电路控制环节，由虚拟内电势
Figure 673577DEST_PATH_IMAGE151
生成电流内环参考值。规定内电势在dq轴参考值为
Figure 848207DEST_PATH_IMAGE152
和
Figure 714532DEST_PATH_IMAGE153
，并以虚拟相位角分解端电压
Figure 974612DEST_PATH_IMAGE154
得到端电压dq轴分量
Figure 335317DEST_PATH_IMAGE155
、
Figure 364453DEST_PATH_IMAGE156
。计算参考电流得：
Figure 667258DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 149055DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 47872DEST_PATH_IMAGE048
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 931514DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 405221DEST_PATH_IMAGE050
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 374314DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 88541DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 92269DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 736877DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 193266DEST_PATH_IMAGE054
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure 496202DEST_PATH_IMAGE055
为支路总阻抗，
Figure 88858DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 904367DEST_PATH_IMAGE057
均为真实阻抗参数，
Figure 598785DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 157942DEST_PATH_IMAGE059
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
其中，电流限幅方法为等比例虚拟阻抗法，即设定虚拟阻抗与真实阻抗的夹角相同，幅值不同。计算如下：
Figure 870683DEST_PATH_IMAGE157
，
其中，
Figure 325935DEST_PATH_IMAGE158
为实际总电流值；
Figure 507649DEST_PATH_IMAGE159
为总电流限幅值，根据系统侧交流电压的低压限流曲线确定。
在步骤205，在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压。
优选地，其中所述在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure 604918DEST_PATH_IMAGE060
，
其中，
Figure 437745DEST_PATH_IMAGE160
和
Figure 329477DEST_PATH_IMAGE161
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 998487DEST_PATH_IMAGE162
和
Figure 899447DEST_PATH_IMAGE163
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure 321201DEST_PATH_IMAGE164
和
Figure 649414DEST_PATH_IMAGE165
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure 540141DEST_PATH_IMAGE166
和
Figure 244792DEST_PATH_IMAGE167
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 786632DEST_PATH_IMAGE168
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure 285746DEST_PATH_IMAGE169
和
Figure 663769DEST_PATH_IMAGE170
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure 906532DEST_PATH_IMAGE171
和
Figure 302878DEST_PATH_IMAGE172
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
在步骤206，基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制。
结合图3和图8所示，在本发明的实施方式中，在电流内环控制环节，采用电流内环控制实现对电流参考值快速无差跟踪。采集变流器输出电流实际值，与电流参考值作差后经过PI控制及交叉耦合项的前馈控制得到输出信号，控制方程如下所示：
Figure 972894DEST_PATH_IMAGE173
，
其中，
Figure 634950DEST_PATH_IMAGE160
、
Figure 415824DEST_PATH_IMAGE161
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 932256DEST_PATH_IMAGE162
、
Figure 523906DEST_PATH_IMAGE163
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure 125789DEST_PATH_IMAGE164
、
Figure 710354DEST_PATH_IMAGE165
和
Figure 81292DEST_PATH_IMAGE166
、
Figure 843843DEST_PATH_IMAGE167
分别分别为在d轴和q轴下的变流器注入电网电流实际值和参考值；
Figure 667442DEST_PATH_IMAGE174
、
Figure 790119DEST_PATH_IMAGE170
为电流状态反馈量；
Figure 15564DEST_PATH_IMAGE171
、
Figure 949016DEST_PATH_IMAGE172
为PI控制参数。
之后依据虚拟相位角
Figure 525491DEST_PATH_IMAGE175
对内电势控制输出信号
Figure 248596DEST_PATH_IMAGE160
、
Figure 79280DEST_PATH_IMAGE161
进行派克反变换得到三相静止坐标系下的电压参考波。
然后，再将电压参考波送至PWM发生器，用于生成满足控制需要的触发脉冲，从而完成整体输出控制。
本发明的基于构网型变流器的储能系统控制方法，在储能系统变流器控制中引入基于三阶同步发电机模型的机械方程与电磁方程，实现有功-调频、无功-调压的构网型控制,使得储能变流器对外等效成可控电压源，有效平抑新能源发电功率波动，为具有低惯量、弱阻尼特点的新型电力系统提供电压、频率和惯量主动支撑。
储能系统的研究与发展对于可再生能源开发与利用具有重要意义。基于储能系统自身功率吞吐的灵活性和可长期存储能量的特点，配合具有主动支撑能力的变流器控制策略，储能系统能够平抑新能源发电出力波动，对于系统频率与电压起到主动支撑作用，对电网的安全稳定运行产生积极影响。具有主动支撑能力的储能系统具有更独立灵活的控制手段和更宽广的控制范围，拥有极高的研究价值及工程应用前景。
图9为根据本发明实施方式的基于构网型变流器的储能系统控制系统400的结构示意图。如图9所示，本发明实施方式提供的基于构网型变流器的储能系统控制系统400，包括：虚拟调频控制模块401、虚拟惯量和阻尼控制模块402、虚拟励磁控制模块403、电压外环虚拟电路控制模块404、电流内环控制模块405和脉冲控制模块406。
优选地，所述虚拟调频控制模块401，用于在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率。
优选地，其中所述虚拟调频控制模块401，具体用于在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；
当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure 698480DEST_PATH_IMAGE176
，
其中，
Figure 496672DEST_PATH_IMAGE177
为附加参考功率；
Figure 226731DEST_PATH_IMAGE178
为预设参考频率； f为电网实际频率；
Figure 646342DEST_PATH_IMAGE179
为下垂系数。
优选地，其中所述虚拟调频控制模块401，还用于：
当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
优选地，所述虚拟惯量和阻尼控制模块402，用于在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角。
优选地，其中所述虚拟惯量和阻尼控制模块402，具体用于按照下述公式获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角：
Figure 436443DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 721931DEST_PATH_IMAGE016
，
其中，
Figure 990102DEST_PATH_IMAGE017
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角； J为虚拟转动惯量；
Figure 795378DEST_PATH_IMAGE018
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure 756380DEST_PATH_IMAGE019
为对应于传统同步机的输入机械功率；
Figure 263585DEST_PATH_IMAGE003
为变流器实际输出有功功率；
Figure 335446DEST_PATH_IMAGE020
为等效虚拟阻尼系数；
Figure 260808DEST_PATH_IMAGE021
为系统额定角速度；
Figure 127133DEST_PATH_IMAGE022
为有功参考指令；
Figure 387213DEST_PATH_IMAGE023
为附加参考功率；
Figure 997186DEST_PATH_IMAGE013
为预设参考频率；f 为电网实际频率；
Figure 777054DEST_PATH_IMAGE014
为下垂系数；
Figure 814280DEST_PATH_IMAGE024
为虚拟阻尼系数；
Figure 561657DEST_PATH_IMAGE025
为隔直环节时间常数；
Figure 975320DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 394714DEST_PATH_IMAGE027
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure 71683DEST_PATH_IMAGE028
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间。
优选地，所述虚拟励磁控制模块403，用于在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值。
优选地，其中所述虚拟励磁控制模块403，在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure 40776DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 992552DEST_PATH_IMAGE030
，
其中，
Figure 747012DEST_PATH_IMAGE180
为内电势幅值；
Figure 922778DEST_PATH_IMAGE144
为调节器增益；
Figure 379168DEST_PATH_IMAGE181
为比例积分选择因子；
Figure 885366DEST_PATH_IMAGE182
和
Figure 743601DEST_PATH_IMAGE183
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure 559110DEST_PATH_IMAGE146
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure 502796DEST_PATH_IMAGE184
为d轴的电流内环参考值；
Figure 547106DEST_PATH_IMAGE185
为滤波器时间常数；
Figure 259847DEST_PATH_IMAGE186
为储能变流器端电压；
Figure 980678DEST_PATH_IMAGE187
为变流器输出端电流；
Figure 411660DEST_PATH_IMAGE188
为调差电阻，
Figure 259661DEST_PATH_IMAGE189
为调差电抗；j表示复数；
Figure 826909DEST_PATH_IMAGE190
为励磁绕组时间常数；
Figure 984221DEST_PATH_IMAGE191
为暂态电势；
Figure 902498DEST_PATH_IMAGE192
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure 288611DEST_PATH_IMAGE193
为同步电抗；
Figure 772682DEST_PATH_IMAGE194
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
优选地，所述电压外环虚拟电路控制模块404，用于在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值。
优选地，其中所述电压外环虚拟电路控制模块404，在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure 100895DEST_PATH_IMAGE047
，
其中，
Figure 991622DEST_PATH_IMAGE037
和
Figure 696273DEST_PATH_IMAGE048
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 238113DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 737227DEST_PATH_IMAGE050
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 115250DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 92433DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 754359DEST_PATH_IMAGE031
为内电势幅值；
Figure 424374DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 289693DEST_PATH_IMAGE054
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure 70568DEST_PATH_IMAGE055
为支路总阻抗，
Figure 587000DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 427917DEST_PATH_IMAGE057
均为真实阻抗参数，
Figure 780532DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 365097DEST_PATH_IMAGE059
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
优选地，所述电流内环控制模块405，用于在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压。
优选地，其中所述电流内环控制模块405，在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure 736035DEST_PATH_IMAGE060
，
其中，
Figure 747854DEST_PATH_IMAGE160
和
Figure 322186DEST_PATH_IMAGE195
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 710442DEST_PATH_IMAGE196
和
Figure 935887DEST_PATH_IMAGE197
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure 853027DEST_PATH_IMAGE164
和
Figure 180234DEST_PATH_IMAGE198
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure 106602DEST_PATH_IMAGE199
和
Figure 186553DEST_PATH_IMAGE200
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 805754DEST_PATH_IMAGE168
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure 354678DEST_PATH_IMAGE169
和
Figure 819157DEST_PATH_IMAGE170
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure 815932DEST_PATH_IMAGE171
和
Figure 91187DEST_PATH_IMAGE172
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
优选地，所述脉冲控制模块406，用于基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制。
本发明的实施例的基于构网型变流器的储能系统控制系统400与本发明的另一个实施例的基于构网型变流器的储能系统控制方法200相对应，在此不再赘述。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于构网型变流器的储能系统控制方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于构网型变流器的储能系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；
在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；
在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值；
在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值；
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；
基于脉冲宽度调制PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制；
其中，所述在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角；J为虚拟转动惯量；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为对应于传统同步机的输入机械功率；P为变流器实际输出有功功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为等效虚拟阻尼系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为系统额定角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为有功参考指令；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为附加参考功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为预设参考频率；f为电网实际频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为下垂系数；D为虚拟阻尼系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为隔直环节时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间；
其中，所述在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为内电势幅值；K为调节器增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为比例积分选择因子；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为d轴的电流内环参考值；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为滤波器时间常数；U为储能变流器端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为变流器输出端电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为调差电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为调差电抗；j表示复数；
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为励磁绕组时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为暂态电势；
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为同步电抗；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率，包括：
在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；
当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为附加参考功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为预设参考频率；f为电网实际频率；
Figure 240811DEST_PATH_IMAGE037
为下垂系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure DEST_PATH_IMAGE040
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure DEST_PATH_IMAGE042
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为内电势幅值；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure DEST_PATH_IMAGE047
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为支路总阻抗，R和X均为真实阻抗参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure DEST_PATH_IMAGE050
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure 580787DEST_PATH_IMAGE051
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure DEST_PATH_IMAGE053
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure DEST_PATH_IMAGE055
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE059
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure DEST_PATH_IMAGE060
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure DEST_PATH_IMAGE062
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure DEST_PATH_IMAGE064
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
6.一种基于构网型变流器的储能系统控制系统，其特征在于，所述系统包括：
虚拟调频控制模块，用于在虚拟调频控制环节，基于电网实际频率获取附加参考功率；
虚拟惯量和阻尼控制模块，用于在虚拟惯量和阻尼控制环节，基于所述附加参考功率获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角；
虚拟励磁控制模块，用于在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值；
电压外环虚拟电路控制模块，用于在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值；
电流内环控制模块，用于在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压；
脉冲控制模块，用于基于PWM发生器根据所述参考电压输出的触发脉冲对储能系统进行控制；
其中，所述虚拟惯量和阻尼控制模块，具体用于按照下述公式获取储能变流器输出的内电势虚拟相位角：
Figure 65252DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
为储能变流器输出的内电势虚拟相位角；J为虚拟转动惯量；
Figure DEST_PATH_IMAGE069
为变流器输出内电势虚拟角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为对应于传统同步机的输入机械功率；P为变流器实际输出有功功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为等效虚拟阻尼系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为系统额定角速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为有功参考指令；
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为附加参考功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为预设参考频率；f为电网实际频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为下垂系数；D为虚拟阻尼系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为隔直环节时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE078
和
Figure DEST_PATH_IMAGE079
分别为第一移相环节时间常数和第二移相环节时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为转速偏差放大倍数；S为拉普拉斯算子；t为时间；
其中，所述虚拟励磁控制模块，在虚拟励磁控制环节，基于储能变流器的输出端电压和输出端电流获取变流器输出的内电势幅值，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE081
，
其中，
Figure 419049DEST_PATH_IMAGE082
为内电势幅值；K为调节器增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE083
为比例积分选择因子；
Figure DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure DEST_PATH_IMAGE085
分别为第一电压调节器时间常数和第二电压调节器时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE086
为预设励磁调压器参考电压阈值；V为虚拟励磁调压器实际电压信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为d轴的电流内环参考值；
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为滤波器时间常数；U为储能变流器端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为变流器输出端电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为调差电阻，
Figure DEST_PATH_IMAGE091
为调差电抗；j表示复数；
Figure DEST_PATH_IMAGE092
为励磁绕组时间常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE093
为暂态电势；
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为与励磁电压呈线性关系的强制空载电动势；
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为同步电抗；
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为d轴暂态电抗；S为拉普拉斯算子。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述虚拟调频控制模块，具体用于在虚拟调频控制环节，将所述电网实际频率与预设参考频率进行比较，获取频率偏差绝对值；当所述频率偏差绝对值大于等于预设频率死区宽度阈值时，利用如下公式确定所述附加参考功率，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE097
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE098
为附加参考功率；
Figure DEST_PATH_IMAGE099
为预设参考频率；f为电网实际频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为下垂系数。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述虚拟调频控制模块，还用于当所述频率偏差绝对值小于预设频率死区宽度阈值时，确定所述附加参考功率为0。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电压外环虚拟电路控制模块，在电压外环虚拟电路控制环节，基于所述内电势幅值计算电流内环参考值，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE101
，
其中，
Figure 141410DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure DEST_PATH_IMAGE102
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure 760610DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 496485DEST_PATH_IMAGE042
分别为风机在d轴和q轴的虚拟内电势，
Figure 960965DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，
Figure DEST_PATH_IMAGE105
为内电势幅值；
Figure 6674DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 78667DEST_PATH_IMAGE047
分别为风机在d轴和q轴的实测端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE106
为支路总阻抗，R和X均为真实阻抗参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE107
和
Figure 364155DEST_PATH_IMAGE050
均为虚拟阻抗参数；j表示复数。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电流内环控制模块，在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值和内电势虚拟相位角确定三相静止坐标系下的参考电压，包括：
在电流内环控制环节，基于所述电流内环参考值确定内电势控制输出信号，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE108
，
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE109
和
Figure DEST_PATH_IMAGE110
分别为在d轴和q轴下的内电势控制输出信号；
Figure 475068DEST_PATH_IMAGE111
和
Figure DEST_PATH_IMAGE112
分别为在d轴和q轴下的变流器端电压；
Figure DEST_PATH_IMAGE113
和
Figure DEST_PATH_IMAGE114
分别为在d轴和q轴下变流器注入电网的电流实际值；
Figure DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure DEST_PATH_IMAGE116
分别为在d轴和q轴下的电流内环参考值；
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为变流器输出内电势虚拟角速度；L为输出线路上的电感；
Figure DEST_PATH_IMAGE118
和
Figure DEST_PATH_IMAGE119
分别构成为在q轴和d轴下的电流状态反馈量；
Figure DEST_PATH_IMAGE120
和
Figure DEST_PATH_IMAGE121
均为PI控制参数；S为拉普拉斯算子；
基于所述内电势虚拟相位角对所述内电势控制输出信号进行派克反变换，以获取三相静止坐标系下的参考电压。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求11中所述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
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Application publication date: 20220826

Assignee: Jinfeng Technology Co.,Ltd.

Assignor: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

Contract record no.: X2024980001757

Denomination of invention: A Control Method and System for Energy Storage System Based on Grid Converter

Granted publication date: 20220923

License type: Common License

Record date: 20240131