CN114977297A - 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备 - Google Patents

虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114977297A
CN114977297A CN202210685808.2A CN202210685808A CN114977297A CN 114977297 A CN114977297 A CN 114977297A CN 202210685808 A CN202210685808 A CN 202210685808A CN 114977297 A CN114977297 A CN 114977297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vsg
unit
constraint
transfer function
constraint condition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210685808.2A
Other languages
English (en)
Inventor
韩璟琳
赵辉
胡平
陈志永
周京龙
刘长江
刘一欣
郭力
李新宸
王聪
侯若松
宋航程
李铁良
赵杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Economic and Technological Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Economic and Technological Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Hebei Electric Power Co Ltd, Economic and Technological Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202210685808.2A priority Critical patent/CN114977297A/zh
Publication of CN114977297A publication Critical patent/CN114977297A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • H02J3/241—The oscillation concerning frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本申请适用于微电网技术领域，提供了虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法方法、装置及终端设备，该方法包括：构建微电网等效模型，确定微电网等效模型的传递函数；基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数；基于与多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。本申请提供了一种即可满足系统期望惯量水平和动态性能需求，又受VSG单元自身功率及能量约束的虚拟惯量和阻尼系数可行域的构建方法。

Description

虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备
技术领域
本申请属于微电网技术领域，尤其涉及虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备。
背景技术
近年来，以光伏、风电为主的可再生能源在电力系统中得到广泛应用，但可再生能源受气候、光照等环境因素的影响较大，因此在现实生活中通常为传统同步发电机(SG)和可再生能源的分布式电源构成交流微电网。
与传统同步发电机相比，分布式能源基于电力电子接口并入电网时其本身并不具备旋转惯性，导致微电网的稳定性和可靠性降低。现有研究中，人们采用了虚拟同步发电机(VSG)控制策略，使分布式电源具有可调的惯量和阻尼系数，可以解决传统同步发电机与分布式电源构成的交流微电网惯量低的问题，为未来的新型电力系统提供了参考和借鉴。
但现有的研究方案中，均没有给出一种即可满足系统期望的惯量水平和动态性能需求，又受VSG单元自身物理属性约束的虚拟惯量和阻尼系数可行域的构建方法。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备，用于满足电网系统期望的惯量水平和动态性能参数的同时，又受VSG单元自身约束的虚拟惯量和阻尼系数可行域的构建方法。
本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法，应用于智能系统ESS中变流器的VSG控制策略，包括：构建微电网等效模型，确定微电网等效模型的传递函数；基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，其中，多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数；基于与多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
在第一方面的一种可能的实现方式中，微电网等效模型包括同步发电机SG单元、ESS和负荷，ESS包括变流器，VSG控制策略应用于变流器，VSG单元为采用VSG控制策略的变流器。多个约束条件包括系统约束条件和VSG单元约束条件，系统约束条件为保证微电网系统安全运行的约束条件，VSG单元约束条件为保证VSG单元安全运行的约束条件。系统约束条件包括系统频率稳定约束条件和系统动态性能约束条件，系统频率稳定约束条件包括SG单元最小频率值和SG单元最大频率变化率，系统动态性能约束条件包括系统阻尼比、暂态调节时间和暂态功率平滑时间。VSG单元约束条件包括VSG单元输出的有功功率和VSG单元输出的能量。
在第一方面的一种可能的实现方式中，传递函数包括第一传递函数和第二传递函数。确定微电网等效模型的传递函数，包括：
基于微电网等效模型，确定SG单元控制策略，SG单元控制策略的表达式为：
Figure BDA0003697788330000021
式中，Pm为SG的机械功率，ωsg为SG的转子角频率，ω0为基准角频率，kp为SG调速器的比例系数，ki为SG调速器的积分系数，τ为SG调速器延时环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，Hsg表示SG的转动惯量，Psg为SG的有功功率，Dsg为SG的阻尼系数。
基于微电网等效模型，确定VSG单元控制策略，VSG单元控制策略的表达式为：
Figure BDA0003697788330000022
式中，ωvsg为VSG单元角频率，ωvsg与ωsg相同，Pref为VSG单元输出的有功功率的参考值，Pref＝0，Pvsg为VSG单元输出的有功功率的输出值，Hvsg为VSG单元的虚拟转动惯量，Dvsg为VSG单元的阻尼系数，Vref为VSG单元电压参考值，kq为无功下垂系数，Qref为VSG单元输出的无功功率的参考值，Qvsg为VSG单元输出的无功功率的输出值，V0为基准电压。
基于SG单元控制策略和VSG单元控制策略，确定第一传递函数和第二传递函数：
第一传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000023
第二传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000024
式中，
Figure BDA0003697788330000025
为负荷发生扰动时VSG单元角频率的第一传递函数，
Figure BDA0003697788330000026
为负荷发生扰动时VSG单元输出的有功功率的第二传递函数，Heq为微电网系统的转动惯量，Heq＝Hsg+Hvsg，Deq为微电网系统的阻尼系数，Deq＝Dsg+Dvsg+kp。
在第一方面的一种可能的实现方式中，基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，包括：基于第一传递函数，建立第一约束条件、第三约束条件和第四约束条件；基于第一传递函数和负荷扰动量，建立第二约束条件；基于负荷扰动量，建立第五约束条件和第七约束条件；基于第二传递函数和负荷扰动量，建立第六约束条件。
在第一方面的一种可能的实现方式中，建立多个约束条件的步骤，包括：
建立第一约束条件，包括：
基于第一传递函数，推导出系统频率时域的表达式，系统频率时域的表达式为：
Figure BDA0003697788330000031
式中，ρ代指Deq 2-8Heqki，ΔPload为负荷扰动量；
基于系统频率的时域表达式，推导出SG单元最小频率值，SG单元最小频率值即第一约束条件，该第一约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000032
式中，fnadir为SG单元最小频率值，tnadir为SG单元最小频率时对应的时刻。
建立第二约束条件，包括：
基于第一传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量时SG单元最大频率变化率，SG单元最大频率变化率即第二约束条件，该第二约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000033
建立第三约束条件，包括：
基于第一传递函数，获得系统闭环特征方程，该系统闭环特征方程的表达式为：
2Heqs2+Deqs+ki＝0
将系统闭环特征方程与二阶特征方程标准形式进行对比，获得系统阻尼比和自然频率，系统阻尼比的表达式和自然频率的表达式如下：
Figure BDA0003697788330000034
式中，ξ为系统阻尼比，系统阻尼比ξ为第三约束条件；
Figure BDA0003697788330000035
式中，ωn为自然频率。
建立第四约束条件，包括：
基于获得的系统阻尼比和自然频率，推导暂态调节时间，暂态调节时间即第四约束条件，该第四约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000041
式中，ts为暂态调节时间。
建立第五约束条件，包括：
基于负荷扰动量，推导出VSG单元输出的能量，VSG单元输出的能量即第五约束条件，该第五约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000042
式中，ΔE为VSG单元输出的能量，a代指
Figure BDA0003697788330000043
b代指2DvsgHeq-HvsgDeq，c代指
Figure BDA0003697788330000044
d代指4Heq。
建立第六约束条件，包括：
基于第二传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量瞬间VSG单元输出的有功功率，VSG单元输出的有功功率即第六约束条件，该第六约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000045
式中，ΔPvsg(0+)为VSG单元输出的有功功率。
建立第七约束条件，包括：
基于负荷扰动量和VSG单元输出的能量，计算暂态功率平滑时间，暂态功率平滑时间即第七约束条件，该第七约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000046
式中，Ts为暂态功率平滑时间。
在第一方面的一种可能的实现方式中，基于与多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，包括：
多个预设阈值对应解析多个约束条件后，获得虚拟惯量及阻尼系数的多个可行域；
计算多个可行域的交集，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
在第一方面的一种可能的实现方式中，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域后，验证虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，包括：
将第一可行域中的虚拟惯量和阻尼系数带入到第一不等式和第二不等式中，第一不等式的表达式为：
ΔE(Hvsg，Dvsg)≤Emax
第二不等式的表达式为：
Pvsg(0+)(Hvsg)≤Pvsg(0+)max
式中，ΔE(HvsgA,DvsgA)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的能量，Emax为VSG单元输出的能量的上限，Pvsg(0+)(Hvsg)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的有功功率，Pvsg(0+)max为VSG单元输出的有功功率的上限。
判定第一可行域是否构建完成。若第一不等式和第二不等式都成立，则第一可行域构建完成；若第一不等式和第二不等式至少有一个不成立，则需要调整预设阈值，直至第一不等式和第二不等式都成立。
其中，若第一不等式不成立，需调整系统阻尼比的预设阈值和/或SG单元最小频率值的预设阈值，若第二不等式不成立，需调整SG单元最大频率变化率的预设阈值。
第二方面，本申请实施例提供了一种虚拟惯量及阻尼系数可行域构建装置，应用于智能储能系统ESS中变流器的VSG控制策略，包括：
模型构建模块，用于构建微电网等效模型，确定微电网等效模型的传递函数；约束条件建立模块，用于基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数；解析模块，用于基于与多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有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第一方面任一项的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法。
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本申请实施例，首先构建微电网等效模型，确定了等效模型的传递函数，再基于传递函数和负荷扰动量建立多个约束条件，最后用与约束条件对应的预设阈值解析约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。本申请提供的可行域构建方法即考量了电网系统期望的惯量水平和动态性能需求，又对VSG单元自身的物理属性做了约束，可实现对VSG控制策略的虚拟惯量及阻尼参数进行精确设计。同时，本申请提供了一种微电网系统的设计原则，当输入SG单元参数、线路参数以及期望的系统频率动态指标等，可获取满足需求的虚拟惯量和阻尼参数的可行域。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。
图1是本申请一实施例提供的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法的流程示意图；
图2是本申请一实施例提供的微电网等效模型结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的微电网等效模型的小信号模型框图；
图4是本申请一实施例提供的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法的设计原理示意图；
图5是本申请一实施例提供的系统期望的功率动态响应图；
图6时本申请一实施例提供的虚拟惯量及阻尼系数可行域的示意图；
图7是本申请一实施例提供的Case1-4的虚拟惯量及阻尼参数可行域图；
图8是本申请一实施例提供的Case2中系统频率、VSG单元有功功率和电流的输出波形图；
图9是本申请一实施例提供的Case3中系统频率、VSG单元有功功率输出波形图；
图10是本申请一实施例提供的Case4中负荷扰动量不同时的系统频率和VSG单元有功功率输出波形图；
图11是本申请实施例提供的虚拟惯量及阻尼参数可行域构建装置的结构框图；
图12是本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
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，以便透彻理解本申请实施例。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申请。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申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
在能源日益紧张及“双碳”目标的大背景下，可再生能源得到了快速发展，越来越多的分布式电源通过电力电子变换器接入微电网。与传统的SG相比，VSG技术具有可调的虚拟惯性及阻尼系数的特点，解决了分布式电源构成的交流微电网惯量低的问题。然而，VSG技术中若虚拟惯量或阻尼系数设计不当，不仅会使系统惯量低，同时还会引发系统频率与功率的振荡，严重时甚至导致系统失稳。因此，对VSG中的虚拟惯量和阻尼系数的设计就显得尤为重要。
现有技术中，围绕VSG的频率动态特征分析及参数设计方案要么未充分考虑系统整体的频率特性提升，要么未充分考虑VSG单元自身的物理属性，没有形成一套兼顾两者约束的针对虚拟惯量及阻尼系数可行域的构建方法。
本申请实施例中的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法，针对上述问题提供了一套可行的解决方案。
图1是本申请一实施例提供的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法的流程示意图，参照图1，该方法可以包括步骤101至步骤103，对该方法的详述如下：
在步骤101中，构建微电网等效模型，确定微电网等效模型的传递函数。
在一些实施例中，构建微电网等效模型，该微电网等效模型主要包括SG单元，智能储能系统ESS和负荷。为了便于说明，图2仅示出了与本申请实施例相关的部分。参照图2，对微电网等效模型进行详细说明。
SG单元主要包含使用传统能源的发电机及发电机的控制系统。需要说明的是，本申请仅以柴油发电机作为说明示例。
ESS主要包含储能单元和变流器。ESS作为电能的储存装置，用以辅助SG单元根据当前用户负荷进行电能的充放。例如，当用户负荷增加时，储能单元释放出直流电，经变流器逆变成符合系统需求频率和电压的交流电，给用户提供负荷；当用户负荷减少时，SG单元发出的交流电，经变流器整流成直流电，将电能储存于储能单元中。
进一步的，ESS还可以包含如光伏发电、风力发电等分布式新能源电源设备。本申请提供的方法主要是对ESS中变流器的VSG控制策略，即VSG单元为采用VSG控制策略的变流器，故，新能源设备的存在与否不会对本申请产生不同影响，因此本申请不对新能源设备的类型和数量做进一步限定。
负荷可以是包括新能源电源和用户负荷的净负荷。
示例性的，图2中将柴油机为SG原动力，SG的调速器考虑PI环节与一阶延时环节。直流电源等效ESS中的储能单元，同时，储能单元作为VSG的功率源，变流器有功环路采用虚拟同步控制，无功环路采用下垂控制。
其中，Vsg为SG单元的输出电压，isg为SG单元的输出电流，Psg为SG单元输出的有功功率，Qsg为SG单元输出的无功功率，Lsg为SG单元出口的线路电感，Rsg为SG出口的电阻值。Vref为VSG单元电压的参考值，Vvsg为VSG电压的实际值，Vpwm为调制电压，ivsg为VSG输出的电流，Lf、Cf和Rf分别为滤波电感、滤波电容和滤波电阻，Lvsg和Rvsg分别为VSG出口的线路电感与电阻，Pload为负荷的有功功率，Qload为负荷的与无功功率。
示例性的，基于微电网等效模型，可确定SG单元控制策略：
Figure BDA0003697788330000081
式中，Pm为SG的机械功率，ωsg为SG的转子角频率，ω0为基准角频率，kp为SG调速器的比例系数，ki为SG调速器的积分系数，τ为SG调速器延时环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，Hsg表示SG的转动惯量，Psg为SG的有功功率，Dsg为SG的阻尼系数。
示例性的，基于微电网等效模型，同时可确定VSG控制策略：
Figure BDA0003697788330000082
式中，ωvsg为VSG单元角频率，ωvsg与ωsg相同，Pref为VSG单元输出的有功功率的参考值，Pref＝0，Pvsg为VSG单元输出的有功功率的输出值，Hvsg为VSG单元的虚拟转动惯量，Dvsg为VSG单元的阻尼系数，Vref为VSG单元电压参考值，kq为无功下垂系数，Qref为VSG单元输出的无功功率的参考值，Qvsg为VSG单元输出的无功功率的输出值，V0为基准电压
需要指出的是，本申请中考虑Pref为0，即VSG单元仅在暂态过程中提供功率支撑。由于线路呈感性时，电压对系统有功功率与频率动态特性几乎没有影响，因此不考虑系统的无功控制环路。此外，可近似认为VSG单元的角频率与SG单元的角频率一致，同时忽略线路网络，忽略SG调速器的延时环节，可得图3所示的本申请一实施例提供的微电网等效模型的小信号模型框图。
参照图3，根据SG单元控制策略和VSG单元控制策略，可确定两个微电网等效模型的传递函数，分别为第一传递函数和第二传递函数。
第一传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000083
第二传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000084
式中，
Figure BDA0003697788330000091
为负荷发生扰动时VSG单元角频率的第一传递函数，
Figure BDA0003697788330000092
为负荷发生扰动时VSG单元输出的有功功率的第二传递函数，Heq为微电网系统的转动惯量，Deq为微电网系统的阻尼系数。
其中，将转动惯量Heq和阻尼系数Deq设定如下：
Figure BDA0003697788330000093
本步骤构建了一套交流微电网的等效模型，并推导出了该等效模型的传递函数。根据传递函数可看出，当有负荷扰动量时，微电网系统的转动惯量和阻尼系数会相应的发生变化，且转动惯量Heq和阻尼系数Deq的表达式中都包含VSG单元控制测量中的虚拟惯量Hvsg和阻尼系数Dvsg。
在步骤102中，基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件。
本申请提供了一种基于系统频率动态约束与VSG单元自身物理属性约束的虚拟惯量Hvsg和阻尼系数Dvsg的设计方法，见图4本申请一实施例提供的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法的设计原理示意图。
参照图4，在实际情况中，SG单元控制参数和线路参数为一般固定值，不会变化。因此，为了获取虚拟惯量和阻尼系数的可行域，就需要就建立针对系统和VSG单元的约束条件。
在一些实施例中，约束条件包括系统约束条件和VSG单元约束条件。其中，系统约束条件为保证微电网系统安全运行的约束条件，VSG单元约束条件为保证VSG单元安全运行的约束条件。
示例性的，系统约束条件至少包括系统频率稳定约束条件和系统动态性能约束条件，系统频率稳定约束条件至少包括SG单元最小频率值和SG单元最大频率变化率，系统动态性能约束条件至少包括系统阻尼比、暂态调节时间和暂态功率平滑时间。
示例性的，VSG单元约束条件至少包括VSG单元输出的有功功率和VSG单元输出的能量。
在一些实施例中，可根据传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件。
示例性的，基于第一传递函数，建立第一约束条件、第三约束条件和第四约束条件；基于第一传递函数和负荷扰动量，建立第二约束条件；基于负荷扰动量，建立第五约束条件和第七约束条件；基于第二传递函数和负荷扰动量，建立第六约束条件。
下面就建立多个约束条件的步骤进行详细的说明。
A1、建立第一约束条件
基于第一传递函数，可推导出系统频率时域的表达式：
Figure BDA0003697788330000094
式中，ρ代指Deq 2-8Heqki，ΔPload为负荷扰动量；
基于系统频率的时域表达式，推导出SG单元最小频率值，SG单元最小频率值即第一约束条件，该第一约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000101
式中，fnadir为SG单元最小频率值，tnadir为SG单元最小频率时对应的时刻。
为了保障系统负荷的电能质量，以及保护用户用电设备，需要对SG单元的最小频率值进行限定。
A2、建立第二约束条件
基于第一传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量时SG单元最大频率变化率，SG单元最大频率变化率即第二约束条件，该第二约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000102
频率变化率可表征电力信号的频率波动剧烈程度，是判断系统故障发生的重要依据，同时，在VSG单元介入至微电网时，对电网系统的惯量加以限制，因此需要对SG单元最大频率变化率进行约束。
A3、建立第三约束条件
基于第一传递函数，获得系统闭环特征方程，该系统闭环特征方程的表达式为：
2Heqs2+Deqs+ki＝0
将系统闭环特征方程与二阶特征方程标准形式进行对比，获得系统阻尼比和自然频率，系统阻尼比的表达式和自然频率的表达式如下：
Figure BDA0003697788330000103
式中，ξ为系统阻尼比，系统阻尼比ξ为第三约束条件；
Figure BDA0003697788330000104
式中，ωn为自然频率。
在现实场景中，通常设定阻尼比大于1，即系统工作在过阻尼状态，此时的系统具有良好的稳定性，同时可避免ESS频繁充放电导致储能单元的运行寿命缩短。
A4、建立第四约束条件
基于获得的系统阻尼比和自然频率，推导暂态调节时间，暂态调节时间即第四约束条件，该第四约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000105
式中，ts为暂态调节时间。
调节时间ts可反映系统恢复到稳定状态的速度，为了保证系统快速稳定，减少暂态时长，还需对SG单元的调节器进行限定。本申请中，ESS提供短时间的对负荷扰动的支撑，在ESS进行负荷支撑时，SG单元调节器同时调整SG的出力情况。
A5、建立第五约束条件
基于负荷扰动量，推导出VSG单元输出的能量，VSG单元输出的能量即第五约束条件，该第五约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000111
式中，ΔE为VSG单元输出的能量，a代指
Figure BDA0003697788330000112
b代指2DvsgHeq-HvsgDeq，c代指
Figure BDA0003697788330000113
d代指4Heq。
参照图5本申请一实施例提供的系统期望的功率动态响应图，假设在t1时刻系统中负荷发生扰动(假设为净负荷突增)，负荷扰动量为ΔPload。图5中所示的阴影部分面积为暂态过程ESS释放的能量ΔE，这部分能量反映的是ESS在暂态功率平滑过程中的贡献。同时，受ESS自身容量属性的限制，需对VSG单元输出的能量进行约束。
A6、建立第六约束条件
基于第二传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量瞬间VSG单元输出的有功功率，VSG单元输出的有功功率即第六约束条件，该第六约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000114
式中，ΔPvsg(0+)为VSG单元输出的有功功率。
同理，受VSG单元自身物理属性的限制，还需对VSG单元输出的有功功率进行约束。
A7、建立第七约束条件
基于负荷扰动量和VSG单元输出的能量，计算暂态功率平滑时间，暂态功率平滑时间即第七约束条件，该第七约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000115
式中，Ts为暂态功率平滑时间。
为了直观的度量ESS释放的能量和负荷扰动量的关系，本申请创造性地引入了暂态功率平滑时间Ts，Ts越大表示暂态过程中ESS所释放的能量越多，系统功率的平滑效果越好，系统频率及SG单元的输出功率可以更加平滑地过渡到新的稳定状态。
本步骤中，根据系统约束建立了包含SG单元最小频率值的第一约束条件、SG单元最大频率变化率的第二约束条件、系统阻尼比的第三约束条件、暂态调整时间的第四约束条件、和暂态功率平滑时间的第七约束条件。又根据VSG单元自身物理属性建立了包含VSG单元输出能量的第五约束条件和VSG单元输出有功功率的第六约束条件。与此同时，这七种约束条件都包含VSG控制策略的虚拟惯量和阻尼参数。本申请在充分考虑了微电网系统中的现实情况下，设立了对应的约束条件，为后续合理的构建虚拟惯量及阻尼系数可行域提供了现实依据和理论支撑。
在步骤103中，基于多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
在一些实施例中，首先，基于步骤102设立的七种约束条件，分别设定对应的预设阈值，具体包括：
设定SG单元最小频率值的最小值fnadirmin为第一阈值；
设定SG单元最频率变化率的最大值(RoCoFmax)max为第二阈值；
设定系统阻尼比的最小值ξmin为第三阈值；
设定暂态调整时间ts为第四阈值；
设定VSG单元输出能量的最大值ΔEmax为第五阈值；
设定VSG单元输出的有功功率Pvsg(0+)为第六阈值；
设定暂态功率平滑时间Ts为第七阈值。
再将多个预设阈值对应解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的多个可行域。
最后，计算多个可行域的交集，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。参照图6，阴影部分为多个约束条件根据对应预设阈值解析后的交集，即虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
在一些实施例中，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域后，验证虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
示例性的，将第一可行域中的虚拟惯量和阻尼系数带入到第一不等式和第二不等式中。
可选的，第一不等式的表达式为：
ΔE(Hvsg，Dvsg)≤Emax
可选的，第二不等式的表达式为：
Pvsg(0+)(Hvsg)≤Pvsg(0+)max
式中，ΔE(HvsgA,DvsgA)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的能量，Emax为VSG单元输出的能量的上限，Pvsg(0+)(Hvsg)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的有功功率，Pvsg(0+)max为VSG单元输出的有功功率的上限。
示例性的，判定第一可行域是否构建完成。
若第一不等式和第二不等式都成立，则第一可行域构建完成；若第一不等式和第二不等式至少有一个不成立，则需要调整预设阈值，直至第一不等式和第二不等式都成立。
示例性的，若第一不等式不成立，可以调整系统阻尼比的预设阈值和/或SG单元最小频率值的预设阈值，若第二不等式不成立，需调整SG单元最大频率变化率的预设阈值。
步骤103中，设立了与约束条件一一对应的预设阈值，根据预设阈值对约束条件表达式进行解析，获得了多个虚拟惯量及阻尼系数的可行域，再将多个虚拟惯量和阻尼系数的可行域计算交集，获得满足所有约束条件的虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，最后再通过不等于验证第一可行域的合理性。
本申请提供的可行域构建方法即考虑了电网系统期望的惯量水平和动态性能需求，又对VSG单元自身的物理属性做了约束，可实现对VSG控制策略的虚拟惯量及阻尼参数进行精确设计。同时，本申请提供了一种微电网系统的设计原则，当输入SG单元参数、线路参数以及期望的系统频率动态指标等，可获取满足需求的虚拟惯量和阻尼参数的可行域。
为了验证本申请方案的可行性与有益效果，搭建了实时仿真系统平台进行验证。验证过程如下：
本申请在Matlab/Simulink软件中搭建了SG-VSG系统的电磁暂态仿真模型，设计了四组仿真案例，分别在不同的VSG单元功率和能量约束、SG参数以及负荷扰动量下验证本申请构建Hvsg和Dvsg可行域的设计方法。系统仿真步长设置为2×10-6s，开关频率为15kHz。交流微电网等效模型详细的运行参数如表1所示。
表1交流微电网等效模型的运行参数
Figure BDA0003697788330000141
且设ΔPload为40kW，VSG单元未接入时，系统的fnadir为286.20rad/s，RoCoFmax为269.96rad/s2，我们希望VSG接入后能够提升系统惯量。设四组仿真工况及约束条件如表2所示。
表2四组仿真工况及约束条件
仿真工况及约束 Case1 Case2 Case3 Case4
ΔP<sub>load</sub>(kW) 40 40 40 10
H<sub>sg</sub>(s) 0.4934 0.4934 0.35 0.4934
(RoCoF<sub>max</sub>)<sub>max</sub>(rad/s<sup>2</sup>) 15 15 15 15
f<sub>nadirmin</sub>(rad/s) 310 310 310 310
P<sub>vsg</sub>(0<sup>+</sup>)(kW) 39 38 39 9.9
ΔE<sub>max</sub>(kJ) 200 150 200 50
ξ<sub>min</sub> 1 1 1 1
t<sub>s</sub>(s) 5 5 5 5
T<sub>s</sub>(s) 2 2 2 2
Case1：按照本申请所提供的Hvsg和Dvsg的可行域构建方法，可以刻画出满足表2中Case1约束的Hvsg和Dvsg可行域如图7中的(a)中区域ABCDEF。
Case2：VSG单元容量不同时，其功率的约束自然也不同，同时，VSG的能量约束受到ESS的SOC影响。在Case2中，不同VSG功率及能量约束下Hvsg和Dvsg的可行域构建方法得到了验证。在Case1约束条件的基础上，分别调整VSG功率约束和能量约束为Pvsg(0+)≤38kW和ΔE≤150kJ，其他约束条件不变，则Hvsg和Dvsg可行域变为图7中的(b)中区域GBHI。
为验证所刻画可行域的正确性，选定在满足Case1约束条件的可行域ABCDEF内，在不满足Case2约束条件的可行域GBHI外的一组参数Hvsg＝15，Dvsg＝55进行验证，图8为在该组参数下进行仿真所得的系统频率与VSG单元有功功率和电流的输出波形。为了便于观察，图8示出的频率、有功功率和电流均用有名值表示。系统工作在过阻尼状态，RoCoFmax为8.11rad/s2，fnadir为310.79rad/s，Pvsg(0+)为38.73kW，且由二阶模型对VSG单元有功功率积分计算其释放的能量为166.38kJ，与计算结果完全一致，均满足表1中Case1的约束条件，但不满足Case2的约束条件，证明了本申请提供的Hvsg和Dvsg可行域构建方法的正确性和有效性。
Case3：当可再生能源的分布式电源DGS的型号不同时，其控制参数也不相同，在Case3中，不同DGS控制参数下本申请提供的Hvsg和Dvsg可行域构建方法得到了验证。在表1所示的系统运行参数基础上，调节SG的转动惯量Hsg为0.35，其余各指标约束条件与Case1中相同，可以刻画出Hvsg和Dvsg可行域如图7中的(c)中区域ABGH。
为验证所刻画可行域的正确性，选定在Case1的参数下的可行域ABCDEF内，但却在Case3的参数下的可行域ABGH外的一组参数Hvsg＝15，Dvsg＝55进行验证，图9为在该组参数下，且Hsg为0.35时进行仿真所得的系统频率及VSG单元功率输出波形。由图9所示Pvsg(0+)为39.09kW，与计算结果一致，不能满足Case3的设计要求，证明所提出的Hvsg和Dvsg可行域构建方法的正确性和有效性。
Case4：验证了不同ΔPload下Hvsg和Dvsg的设计方法。在Case1的基础上，调节ΔPload为10kW，同时调节VSG单元功率约束和能量约束为Pvsg(0+)≤9.9kW和ΔE≤50kJ，其他约束条件同Case1，可以刻画出Hvsg和Dvsg可行域如图7中的(d)中区域GHIDJ。
为验证所刻画可行域的正确性，选定在Case4的工况和约束条件下的可行域ABCDEF内，但却在Case1的工况和约束条件下的可行域ABGH外的一组参数Hvsg＝5，Dvsg＝35进行验证，图10中的(a)(b)和(c)(d)为在该组参数下，且ΔPload分别为40kW和10kW时进行仿真所得的系统频率与VSG单元有功功率的输出波形。如图10所示，当ΔPload为40kW和10kW时，fnadir分别为309.025rad/s与312.877rad/s，RoCoFmax分别为22.88rad/s2与5.72rad/s2，因此当ΔPload为40kW时系统不满足Case1的设计要求，但当ΔPload为10kW时满足Case4的设计要求，证明本申请提供的Hvsg和Dvsg可行域构建方法的正确性和有效性。
综上可知，仿真案例Case1-Case4的数据，证实了本申请提供的Hvsg和Dvsg可行域方法正确性和有效性，可以使交流微电网系统达到期望的频率动态性能。
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，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的虚拟惯量及阻尼系数可行域构建方法，图11示出了本申请实施例提供的虚拟惯量及阻尼参数可行域构建装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
参见图11，本申请实施例中的装置可以包括模型构建模块201、约束条件建立模块202和解析模块203。
模型构建模块201，用于构建微电网等效模型，确定微电网等效模型的传递函数。
其中，微电网等效模型包括同步发电机SG单元、ESS和负荷，ESS包括变流器，VSG控制策略应用于变流器，VSG单元为采用VSG控制策略的变流器。
可选的，模型构建模块201中确定微电网等效模型的传递函数的步骤包括：
基于微电网等效模型，确定SG单元控制策略，SG单元控制策略的表达式为：
Figure BDA0003697788330000161
式中，Pm为SG的机械功率，ωsg为SG的转子角频率，ω0为基准角频率，kp为SG调速器的比例系数，ki为SG调速器的积分系数，τ为SG调速器延时环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，Hsg表示SG的转动惯量，Psg为SG的有功功率，Dsg为SG的阻尼系数。
基于微电网等效模型，确定VSG单元控制策略，VSG单元控制策略的表达式为：
Figure BDA0003697788330000162
式中，ωvsg为VSG单元角频率，ωvsg与ωsg相同，Pref为VSG单元输出的有功功率的参考值，Pref＝0，Pvsg为VSG单元输出的有功功率的输出值，Hvsg为VSG单元的虚拟转动惯量，Dvsg为VSG单元的阻尼系数，Vref为VSG单元电压参考值，kq为无功下垂系数，Qref为VSG单元输出的无功功率的参考值，Qvsg为VSG单元输出的无功功率的输出值，V0为基准电压。
基于SG单元控制策略和VSG单元控制策略，确定第一传递函数和第二传递函数：
第一传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000163
第二传递函数的表达式为：
Figure BDA0003697788330000171
式中，
Figure BDA0003697788330000172
为负荷发生扰动时VSG单元角频率的第一传递函数，
Figure BDA0003697788330000173
为负荷发生扰动时VSG单元输出的有功功率的第二传递函数，Heq为微电网系统的转动惯量，Heq＝Hsg+Hvsg，Deq为微电网系统的阻尼系数，Deq＝Dsg+Dvsg+kp。
约束条件建立模块202，用于基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数。
其中，多个约束条件包括系统约束条件和VSG单元约束条件，系统约束条件为保证微电网系统安全运行的约束条件，VSG单元约束条件为保证VSG单元安全运行的约束条件。系统约束条件包括系统频率稳定约束条件和系统动态性能约束条件，系统频率稳定约束条件包括SG单元最小频率值和SG单元最大频率变化率，系统动态性能约束条件包括系统阻尼比、暂态调节时间和暂态功率平滑时间。VSG单元约束条件包括VSG单元输出的有功功率和VSG单元输出的能量。
可选的，基于传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，包括：基于第一传递函数，建立第一约束条件、第三约束条件和第四约束条件；基于第一传递函数和负荷扰动量，建立第二约束条件；基于负荷扰动量，建立第五约束条件和第七约束条件；基于第二传递函数和负荷扰动量，建立第六约束条件。
可选的，约束条件建立模块202中建立多个约束条件，具体步骤包括：
建立第一约束条件，包括：
基于第一传递函数，推导出系统频率时域的表达式，系统频率时域的表达式为：
Figure BDA0003697788330000174
式中，ρ代指Deq 2-8Heqki，ΔPload为负荷扰动量；
基于系统频率的时域表达式，推导出SG单元最小频率值，SG单元最小频率值即第一约束条件，该第一约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000175
式中，fnadir为SG单元最小频率值，tnadir为SG单元最小频率时对应的时刻。
建立第二约束条件，包括：
基于第一传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量时SG单元最大频率变化率，SG单元最大频率变化率即第二约束条件，该第二约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000176
建立第三约束条件，包括：
基于第一传递函数，获得系统闭环特征方程，该系统闭环特征方程的表达式为：
2Heqs2+Deqs+ki＝0
将系统闭环特征方程与二阶特征方程标准形式进行对比，获得系统阻尼比和自然频率，系统阻尼比的表达式和自然频率的表达式如下：
Figure BDA0003697788330000181
式中，ξ为系统阻尼比，系统阻尼比ξ为第三约束条件；
Figure BDA0003697788330000182
式中，ωn为自然频率。
建立第四约束条件，包括：
基于获得的系统阻尼比和自然频率，推导暂态调节时间，暂态调节时间即第四约束条件，该第四约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000183
式中，ts为暂态调节时间。
建立第五约束条件，包括：
基于负荷扰动量，推导出VSG单元输出的能量，VSG单元输出的能量即第五约束条件，该第五约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000184
式中，ΔE为VSG单元输出的能量，a代指
Figure BDA0003697788330000185
b代指2DvsgHeq-HvsgDeq，c代指
Figure BDA0003697788330000186
d代指4Heq。
建立第六约束条件，包括：
基于第二传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量瞬间VSG单元输出的有功功率，VSG单元输出的有功功率即第六约束条件，该第六约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000187
式中，ΔPvsg(0+)为VSG单元输出的有功功率。
建立第七约束条件，包括：
基于负荷扰动量和VSG单元输出的能量，计算暂态功率平滑时间，暂态功率平滑时间即第七约束条件，该第七约束条件的表达式为：
Figure BDA0003697788330000188
式中，Ts为暂态功率平滑时间。
解析模块203，用于基于与多个约束条件对应的多个预设阈值解析多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域
其中，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域的步骤包括：
多个预设阈值对应解析多个约束条件后，获得虚拟惯量及阻尼系数的多个可行域；
计算多个可行域的交集，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
解析模块203，还用于获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域后，验证虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，包括：
将第一可行域中的虚拟惯量和阻尼系数带入到第一不等式和第二不等式中，第一不等式的表达式为：
ΔE(Hvsg，Dvsg)≤Emax
第二不等式的表达式为：
Pvsg(0+)(Hvsg)≤Pvsg(0+)max
式中，ΔE(HvsgA,DvsgA)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的能量，Emax为VSG单元输出的能量的上限，Pvsg(0+)(Hvsg)为VSG单元采用第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的有功功率，Pvsg(0+)max为VSG单元输出的有功功率的上限。
判定第一可行域是否构建完成。若第一不等式和第二不等式都成立，则第一可行域构建完成；若第一不等式和第二不等式至少有一个不成立，则需要调整预设阈值，直至第一不等式和第二不等式都成立。
可选的，若第一不等式不成立，需调整系统阻尼比的预设阈值和/或SG单元最小频率值的预设阈值，若第二不等式不成立，需调整SG单元最大频率变化率的预设阈值。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
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，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种终端设备，参见图12，该终端设300可以包括：至少一个处理器310、存储器320，所述存储器320中存储可在所述至少一个处理器310上运行的计算机程序321，所述处理器310执行所述计算机程序321时实现上述任意各个方法实施例中的步骤，例如图1所示实施例中的步骤101至步骤103。或者，处理器310执行所述计算机程序321时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图11所示模块201至203的功能。
示例性的，计算机程序321可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器320中，并由处理器310执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序段，该程序段用于描述计算机程序在终端设备300中的执行过程。
本领域技术人员可以理解，图12仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器310可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-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。
存储器320可以是终端设备的内部存储单元，也可以是终端设备的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。所述存储器320用于存储所述计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器320还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
本申请实施例提供的虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法可以应用于计算机、可穿戴设备、车载设备、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)设备、手机等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法各个实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法各个实施例中的步骤。
所述集成的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，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述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，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述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。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
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。
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申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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。
所述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。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法，其特征在于，应用于智能储能系统ESS中变流器的VSG控制策略，包括：
构建微电网等效模型，确定所述微电网等效模型的传递函数；
基于所述传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，所述多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数；
基于与所述多个约束条件对应的多个预设阈值解析所述多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微电网等效模型包括同步发电机SG单元、所述ESS和负荷，所述ESS包括变流器，VSG控制策略应用于所述变流器，VSG单元为采用VSG控制策略的所述变流器；
所述多个约束条件包括系统约束条件和VSG单元约束条件，所述系统约束条件为保证微电网系统安全运行的约束条件，所述VSG单元约束条件为保证VSG单元安全运行的约束条件；
所述系统约束条件包括系统频率稳定约束条件和系统动态性能约束条件，所述系统频率稳定约束条件包括SG单元最小频率值和SG单元最大频率变化率，所述系统动态性能约束条件包括系统阻尼比、暂态调节时间和暂态功率平滑时间；
所述VSG单元约束条件包括VSG单元输出的有功功率和VSG单元输出的能量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传递函数包括第一传递函数和第二传递函数；
所述确定所述微电网等效模型的传递函数，包括：
基于所述微电网等效模型，确定SG单元控制策略，所述SG单元控制策略的表达式为：
Figure FDA0003697788320000011
式中，Pm为SG的机械功率，ωsg为SG的转子角频率，ω0为基准角频率，kp为SG调速器的比例系数，ki为SG调速器的积分系数，τ为SG调速器延时环节的时间常数，s为拉普拉斯算子，Hsg为SG的转动惯量，Psg为SG的有功功率，Dsg为SG的阻尼系数；
基于所述微电网等效模型，确定VSG单元控制策略，所述VSG单元控制策略的表达式为：
Figure FDA0003697788320000012
式中，ωvsg为VSG单元角频率，ωvsg与ωsg相同，Pref为VSG单元输出的有功功率的参考值，Pref＝0，Pvsg为VSG单元输出的有功功率的输出值，Hvsg为VSG单元的虚拟转动惯量，Dvsg为VSG单元的阻尼系数，Vref为VSG单元电压参考值，kq为无功下垂系数，Qref为VSG单元输出的无功功率的参考值，Qvsg为VSG单元输出的无功功率的输出值，V0为基准电压；
基于所述SG单元控制策略和所述VSG单元控制策略，确定所述第一传递函数和所述第二传递函数：
所述第一传递函数的表达式为：
Figure FDA0003697788320000021
所述第二传递函数的表达式为：
Figure FDA0003697788320000022
式中，
Figure FDA0003697788320000023
为负荷发生扰动时VSG单元角频率的第一传递函数，
Figure FDA0003697788320000024
为负荷发生扰动时VSG单元输出的有功功率的第二传递函数，Heq为所述微电网系统的转动惯量，Heq＝Hsg+Hvsg，Deq为所述微电网系统的阻尼系数，Deq＝Dsg+Dvsg+kp。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，包括：
基于所述第一传递函数，建立第一约束条件、第三约束条件和第四约束条件；
基于所述第一传递函数和所述负荷扰动量，建立第二约束条件；
基于所述负荷扰动量，建立第五约束条件和第七约束条件；
基于所述第二传递函数和负荷扰动量，建立第六约束条件。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述建立多个约束条件的步骤，包括：
建立第一约束条件，包括：
基于所述第一传递函数，推导出系统频率时域的表达式，所述系统频率时域的表达式为：
Figure FDA0003697788320000025
式中，ρ代指Deq 2-8Heqki，ΔPload为负荷扰动量；
基于所述系统频率的时域表达式，推导出SG单元最小频率值，所述SG单元最小频率值即所述第一约束条件，所述第一约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000026
式中，fnadir为SG单元最小频率值，tnadir为SG单元最小频率时对应的时刻；
建立第二约束条件，包括：
基于所述第一传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量时SG单元最大频率变化率，所述SG单元最大频率变化率即所述第二约束条件，所述第二约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000031
建立第三约束条件，包括：
基于所述第一传递函数，获得系统闭环特征方程，所述系统闭环特征方程的表达式为：
2Heqs2+Deqs+ki＝0
将所述系统闭环特征方程与二阶特征方程标准形式进行对比，获得系统阻尼比和自然频率，所述系统阻尼比的表达式和自然频率的表达式如下：
Figure FDA0003697788320000032
式中，ξ为系统阻尼比，所述系统阻尼比ξ为第三约束条件；
Figure FDA0003697788320000033
式中，ωn为自然频率；
建立第四约束条件，包括：
基于获得的所述系统阻尼比和所述自然频率，推导出暂态调节时间，所述暂态调节时间即所述第四约束条件，所述第四约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000034
式中，ts为暂态调节时间；
建立第五约束条件，包括：
基于所述负荷扰动量，推导出VSG单元输出的能量，所述VSG单元输出的能量即第五约束条件，所述第五约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000038
式中，ΔE为VSG单元输出的能量，a代指
Figure FDA0003697788320000035
b代指2DvsgHeq-HvsgDeq，c代指
Figure FDA0003697788320000036
d代指4Heq；
建立第六约束条件，包括：
基于所述第二传递函数，采用初值定理，推导出有负荷扰动量瞬间VSG单元输出的有功功率，所述VSG单元输出的有功功率即所述第六约束条件，所述第六约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000037
式中，ΔPvsg(0+)为VSG单元输出的有功功率；
建立第七约束条件，包括：
基于所述负荷扰动量和所述VSG单元输出的能量，计算暂态功率平滑时间，所述暂态功率平滑时间即第七约束条件，所述第七约束条件的表达式为：
Figure FDA0003697788320000041
式中，Ts为暂态功率平滑时间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于与所述多个约束条件对应的多个预设阈值解析所述多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，包括：
多个预设阈值对应解析多个约束条件后，获得虚拟惯量及阻尼系数的多个可行域；
计算所述多个可行域的交集，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域后，验证所述虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域，包括：
将所述第一可行域中的虚拟惯量和阻尼系数带入到第一不等式和第二不等式中，所述第一不等式的表达式为：
ΔE(Hvsg，Dvsg)≤Emax
所述第二不等式的表达式为：
Pvsg(0+)(Hvsg)≤Pvsg(0+)max
式中，ΔE(HvsgA,DvsgA)为VSG单元采用所述第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的能量，Emax为VSG单元输出的能量的上限，Pvsg(0+)(Hvsg)为VSG单元采用所述第一可行域中虚拟惯量和阻尼系数输出的有功功率，Pvsg(0+)max为VSG单元输出的有功功率的上限；
判定所述第一可行域是否构建完成；若所述第一不等式和第二不等式都成立，则所述第一可行域构建完成，若所述第一不等式和所述第二不等式至少有一个不成立，则需要调整预设阈值，直至所述第一不等式和所述第二不等式都成立；
其中，若所述第一不等式不成立，需调整所述系统阻尼比的预设阈值和/或所述SG单元最小频率值的预设阈值，若所述第二不等式不成立，需调整所述SG单元最大频率变化率的预设阈值。
8.一种虚拟惯量及阻尼参数可行域构建装置，其特征在于，应用于智能储能系统ESS中变流器的VSG控制策略，包括：
模型构建模块，用于构建微电网等效模型，确定所述微电网等效模型的传递函数；
约束条件建立模块，用于基于所述传递函数和负荷扰动量，建立多个约束条件，所述多个约束条件中的每个约束条件都包含虚拟惯量和阻尼系数；
解析模块，用于基于与所述多个约束条件对应的多个预设阈值解析所述多个约束条件，获得虚拟惯量及阻尼系数的第一可行域。
9.一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
CN202210685808.2A 2022-06-16 2022-06-16 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备 Pending CN114977297A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210685808.2A CN114977297A (zh) 2022-06-16 2022-06-16 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210685808.2A CN114977297A (zh) 2022-06-16 2022-06-16 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114977297A true CN114977297A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82963265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210685808.2A Pending CN114977297A (zh) 2022-06-16 2022-06-16 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114977297A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116454910A (zh) * 2023-01-17 2023-07-18 国网江苏省电力有限公司 虚拟同步机惯量与一次调频协同自适应控制方法及系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116454910A (zh) * 2023-01-17 2023-07-18 国网江苏省电力有限公司 虚拟同步机惯量与一次调频协同自适应控制方法及系统
CN116454910B (zh) * 2023-01-17 2024-03-01 国网江苏省电力有限公司 虚拟同步机惯量与一次调频协同自适应控制方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tahim et al. Nonlinear control of dc-dc bidirectional converters in stand-alone dc microgrids
CN110120696B (zh) 一种大规模储能soc平衡协调控制系统及方法
CN106340892B (zh) 用于平抑风电输出功率的储能系统的控制设备
CN108777493B (zh) 一种基于灵敏度矩阵的低压微网二次电压控制方法
Krpan et al. Modelling of supercapacitor banks for power system dynamics studies
CN107994562B (zh) 计及负载特性的柴储型车载电源系统的稳定性设计方法
Grdenić et al. Assessment of AC network modeling impact on small-signal stability of AC systems with VSC HVDC converters
CN114977297A (zh) 虚拟惯量及阻尼参数可行域构建方法、装置及终端设备
Hosseinipour et al. A multifunctional complex droop control scheme for dynamic power management in hybrid DC microgrids
CN117155103B (zh) 逆变器功率控制方法及其相关设备
Grdenić et al. Comparative analysis on small-signal stability of multi-infeed VSC HVDC system with different reactive power control strategies
CN112039119A (zh) 一种含光伏接入的配电网电压控制方法及系统
CN111740440A (zh) 柔性直流输电系统站间耦合判别和内模解耦控制方法
CN111695221A (zh) 确保直流母线电压稳定运行的鲁棒控制器设计方法
CN113452066B (zh) 柔性互联装置控制策略的优化方法
CN115392586A (zh) 园区综合能源系统的需求响应价值量化方法及装置
CN112003288B (zh) 一种电网运行方式电压智能调整方法及装置
CN115238992A (zh) 一种电力系统源荷储的协调优化方法、装置及电子设备
Nia et al. Weighted dynamic aggregation modeling of dc microgrid converters with droop control
CN113517713A (zh) 适用于交直流混联系统的静态电压安全域分析方法及装置
Madadi et al. Adaptive nonlinear droop control with dynamic state-of-charge balancing capability for batteries in dc microgrids
Chaspierre et al. Control of a battery energy storage system to compensate for ADN equivalents inaccuracies
Sun et al. Development of a converter-based data center power emulator
CN112910001B (zh) 多电压等级交直流混合系统三阶段优化配置方法及系统
CN114548837B (zh) 基于随机偏差算法的有源配电网的质量评价方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination