CN116316831A - Vsg控制下的光储单元平滑并网方法和装置 - Google Patents

Vsg控制下的光储单元平滑并网方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种VSG控制下的光储单元平滑并网方法和装置，涉及光伏发电技术领域，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；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，在目标函数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；得到最优解作为最优输入机械功率增量作用于并网系统。本发明在模型预测控制策略基础上，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，减小了孤岛转并网过程的电压电流冲击，提高了系统运行稳定性。

Description

VSG控制下的光储单元平滑并网方法和装置
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，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
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
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。
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。
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：
Y3(k+1|k)＝SxΔω′(k)+SuΔPM(k)+
SdΔPe(k)+γω′(k)
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。
优选的，本发明实施例的上述方法中的目标函数为：
Figure BDA0004104895500000031
其中，Jm表示构造的目标函数，
Figure BDA0004104895500000032
表示光伏微电网相角，/>
Figure BDA0004104895500000033
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。
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：
Figure BDA0004104895500000034
其中，kΓ表示加权系数初值，kω表示加权调整系数。
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。
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。
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：
Y3(k+1|k)＝SxΔω′(k)+SuΔPM(k)+
SdΔPe(k)+γω′(k)
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种VSG控制下的光储单元平滑并网方法的流程示意图；
图2本申请实施例提供的获取预测被控输出方程的流程示意图；
图3是本申请实施例提供的本申请所提出的基于A-MPC的有功-频率控制策略框图；
图4是本申请实施例提供的本申请实施例提供的A-MPC与PI控制效果比对图；
图5是本申请实施例提供的一种VSG控制下的光储单元平滑并网装置的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的输出方程获取单元的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
针对现有技术中光储单元从孤岛模式转为并网模式的平滑并网，其控制方式存在着各种缺陷，比如精度差、控制滞后、电压电流冲击、频率易产生较大波动等，本申请的目的旨在提供一种VSG控制下的光储单元平滑并网方法和装置，来优化预同步过程中的频率、相位和电压响应特性，并且减小孤岛转并网过程的电压电流冲击，以及提高并网系统运行的稳定性。
如图1所示为本申请实施例提供的一种VSG控制下的光储单元平滑并网方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：
步骤S101：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。
模型预测控制(model predictive control，MPC)因其响应速度快、精度高，且可以较好处理多约束条件等优势，近年来在新能源换流器控制方面也得到了广泛应用，这里换流器是新能源系统中，比如光储系统或者光储单元中将直流转化为交流来进行并网的装置。目前，MPC在并网频率控制方面应用较多，但针对解决基于VSG控制的光储单元从孤岛模式平滑切换到并网模式的问题却鲜有研究。
MPC的基本原理是：通过测量系统上一时刻和当前时刻的状态值及控制量，预测未来p个周期内的系统状态，再根据期望值求取当前时刻的最优控制增量，最后作用于控制系统。
为了能够预测p个未来周期内的系统状态，本实施例首先需要利用MPC获取VSG控制下的预测被控输出方程，来为后续获取当前时刻的最优控制增量做准备。
优选的，如图2所示，本实施例中获取VSG控制下的预测被控输出方程具体可以包括如下子步骤：
步骤S1011：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。
VSG控制下，可以将同步发电机的数学模型引入到换流器的控制策略当中，使逆变器表现出同步发电机的特性来提高电力系统稳定性。
在本实施例中，VSG的有功-频率控制方程如下式(1)所示：
Figure BDA0004104895500000061
上式中，H为虚拟转动惯量，为并网系统提供惯性支撑；D为阻尼系数，模拟同步发电机的阻尼振荡特性；Pm、Pe分别为换流器的机械功率和电磁功率；ω为换流器输出的虚拟角速度；ω0为额定角速度。
在实际应用中，光伏发电收到受到光照不确定性导致其发电的功率也随之变化和波动，负荷的投切以及网侧的波动，均会对VSG控制输出功率造成影响，因此本实施例将上述Pe设为扰动量，而将Pm视为VSG的控制输入量。
本实施例将上述公式(1)化为离散系统的状态空间模型，并且为了减少或消除静态误差，进一步改写为增量形式，最终得到如下式(2)所示的离散化的VSG的有功-频率控制方程：
Figure BDA0004104895500000062
上式中，A、Bu、Bd和Cc分别表示系统的状态矩阵、输入矩阵、扰动矩阵和输出矩阵，Δω′为状态变量增量；ΔPm为控制输入变量增量；ΔPe为干扰变量增量；yc为被控输出变量为系统的采样时间。
步骤S1012：设定预测时域值和控制时域值为n，n可以为大于等于2的整数，在本实施例中，比如可以将n的值设为3，基于离散化的VSG的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+3时刻的虚拟转速增量，其中k为当前时刻。
在变换为离散系统后，为了预测未来p个周期内系统的状态，可以将预测时域设为p，控制时域设为m，此外，还需进行如下两点假设：
1)控制时域外控制量不变，即ΔPm(k+i)＝0，i＝m，m+1，…，p-1；
2)可测干扰在k时刻之后不变，即ΔPe(k+i)＝0，i＝1，2，…，p-1，…。
在本实施例中，需要预测未来3个周期内系统的状态，因此可以设p＝m＝3，若当前时刻为k，则可以利用上式(2)预测k+1到k+3时刻的虚拟转速增量为：
Figure BDA0004104895500000063
步骤S1013：基于离散化的VSG的有功-频率控制方程预测k+1时刻到k+3时刻的被控输出。
基于步骤S1012中的相关设定，也可以利用上式(2)预测k+1到k+3时刻的被控输出，该被控输出具体为下式(4)所示：
Figure BDA0004104895500000071
步骤S1014：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。
优选的，通过联立上式(3)和(4)，即根据预测的虚拟转速增量和被控输出，可以得到本申请所要获得的预测被控输出方程：
Y3(k+1|k)＝SxΔω′(k)+SuΔPM(k)+SdΔPe(k)+γω′(k) (5)
上式中，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。其中：
ΔPM＝[ΔPm(k) ΔPm(k+1) ΔPm(k+2)]T；
Sx＝[A A2+A A3+A2+A]T；
Figure BDA0004104895500000072
Sd＝[Bd ABd+Bd A2Bd+ABd+Bd]T；
γ＝[1 1 1]T。
步骤S102：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。
在本实施例中，目标函数的选择反映了系统稳定运行的要求，本发明主要控制孤岛模式下光储单元的换流器输出角频率和相角等于电网的角频率和相角以达到预同步控制的目的。
在预同步过程中，当相角差为0时，角频率差也为0，因此可以只选取相角差作为性能指标。而在一个离散周期Ts内，相角和角频率的关系可以表示为下式(6)：
Figure BDA0004104895500000081
上式中，
Figure BDA0004104895500000082
为光伏微电网相角，ω为换流器角频率，ω0为电网角频率。
申请人根据式(6)发现，若在预同步中仅考虑到相角差减小到0，虽然光伏微电网相角
Figure BDA0004104895500000083
会迅速趋近于电网相角/>
Figure BDA0004104895500000084
但会使角频率ω产生较大波动，甚至越过安全运行界限，不利于系统的稳定运行，因此本实施例同时选取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，所构建的目标函数如下式(7)所示：
Figure BDA0004104895500000085
上式中，Jm表示构造的目标函数，
Figure BDA0004104895500000086
表示光伏微电网相角，/>
Figure BDA0004104895500000087
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。Γωi表示加权系数，且引入角频率变化量的Γωi可通过下式(8)表示：
Figure BDA0004104895500000088
上式中，kΓ表示加权系数初值，kω表示加权调整系数。
在本实施例中，当引入了角频率变化量后，角频率差值较大时，加权系数较大，此时有利于频率的稳定；当角频率差值较小时，加权系数会自适应的变小，从而有利于相位预同步的快速进行。
步骤S103：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。
本步骤主要是通过附加输出约束，来利用预测被控输出方程得到目标函数的最优解。首先，可以将上述相角和和角频率的关系式(6)代入目标函数中，并将目标函数改写为向量的形式，得到如下向量形式的目标函数(9):
Figure BDA0004104895500000089
上式中，Rz(k+1)和Ry(k+1)分别为相位和角频率的等效参考输入矩阵。
然后再将预测被控输出方程(5)代入上述向量形式的目标函数(9)，以及消去与独立变量ΔPM无关项后，得到：
Jm＝[ΔPM(k)]THΔPM-[G(k+1|k)]TΔPM(k) (10)
上式中，H和G(k+1|k)分别为系数矩阵。
接着，将输出量转换为不等式约束形式：
Ymin(k+1)≤Y3(k+1|k)≤Ymax(k+1) (11)
联立预测被控输出方程(5)和上式(11)可以到：
Figure BDA0004104895500000091
最后通过联立式(10)、(11)和(12)可以求得最优解ΔPM(k)，在本实施例中可以取第一项ΔPM(k)作为输入机械功率增量。然后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，具体来说是作用于并网系统的机械部分。接着该当前时刻的输入机械功率值又可以作为下一时刻的测量值反馈给系统，为下一时刻的优化调整做准备，如此循环往复实现实时的调整。
由上述可知，本申请通过引入角频率变化量，进而提出了一种平滑切换效果更优的自适应模型预测控制策略，即自适应模型预测控制(adaptive-model predictivecontrol，A-MPC)，如图3所示为本申请所提出的基于A-MPC的有功-频率控制策略框图，上述方法主要涉及左边的有功-频率控制部分，从而可以产生作用于机械部分的最优输入机械功率。
下面来将本申请与现有技术的PI控制所带来的控制效果进行对比描述，如图4所示为本申请实施例提供的A-MPC与PI控制效果比对图，为了验证本申请所提A-MPC策略相较于传统PI控制在预同步控制中的良好效果，选取了不同PI参数(比如图4中kp＝0.6，ki＝0.02以及kp＝1，ki＝0.2)进行对比。初始运行状态下，光储单元和同步发电机组各带50MW负荷。5s时孤岛模式下的VSG控制切换到预同步控制策略。
由图4可以看出预同步控制切换瞬间，PI参数较小时有较小的频率偏移，但相位预同步在较长时间内无法恢复到0。随着PI参数的增大，频率偏移值随之增大，但频率恢复时间随之减小，同时相位预同步随之出现超调。与PI控制对比，本文所提A-MPC策略频率预同步方面有较小的频率偏移值和较快的恢复时间，频率预同步方面既可以较快恢复，同时也不存在超调，且可以精确恢复到0，因此验证了本发明专利所提A-MPC控制策略的优越性和有效性。
综上述，本发明所提出的VSG控制下的光储单元平滑并网方法，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。
如图5所示为本申请实施例提供的一种VSG控制下的光储单元平滑并网装置的结构示意图，该装置包括：输出方程获取单元510、目标函数构建单元520、功率增量获取单元530和并网控制单元540，它们之间依次相连。
输出方程获取单元510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520用于同时选取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530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540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。
优选的，如图6所示，本实施例中上述输出方程获取单元510进一步可包括：
离散化模块511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512用于设定预测时域值和控制时域值为n，n为大于等于2的整数，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513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514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。
上述各个单元及模块的详细描述可以参见前述方法实施例中相应的描述，对此不再展开进行赘述。
由上述可知，本发明所提出的VSG控制下的光储单元平滑并网装置，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。
图7是本发明实施例提供的电子设备的示意图。图7所示的电子设备为通用数据处理装置，其包括通用的计算机硬件结构，其至少包括处理器801和存储器802。处理器801和存储器802通过总线803连接。存储器802适于存储处理器801可执行的一条或多条指令或程序。该一条或多条指令或程序被处理器801执行以实现上述VSG控制下的光储单元平滑并网方法中的步骤。
上述处理器801可以是独立的微处理器，也可以是一个或者多个微处理器集合。由此，处理器801通过执行存储器802所存储的命令，从而执行如上所述的本发明实施例的方法流程实现对于数据的处理和对于其他装置的控制。总线803将上述多个组件连接在一起，同时将上述组件连接到显示控制器804和显示装置以及输入/输出(I/O)装置805。输入/输出(I/O)装置805可以是鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、触控输入装置、体感输入装置、打印机以及本领域公知的其他装置。典型地，输入/输出(I/O)装置805通过输入/输出(I/O)控制器806与系统相连。
其中，存储器802可以存储软件组件，例如操作系统、通信模块、交互模块以及应用程序。以上所述的每个模块和应用程序都对应于完成一个或多个功能和在发明实施例中描述的方法的一组可执行程序指令。
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，该计算机程序被处理器执行时以实现上述VSG控制下的光储单元平滑并网方法的步骤。
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，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述VSG控制下的光储单元平滑并网方法的步骤。
综上所述，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。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
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。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种VSG控制下的光储单元平滑并网方法，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的VSG控制下的光储单元平滑并网方法，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的VSG控制下的光储单元平滑并网方法，其特征在于，所述预测被控输出方程为：
Y3(k+1|k)＝SxΔω′(k)+SuΔPM(k)+SdΔPe(k)+γω′(k)
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。
4.如权利要求1所述的VSG控制下的光储单元平滑并网方法，其特征在于，所述目标函数为：
Figure FDA0004104895480000011
其中，Jm表示构造的目标函数，
Figure FDA0004104895480000021
表示光伏微电网相角，/>
Figure FDA0004104895480000022
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；
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：
Figure FDA0004104895480000023
其中，kΓ表示加权系数初值，kω表示加权调整系数。
5.一种VSG控制下的光储单元平滑并网装置，其特征在于，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。
6.如权利要求5所述的VSG控制下的光储单元平滑并网装置，其特征在于，所述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。
7.如权利要求6所述的VSG控制下的光储单元平滑并网装置，其特征在于，所述预测被控输出方程为：
Y3(k+1|k)＝SxΔω′(k)+SuΔPM(k)+SdΔPe(k)+γω′(k)
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。
8.一种电子设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
9.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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