CN116317523B - 储能变流器黑启动控制方法及系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

储能变流器黑启动控制方法及系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源发电技术领域，提供了一种储能变流器黑启动控制方法及系统、电子设备及存储介质，其中，储能变流器黑启动控制方法包括：获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；根据零起升压控制的斜率和黑启动时间确定零起升压控制输出的电源电动势；将电源电动势和稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制中，使得第一储能变流器实现黑启动功能；利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动。

Description

储能变流器黑启动控制方法及系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，具体而言，涉及一种储能变流器黑启动控制方法、一种储能变流器黑启动控制系统、一种电子设备以及一种存储介质。
背景技术
相关技术中，微电网的黑启动多采用串行恢复方案，虽然串行恢复比并行恢复的时间稍长，但是微电网中电力电子装置的启动时间仅为秒级，所以实际上两者时间区别并不显著，这就会引起多台储能变流器并联瞬间产生冲击电流过大的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的微电网黑启动过程中，多台储能变流器并联瞬间产生冲击电流过大的问题。
为此，本发明第一个目的在于提出一种储能变流器黑启动控制方法。
本发明的第二个目的在于提出一种储能变流器黑启动控制系统。
本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。
本发明的第四个目的在于提出一种存储介质。
有鉴于此，根据本发明的第一个目的，本发明提供了一种储能变流器黑启动控制方法，其中，储能变流器黑启动控制方法包括获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；根据零起升压控制的斜率和黑启动时间确定零起升压控制输出的电源电动势；将电源电动势和稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制中，使得第一储能变流器实现黑启动功能；利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动。
本发明提供的储能变流器黑启动控制方法，具体为：在具有黑启动功能的第一储能变流器进行下垂控制的无功-电压环节附加零起升压控制环节，具体地，获取第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压，根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和零起升压的时间即第一储能变流器进行黑启动时的时间，然后将所确定的斜率和黑启动时间带入到零起升压控制中并输出电源电动势，将零起升压控制输出的电源电动势和第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制的无功-电压环节，使得第一储能变流器完成黑启动，成为黑启动电源。进而利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，从而实现储能变流器多机并联的黑启动。本发明通过在储能变流器进行黑启动时的下垂控制中增加零起升压控制环节，从而保证微电网发生故障不能运行时，能够通过三电平储能变流器进行多机并联黑启动，并且通过零起升压控制环节可以有效防止电网恢复过程中的过电压问题，同时通过对电压进行控制进而对并联时产生的冲击电流进行控制从而解决了在多台储能变流器并联时冲击电流过大的问题，实现在电阻、阻感、阻容三种不同负载情况下均可正常运行的技术效果。
另外，根据本发明上述技术方案提供的储能变流器黑启动控制方法还具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，储能变流器黑启动控制方法还包括：在第二储能变流器启动时，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制；在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制。
在该技术方案中，在第一储能变流器完成黑启动成为黑启动电源后，开始带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，在第二储能变流器进行启动时，需要在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制，即在第二储能变流器的电压电流双闭环控制环节附加虚拟电感控制环节，从而能够起到增大等效阻抗和抑制并联瞬间产生过电流的作用。同时在第二储能变流器进行下垂控制中还要进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制，即在第二储能变流器下垂控制中附加相位预同步控制环节，从而减小并联时产生的冲击电流，以及在第二储能变流器下垂控制中附加电压幅值预同步控制环节，从而可以抑制不同负载引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制的作用。
在上述任一技术方案中，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤，包括：获取第二储能变流器的负载侧的电感电流；根据负载侧的电感电流确定负载侧的第一电流和负载侧的第二电流；将第一电流和第二电流作为输入分量，经过微分环节、虚拟电感环节以及滤波器后输入到第二储能变流器的电压闭环控制中。
在该技术方案中，在第二储能变流器进行电压闭环控制中附加虚拟电感控制的步骤为：在第二储能变流器的负载侧电路中获取第二储能变流器的负载侧的电感电流，然后对负载侧的电感电流进行坐标变换，在旋转坐标系（dq坐标系）中确定出负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流，然后将负载侧电感电流d轴分量和负载侧电感电流q轴分量作为输入分量，经过微分环节和虚拟电感环节后，得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量经过低通滤波器进行滤波后输入到电压闭环控制中，从而起到了增大等效阻抗和抑制并联瞬间过电流作用。
在上述任一技术方案中，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤，还包括：将第一电流和第二电流作为输入分量，经过虚拟电感环节后输入到第二储能变流器的电流闭环控制中。
在该技术方案中，在第二储能变流器进行电流闭环控制中附加虚拟电感控制的步骤包括：将之前获取到的负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流作为输入分量，输入到虚拟电感控制中，从而得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而直接将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量添加到第二储能变流器的电流闭环控制中，从而起到了阻抗重塑，增强系统稳定性，抑制振荡的作用。
在上述任一技术方案中，在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤，包括：获取第一储能变流器的负载侧的电压相角；获取第二储能变流器的负载侧的三相电压；根据电压相角和三相电压得到第一电压；将第一电压输入到比例积分调节器中输出第二电压；将第二电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该技术方案中，在第二储能变流器的下垂控制中附加相位预同步控制环节的步骤，包括：首先获取作为黑启动电源的储能变流器的负载侧电压相角，即获取第一储能变流器的负载侧电压相角，之后获取第二储能变流器负载侧的三相电压，然后将第一储能变流器的负载侧的电压相角和第二储能变流器负载侧的三相电压同时输入到三相静止坐标到二相旋转坐标的变换器中，变换得到第一电压。将得到的第一电压输入到自适应比例积分调节器（PI调节器）中，并输出第二电压。将第二电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制有功-频率环节中。通过预同步不同储能变流器的相角，减小了并联时由于相位不同引起的冲击电流。
在上述任一技术方案中，在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤，还包括：获取第一储能变流器的负载侧的电压有效值；获取第二储能变流器的负载侧的电压有效值；确定第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值之间的电压差值；将电压差值输入到比例积分调节器中输出第三电压；将第三电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该技术方案中，第二储能变流器进行下垂控制中附加电压幅值预同步控制环节的步骤，包括：分别获取第一储能变流器和第二储能变流器的负载侧的电压有效值，将第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值进行比较，并计算出两者之间的电压差值。然后将电压差值输入到自适应PI调节器中，得到第三电压。将第三电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制无功-电压环节中，从而减小了并联时因端电压不同引起的冲击电流。
在上述任一技术方案中，在比例积分调节器中采用隐层递归神经网络算法进行计算。
在该技术方案中，在PI调节器中比例增益和积分增益是受到隐层递归神经网络算法（HLRRN算法）所影响的。通过在PI调节器中采用隐层递归神经网络算法可以实现快速稳定，同时还可以抑制电网故障引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制作用。
根据本发明的第二个目的，提出了一种储能变流器黑启动控制系统，其中，储能变流器黑启动控制系统包括：第一获取模块，第一获取模块用于获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；第一确定模块，第一确定模块用于根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；第二确定模块，第二确定模块用于根据零起升压控制的斜率和黑启动时间确定零起升压控制的输出的电源电动势；第一输入模块，第一输入模块用于将电源电动势和稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制中，使得第一储能变流器实现黑启动功能；联动模块，联动模块用于利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动。
本发明提供的储能变流器黑启动控制系统，主要包括：第一获取模块、第一确定模块、第二确定模块、第一输入模块以及联动模块。其中，在具有黑启动功能的第一储能变流器进行下垂控制的无功-电压环节附加零起升压控制环节，具体地，第一获取模块获取第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压，然后第一确定模块根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和零起升压的时间即第一储能变流器进行黑启动时的时间，然后第二确定模块将所确定的斜率和黑启动时间带入到零起升压控制中并输出电源电动势，第一输入模块将零起升压控制输出的电源电动势和第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制的无功-电压环节，使得第一储能变流器完成黑启动，成为黑启动电源。进而联动模块利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，从而实现储能变流器多机并联的黑启动。本发明通过在储能变流器进行黑启动时的下垂控制中增加零起升压控制环节，从而保证微电网发生故障不能运行时，能够通过三电平储能变流器进行多机并联黑启动，并且解决了在多台储能变流器并联时冲击电流过大的问题，实现在电阻、阻感、阻容三种不同负载情况下均可正常运行的技术效果。
根据本发明的第三个目的，提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并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如上述任一技术方案中的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
本发明提供的电子设备，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的储能变流器黑启动控制方法的步骤，因此该电子设备具有上述任一技术方案的储能变流器黑启动控制方法的全部有益效果。
根据本发明的第四个目的，提出了一种存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
本发明提供的存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的储能变流器黑启动控制方法的步骤，因此该存储介质具有上述任一技术方案的储能变流器黑启动控制方法的全部有益效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法的流程示意图之一；
图2示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动主电路示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动控制的总示意图之一；
图4示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动控制的总示意图之二；
图5示出了根据本发明的一个实施例的零起升压控制环节控制示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法的流程示意图之二；
图7示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤的流程示意图；
图8示出了根据本发明一个实施例中的虚拟电感控制示意图；
图9示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤的流程示意图之一；
图10示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤的流程示意图之二；
图11示出了根据本发明一个实施例中的相位预同步与电压幅值预同步控制示意图；
图12示出了根据本发明一个实施例中的隐层递归神经网络算法的结构示意图；
图13示出了根据本发明一个实施例中的储能变流器黑启动控制系统的示意框图；
图14示出了根据本发明的一个实施例的电子设备的示意框图。
其中，图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
202第一储能变流器，204第二储能变流器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法的流程示意图之一；该储能变流器黑启动控制方法包括：
S102：获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；
S104：根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；
S106：根据零起升压控制的斜率和黑启动时间确定零起升压控制输出的电源电动势；
S108：将电源电动势和稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制中，使得第一储能变流器实现黑启动功能；
S110：利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动。
本发明提供的储能变流器黑启动控制方法，具体为：在具有黑启动功能的第一储能变流器进行下垂控制的无功-电压环节附加零起升压控制环节，具体地，获取第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压，根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和零起升压的时间即第一储能变流器进行黑启动时的时间，然后将所确定的斜率和黑启动时间带入到零起升压控制中并输出电源电动势，将零起升压控制输出的电源电动势和第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制的无功-电压环节，使得第一储能变流器完成黑启动，成为黑启动电源。进而利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，从而实现储能变流器多机并联的黑启动。本发明通过在储能变流器进行黑启动时的下垂控制中增加零起升压控制环节，从而保证微电网发生故障不能运行时，能够通过三电平储能变流器进行多机并联黑启动，并且解决了在多台储能变流器并联时冲击电流过大的问题，实现在电阻、阻感、阻容三种不同负载情况下均可正常运行的技术效果。
图2示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动主电路示意图；如图2所示，三电平储能变流器多机黑启动主电路从左至右包括：为直流电源，第一储能变流器202，第二储能变流器204，/>为第一储能变流器202侧的电感，/>、/>以及为与第一储能变流器202相连的各条电路的变流器侧电流，/>为与第一储能变流器202相连的电容，/>、/>以及/>为与第一储能变流器202相连的各条电路的负载侧电流，R为与第一储能变流器202和第二储能变流器204相连的负载，/>为第二储能变流器204侧的电感，/>、/>以及/>为与第二储能变流器204相连的各条电路的变流器侧电流，为与第二储能变流器204相连的电容，/>、/>以及/>为与第二储能变流器204相连的各条电路的负载侧电流。
图3示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动控制的总示意图之一；如图3所示，三电平储能变流器多机黑启动控制之一从左至右包括：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）发生器、附加隐层递归神经网络算法（HLRNN算法）的电压电流双闭环控制、附加零起升压控制的下垂控制以及功率计算控制。
首先从主电路中采集到的第一负载侧电压v o1和第一负载侧电流i o1经过功率计算得到有功功率P和无功功率Q，得到的有功功率和无功功率与给定的有功功率基准值P*和无功功率基准值Q*做差，将差值输入到附加零起升压控制的下垂控制中，其中，n和m分别表示下垂控制中的无功-电压环节以及下垂控制中的有功-频率环节。
其中，先将稳态电压输入到零起升压控制环节，得到零起升压环节的输出量，在下垂控制中上侧为无功-电压环节，输入值与无功下垂系数相乘得到的输出量与零起升压环节的输出量相加得到参考电压幅值V ref1。在下垂控制中下侧为有功-频率环节，输入值与有功下垂系数相乘得到的输出量与角频率基准值ω * 相加得到角频率ω，经过积分环节即∫中，得到参考电压相角θ。将参考电压幅值V ref1和参考电压相角θ结合得到参考电压v ref1。参考电压v ref1作为输入值输入到电压电流双闭环控制中。
其中，先将第一负载侧电压经坐标转换（abc/dq）得到负载侧电压d轴分量和负载侧电压q轴分量/>；将第一储能变流器侧电流/>经abc/dq转换后得到第一储能变流器侧电流d轴分量和第一储能变流器侧电流q轴分量；参考电压v ref1经abc/dq变换后得到d轴分量和q轴分量。电压电流双闭环控制上侧为d轴分量计算环节，参考电压v ref1的d轴分量与负载侧电压d轴分量v od1做差得到的值作为输入量输入到附加HLRNN算法的PI控制中得到第一输出量，第一输出量与第一储能变流器侧电流d轴分量做差得到第二输出量再经过附加HLRNN算法的PI控制得到第三输出量。电压电流双闭环控制下侧为q轴分量计算环节，参考电压v ref1的q轴分量与负载侧电压q轴分量v oq1做差得到的值作为输入量输入到附加HLRNN算法的PI控制中得到第四输出量，第四输出量与第一储能变流器侧电流q轴分量做差得到第五输出量再经过附加HLRNN算法的PI控制得到第六输出量。最后将第三输出量和第六输出量输入到PWM发生器中得到PWM信号。
图4示出了根据本发明的一个实施例的三电平储能变流器多机黑启动控制的总示意图之二；如图4所示，三电平储能变流器多机黑启动控制之二从左至右包括：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）发生器、附加隐层递归神经网络算法（HLRNN算法）和虚拟电感控制的电压电流双闭环控制、附加预同步控制的下垂控制以及功率计算控制。
首先从主电路中采集到的第二负载侧电压v o2和第二负载侧电流i o2经过功率计算得到有功功率P和无功功率Q，得到的有功功率和无功功率与给定的有功功率基准值P*和无功功率基准值Q*做差，将差值输入到附加预同步控制的下垂控制中，其中，n和m分别表示下垂控制中的无功-电压环节以及下垂控制中的有功-频率环节。
其中，先将负载侧电压幅值输入到幅值预同步环节，得到幅值预同步环节的输出量，将负载侧电压的角频率/>输入到相位预同步环节，得到相位预同步环节的输出量；在下垂控制中上侧为无功-电压环节，输入值与无功下垂系数相乘得到的输出量与幅值预同步环节的输出量以及电压基准值V *相加得到参考电压幅值V ref2。在下垂控制中下侧为有功-频率环节，输入值与有功下垂系数相乘得到的输出量与角频率基准值ω * 以及相位预同步输出值相加得到角频率ω，经过积分环节即∫中得到参考电压相角θ。将参考电压幅值V ref2和参考电压相角θ结合得到参考电压v ref2。参考电压v ref2作为输入值输入到电压电流双闭环控制中。
其中，先将第二负载侧电压经坐标转换（abc/dq）得到负载侧电压d轴分量和负载侧电压q轴分量/>；将负载侧电流d轴分量/>和负载侧电流q轴分量/>输入到虚拟电感环节，得到虚拟电感控制环节的d轴输出量和虚拟电感控制环节的q轴分量；将第二储能变流器侧电流/>经abc/dq转换后得到第二储能变流器侧电流d轴分量和第二储能变流器侧电流q轴分量；参考电压v ref2经dq坐标变换后得到d轴分量和q轴分量。电压电流双闭环控制上侧为d轴分量计算环节，参考电压v ref2的d轴分量与负载侧电压d轴分量v od2以及虚拟电感控制环节的d轴输出量做差得到的值作为输入量输入到附加HLRNN算法的PI控制中得到第七输出量，第七输出量与第二储能变流器侧电流d轴分量做差得到输出量再经过附加HLRNN算法的PI控制得到第八输出量。电压电流双闭环控制下侧为q轴分量计算环节，参考电压v ref2的q轴分量与负载侧电压q轴分量v oq2以及虚拟电感控制环节的q轴分量做差得到的值作为输入量输入到附加HLRNN算法的PI控制中得到第九输出量，第九输出量与第二储能变流器侧电流q轴分量做差得到输出量再经过附加HLRNN算法的PI控制得到第十输出量。最后将第八输出量和第十输出量输入到PWM发生器中得到PWM信号。
图5示出了根据本发明的一个实施例的零起升压控制环节控制框图；如图5所示，零起升压表达式为：
；
其中，为第一储能变流器输出的稳态电压，/>为零起升压控制输出的稳态电压，/>为零起升压的启动斜率，/>为黑启动时间，/>为指数函数，t为时间。
零起升压的启动斜率表达式为：
；
其中表示有功功率参考值，/>为黑启动时间，I为负载侧电流有效值。
黑启动时间由下式确定：
；
其中ω为角频率。
具体地，经过功率计算得到有功功率P和无功功率Q，将有功功率参考值和有功功率P做差得到输出值，将输出值输入到下垂控制中的有功-频率环节，将无功功率参考值/>和无功功率做差得到输出值，将输出值输入到下垂控制中的无功-电压环节，将第一储能变流器输出的稳态电压/>输入到零起升压控制环节，得到零起升压控制输出的稳态电压/>。然后根据有功-频率环节的输出值和角频率参考值/>得到角频率/>，并对其进行积分得到电压相角θ，根据无功-电压环节的输出值和稳态电压/>进行计算得到输出值，将输出值和电压相角θ进行电压合成得到输出电压E * ，将其输入到电压电流双闭环中。
图6示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法的流程示意图之二；该方法包括：
S602：在第二储能变流器启动时，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制；
S604：在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制。
在该实施例中，在第一储能变流器完成黑启动成为黑启动电源后，开始带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，在第二储能变流器进行启动时，需要在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制，即在第二储能变流器的电压电流双闭环控制环节附加虚拟电感控制环节，从而能够起到增大等效阻抗和抑制并联瞬间产生过电流的作用。同时在第二储能变流器进行下垂控制中还要进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制，即在第二储能变流器下垂控制中附加相位预同步控制环节，从而减小并联时产生的冲击电流，以及在第二储能变流器下垂控制中附加电压幅值预同步控制环节，从而可以抑制不同负载引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制的作用。
图7示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤的流程示意图；其步骤包括：
S702：获取第二储能变流器的负载侧的电感电流；
S704：根据负载侧的电感电流确定负载侧的第一电流和负载侧的第二电流；
S706：将第一电流和第二电流作为输入分量，经过微分环节、虚拟电感环节以及滤波器后输入到第二储能变流器的电压闭环控制中。
在该实施例中，在第二储能变流器进行电压闭环控制中附加虚拟电感控制的步骤为：在第二储能变流器的负载侧电路中获取第二储能变流器的负载侧的电感电流，然后对负载侧的电感电流进行坐标变换，在dq坐标系中确定出负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流，然后将负载侧电感电流d轴分量和负载侧电感电流q轴分量作为输入分量，经过微分环节和虚拟电感环节后，得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量经过低通滤波器进行滤波后输入到电压闭环控制中，从而起到了增大等效阻抗和抑制并联瞬间过电流作用。
进一步地，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤，还包括：将第一电流和第二电流作为输入分量，经过虚拟电感环节后输入到第二储能变流器的电流闭环控制中。
在该实施例中，在第二储能变流器进行电流闭环控制中附加虚拟电感控制的步骤包括：将之前获取到的负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流作为输入分量，输入到虚拟电感控制中，从而得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而直接将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量添加到第二储能变流器的电流闭环控制中，从而起到了阻抗重塑，增强系统稳定性，抑制振荡的作用。
图8示出了根据本发明一个实施例中的虚拟电感控制框图；如图8所示，第二储能变流器的虚拟电感控制过程为：
由负载侧线路中采集到的负载侧电流d轴分量和负载侧电流q轴分量/>为输入分量，负载侧电流d轴分量/>通过微分环节与虚拟电感相乘，负载侧电流q轴分量/>与虚拟电感相乘，最后两个分量相加，输入到电压环d轴，同时负载侧电流q轴分量/>通过微分环节与虚拟电感相乘，负载侧电流d轴分量/>与虚拟电感相乘，最后两个分量相加，输入到电压环q轴，起到增大等效阻抗和抑制并联瞬间过电流作用，同时将负载侧线路中采集到的负载侧电流d轴分量/>和负载侧电流q轴分量/>作为输入分量，经过虚拟电感，添加到电流环的输出中，起到阻抗重塑，增强系统稳定性，抑制振荡的作用。
其中虚拟电感表达式为：
；
其中，为虚拟电感，/>、/>为电压的d轴分量和q轴分量，ω为角频率，/>指的是矩阵进行求导，/>和/>为电流d轴分量和q轴分量。
其中，虚拟电感其值随时间衰减，表达式为：
；
其中，为虚拟电感的衰减函数，/>为虚拟电感的终值，/>为虚拟电感的初值，T为时间周期，/>为指数函数。
其中，低通滤波器为无源一阶低通滤波器，其传递函数为：
；
其中ω为角频率，s为变量符号，为输出量。
图9示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤的流程示意图之一；其步骤包括：
S902：获取第一储能变流器的负载侧的电压相角；
S904：获取第二储能变流器的负载侧的三相电压；
S906：根据电压相角和三相电压得到第一电压；
S908：将第一电压输入到比例积分调节器中输出第二电压；
S910：将第二电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该实施例中，在第二储能变流器的下垂控制中附加相位预同步控制环节的步骤，包括：首先获取作为黑启动电源的储能变流器的负载侧电压相角，即获取第一储能变流器的负载侧电压相角，之后获取第二储能变流器负载侧的三相电压，然后将第一储能变流器的负载侧的电压相角和第二储能变流器负载侧的三相电压同时输入到三相静止坐标到二相旋转坐标的变换器中，变换得到第一电压。将得到的第一电压输入到自适应比例积分调节器（PI调节器）中，并输出第二电压。将第二电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制有功-频率环节中。通过预同步不同储能变流器的相角，减小了并联时由于相位不同引起的冲击电流。
图10示出了根据本发明的一个实施例的储能变流器黑启动控制方法中在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤的流程示意图之二；其步骤包括：
S1002：获取第一储能变流器的负载侧的电压有效值；
S1004：获取第二储能变流器的负载侧的电压有效值；
S1006：确定第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值之间的电压差值；
S1008：将电压差值输入到比例积分调节器中输出第三电压；
S1010：将第三电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该实施例中，第二储能变流器进行下垂控制中附加电压幅值预同步控制环节的步骤，包括：分别获取第一储能变流器和第二储能变流器的负载侧的电压有效值，将第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值进行比较，并计算出两者之间的电压差值。然后将电压差值输入到自适应PI调节器中，得到第三电压。将第三电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制无功-电压环节中，从而减小了并联时因端电压不同引起的冲击电流。
图11示出了根据本发明一个实施例中的相位预同步与电压幅值预同步控制框图；如图11所示，第二储能变流器的相位预同步与电压幅值预同步过程为：
在第二储能变流器有功-频率环节附加相位预同步控制环节，采集作为黑启动电源的储能变流器的负载侧电压相角，之后采集非黑启动电源储能变流器负载侧三相电压与黑启动电源的储能变流器电压/>经计算得到的电压相角/>同时输入3s/2r变换得到/>和/>，将得到的/>输入到自适应PI调节器，作为补偿输入到下垂控制有功-频率环节中，预同步不同储能变流器的相角，减小并联时由于相位不同引起的冲击电流。进一步地，经过功率计算得到有功功率P和无功功率Q，将有功功率参考值/>和有功功率P做差得到输出值，将输出值也输入到下垂控制中的有功-频率环节，然后根据有功-频率环节的输出值和角频率参考值/>得到角频率/>，并对其进行积分得到电压相角θ；
同时在第二储能变流器无功-电压环节附加电压幅值预同步控制环节，采集作为黑启动电源的储能变流器和非黑启动电源储能变流器的负载侧电压有效值和/>，进行比较后得到/>，将差值/>输入到自适应PI调节器，作为补偿输入到下垂控制无功-电压环节，减小并联时端电压不同引起的冲击电流。将无功功率参考值/>和无功功率做差得到输出值，将输出值输入到下垂控制中的无功-电压环节，将第一储能变流器输出的稳态电压/>也输入无功-电压环节，得到输出的稳态电压/>。最后根据电压相角θ和稳态电压参考电压/>进一步地，在比例积分调节器中采用隐层递归神经网络算法进行计算。
在该实施例中，在PI调节器中比例增益和积分增益是受到HLRRN算法所影响的。通过在PI调节器中采用隐层递归神经网络算法可以实现快速稳定，同时还可以抑制电网故障引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制作用。
图12示出了根据本发明一个实施例中的隐层递归神经网络算法的结构示意框图；如图12所示，PI调节器的参数自适应调节表达式为：
；
；
其中，其中、/>为PI控制器的比例增益和积分增益，/>为隐层递归神经网络算法的输出量，/>为期望输出与观测输出之间的误差，
，/>。
HLRNN算法有三层，其中输入层由三个输入量组成，它们构成了下面的向量输入：
；
其中b=1并且k是离散−时间信号。
其中为第j个神经元的实际输出，/>为HLRNN算法的延迟控制命令输入，/>为输出向量。递归式定义实际控制算法为：
；
其中 ，/> ，/> 、/>为PI控制器的比例增益和积分增益，/>为期望输出与观测输出之间的误差。循环第j个神经元的向量输入由以下向量描述：
；
其中是循环隐层的权值向量，/>为输出向量，/>为输入层的权值向量，/>为隐层上一次输出。
进一步地，是隐层的输出，如下所示：
；
其中，为第j个神经元的向量输入，/>为指数函数。/>
由此得到算法的输出量，表达式为：
；
其中，为输出层的权值向量，/>为神经元个数，/>算法的上一次输入量。基于隐层递归神经网络算法的自适应PI调节器快速稳定，可以抑制电网故障引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制作用。
图13示出了根据本发明一个实施例中的储能变流器黑启动控制系统的示意框图；其中，储能变流器黑启动控制系统130包括：
第一获取模块1302，用于获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；
第一确定模块1304，用于根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；
第二确定模块1306，用于根据零起升压控制的斜率和黑启动时间确定零起升压控制的输出的电源电动势；
第一输入模块1308，用于将电源电动势和稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制中，使得第一储能变流器实现黑启动功能；
联动模块1310，联动模块用于利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动。
本发明提供的储能变流器黑启动控制系统130，主要包括：第一获取模块1302、第一确定模块1304、第二确定模块1306、第一输入模块1308以及联动模块1310。其中，在具有黑启动功能的第一储能变流器进行下垂控制的无功-电压环节附加零起升压控制环节，具体地，第一获取模块1302获取第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压，然后第一确定模块1304根据稳态电压确定零起升压控制的斜率和零起升压的时间即第一储能变流器进行黑启动时的时间，然后第二确定模块1306将所确定的斜率和黑启动时间带入到零起升压控制中并输出的电源电动势，第一输入模块1308将零起升压控制输出的电源电动势和第一储能变流器进行黑启动时输出的稳态电压按照黑启动时间输入到第一储能变流器的下垂控制的无功-电压环节，使得第一储能变流器完成黑启动，成为黑启动电源。进而联动模块1310利用黑启动后的第一储能变流器带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，从而实现储能变流器多机并联的黑启动。本发明通过在储能变流器进行黑启动时的下垂控制中增加零起升压控制环节，从而保证微电网发生故障不能运行时，能够通过三电平储能变流器进行多机并联黑启动，并且解决了在多台储能变流器并联时冲击电流过大的问题，实现在电阻、阻感、阻容三种不同负载情况下均可正常运行的技术效果。
在上述实施例中，储能变流器黑启动控制系统130还包括：虚拟电感控制模块，虚拟电感控制模块用于在第二储能变流器启动时，在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制；预同步控制模块，预同步控制模块用于在第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制。
在该实施例中，在第一储能变流器完成黑启动成为黑启动电源后，开始带动与第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，在第二储能变流器进行启动时，需要在第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制，即在第二储能变流器的电压电流双闭环控制环节附加虚拟电感控制环节，从而能够起到增大等效阻抗和抑制并联瞬间产生过电流的作用。同时在第二储能变流器进行下垂控制中还要进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制，即在第二储能变流器下垂控制中附加相位预同步控制环节，从而减小并联时产生的冲击电流，以及在第二储能变流器下垂控制中附加电压幅值预同步控制环节，从而可以抑制不同负载引发的不平衡问题，并且起到谐波抑制的作用。
在上述任一实施例中，虚拟电感控制模块包括：第二获取模块，第二获取模块用于获取第二储能变流器的负载侧的电感电流；第三确定模块，第三确定模块用于根据负载侧的电感电流确定负载侧的第一电流和负载侧的第二电流；第二输入模块，第二输入模块用于将第一电流和第二电流作为输入分量，经过微分环节、虚拟电感环节以及滤波器后输入到第二储能变流器的电压闭环控制中。
在该实施例中，在第二储能变流器的负载侧电路中获取第二储能变流器的负载侧的电感电流，然后对负载侧的电感电流进行坐标变换，在dq坐标系中确定出负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流，然后将负载侧电感电流d轴分量和负载侧电感电流q轴分量作为输入分量，经过微分环节和虚拟电感环节后，得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量经过低通滤波器进行滤波后输入到电压闭环控制中，从而起到了增大等效阻抗和抑制并联瞬间过电流作用。
在上述任一实施例中，虚拟电感控制模块还包括：第三输入模块，第三输入模块用于将第一电流和第二电流作为输入分量，经过虚拟电感环节后输入到第二储能变流器的电流闭环控制中。
在该实施例中，将之前获取到的负载侧电感电流d轴分量即第一电流和负载侧电感电流q轴分量即第二电流作为输入分量，输入到虚拟电感控制中，从而得到输出端电压d轴分量和输出端电压q轴分量，进而直接将输出端电压q轴分量和输出端电压d轴分量添加到第二储能变流器的电流闭环控制中，从而起到了阻抗重塑，增强系统稳定性，抑制振荡的作用。
在上述任一实施例中，预同步控制模块包括：第三获取模块，第三获取模块用于获取第一储能变流器的负载侧的电压相角；第四获取模块，第四获取模块用于获取第二储能变流器的负载侧的三相电压；第四确定模块，第四确定模块用于根据电压相角和三相电压得到第一电压；第四输入模块，第四输入模块用于将第一电压输入到比例积分调节器中输出第二电压；第五输入模块，第五输入模块用于将第二电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该实施例中，首先获取作为黑启动电源的储能变流器的负载侧电压相角，即获取第一储能变流器的负载侧电压相角，之后获取第二储能变流器负载侧的三相电压，然后将第一储能变流器的负载侧的电压相角和第二储能变流器负载侧的三相电压同时输入到三相静止坐标到二相旋转坐标的变换器中，变换得到第一电压。将得到的第一电压输入到自适应PI调节器中，并输出第二电压。将第二电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制有功-频率环节中。通过预同步不同储能变流器的相角，减小了并联时由于相位不同引起的冲击电流。
在上述任一实施例中，预同步控制模块还包括：第五获取模块，第五获取模块用于获取第一储能变流器的负载侧的电压有效值；第六获取模块，第六获取模块用于获取第二储能变流器的负载侧的电压有效值；第五确定模块，第五确定模块用于确定第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值之间的电压差值；第六输入模块，第六输入模块用于将电压差值输入到比例积分调节器中输出第三电压；第七输入模块，第七输入模块用于将第三电压输入到第二储能变流器的下垂控制中。
在该实施例中，分别获取第一储能变流器和第二储能变流器的负载侧的电压有效值，将第一储能变流器的负载侧的电压有效值和第二储能变流器的负载侧的电压有效值进行比较，并计算出两者之间的电压差值。然后将电压差值输入到自适应PI调节器中，得到第三电压。将第三电压作为补偿输入到第二储能变流器的下垂控制无功-电压环节中，从而减小了并联时因端电压不同引起的冲击电流。
图14示出了根据本发明的一个实施例的电子设备的示意框图；其中，电子设备140包括：
存储器1402、处理器1404及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器1404执行计算机程序时实现如上述任一实施例中的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
本发明提供的电子设备140，计算机程序被处理器1404执行时实现如上述任一实施例的储能变流器黑启动控制方法的步骤，因此该电子设备具有上述任一实施例储能变流器黑启动控制方法的全部有益效果。
根据本发明的第四个目的，提出了一种存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
本发明提供的存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的储能变流器黑启动控制方法的步骤，因此该存储介质具有上述任一实施例的储能变流器黑启动控制方法的全部有益效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储能变流器黑启动控制方法，其特征在于，所述储能变流器黑启动控制方法包括：
获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；
根据所述稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；
根据所述零起升压控制的所述斜率和所述黑启动时间确定所述零起升压控制输出的电源电动势；
将所述电源电动势和所述稳态电压按照所述黑启动时间输入到所述第一储能变流器的下垂控制中，使得所述第一储能变流器实现黑启动功能；
利用黑启动后的所述第一储能变流器带动与所述第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动；
在所述第二储能变流器启动时，在所述第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制；
在所述第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制；
所述在所述第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤，包括：
获取所述第一储能变流器的负载侧的电压相角；
获取所述第二储能变流器的负载侧的三相电压；
根据所述电压相角和所述三相电压得到第一电压；
将所述第一电压输入到比例积分调节器中输出第二电压；
将所述第二电压输入到所述第二储能变流器的下垂控制中。
2.根据权利要求1所述的储能变流器黑启动控制方法，其特征在于，所述在所述第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤，包括：
获取所述第二储能变流器的负载侧的电感电流；
根据所述负载侧的电感电流确定所述负载侧的第一电流和所述负载侧的第二电流；
将所述第一电流和所述第二电流作为输入分量，经过微分环节、虚拟电感环节以及滤波器后输入到所述第二储能变流器的电压闭环控制中。
3.根据权利要求2所述的储能变流器黑启动控制方法，其特征在于，所述在所述第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制的步骤，还包括：
将所述第一电流和所述第二电流作为输入分量，经过虚拟电感环节后输入到所述第二储能变流器的电流闭环控制中。
4.根据权利要求1所述的储能变流器黑启动控制方法，其特征在于，所述在所述第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制的步骤，还包括：
获取所述第一储能变流器的负载侧的电压有效值；
获取所述第二储能变流器的负载侧的电压有效值；
确定所述第一储能变流器的负载侧的电压有效值和所述第二储能变流器的负载侧的电压有效值之间的电压差值；
将所述电压差值输入到比例积分调节器中输出第三电压；
将所述第三电压输入到所述第二储能变流器的下垂控制中。
5.根据权利要求4所述的储能变流器黑启动控制方法，其特征在于，
在所述比例积分调节器中采用隐层递归神经网络算法进行计算。
6.一种储能变流器黑启动控制系统，其特征在于，所述储能变流器黑启动控制系统包括：
第一获取模块，所述第一获取模块用于获取具有黑启动功能的第一储能变流器输出的稳态电压；
第一确定模块，所述第一确定模块用于根据所述稳态电压确定零起升压控制的斜率和黑启动时间；
第二确定模块，所述第二确定模块用于根据所述零起升压控制的所述斜率和所述黑启动时间确定所述零起升压控制输出的电源电动势；
第一输入模块，所述第一输入模块用于将所述电源电动势和所述稳态电压按照所述黑启动时间输入到所述第一储能变流器的下垂控制中，使得所述第一储能变流器实现黑启动功能；
联动模块，所述联动模块用于利用黑启动后的所述第一储能变流器带动与所述第一储能变流器并联的第二储能变流器进行启动，实现储能变流器多机并联的黑启动；
虚拟电感控制模块，所述虚拟电感控制模块用于在所述第二储能变流器启动时，在所述第二储能变流器进行电压闭环控制和电流闭环控制中进行虚拟电感控制；
预同步控制模块，所述预同步控制模块用于在所述第二储能变流器进行下垂控制中进行相位预同步控制和电压幅值预同步控制；
所述预同步控制模块包括：
第三获取模块，所述第三获取模块用于获取所述第一储能变流器的负载侧的电压相角；
第四获取模块，所述第四获取模块用于获取所述第二储能变流器的负载侧的三相电压；
第四确定模块，所述第四确定模块用于根据所述电压相角和所述三相电压得到第一电压；
第四输入模块，所述第四输入模块用于将所述第一电压输入到比例积分调节器中输出第二电压；
第五输入模块，所述第五输入模块用于将所述第二电压输入到所述第二储能变流器的下垂控制中。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器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如权利要求1至5中任一项所述的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
8.一种存储介质，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如权利要求1至5中任一项所述的储能变流器黑启动控制方法的步骤。
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