CN117060493A - 一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，通过计算交流电网的有功功率和无功功率；基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，对虚拟同步发电机的实际电角速度和有功功率进行P I控制，得到虚拟同步发电机的功角；对计算的虚拟同步发电机的实际电压进行P I控制，得到虚拟同步发电机的励磁电压；基于功角和励磁电压，计算虚拟同步发电机的机端电压，并基于dq变换得到dq变换电压，将dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，将dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，对调制信号进行变换，得到虚拟同步发电机的输出电压；与现有技术相比，本发明的技术方案能实现对风储系统的输出控制，提高系统稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及发电机控制的技术领域，特别是涉及一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置。
背景技术
随着全球能源运用导致的环境污染问题日益突出，新能源成为较为优越的解决办法；基于目前全球资源储备容量以及新能源发电技术的总体分析，由于风力资源分布最为广泛，而且风力发电技术运用最为久远，因此认为其综合技术最为成熟。
然而间歇性、随机性是风力资源的独有特性，因此风电场运行大概率处于变工况状态，风电机组输出不稳定随着风电大规模接入电网，系统惯性支撑能力和一次调频能力不断下降，目前，有学者提出使用频率响应进行控制，对风机出力进行调节，该方案可以对机组进行一次调频，并没有考虑二次调频时机组的响应特性，不能实现长久的调频支撑，仅能进行短暂的调频支援；还有学者提出在转速恢复过程中根据MPPT准则修正功率系数，但其控制技术需要多次验算曲线系数，确定最佳控制参数，不可结合虚拟惯量控制，否则会使整体的调频效果受到扰动，影响控制效果，导致系统不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，实现对风储系统的输出控制，提高系统稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，包括：
获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；
基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；
基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；
基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
在一种可能的实现方式中，基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：
式中，J为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；Pm为机械功率；Xa为同步电抗；Pe为电磁功率；θ为功角；Ra为电枢电阻；为励磁电压；/>为电压；/>为电流；D为阻尼系数；Tm为机械扭矩；Te为电磁扭矩，/>为90度向量角。
在一种可能的实现方式中，基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；
将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；
将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；
基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
在一种可能的实现方式中，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：
基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；
获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；
将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；
基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
在一种可能的实现方式中，基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：
将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：
式中，为机端电压，/>为90度向量角，/>为电流，Xa为同步电抗，Ra为电枢电阻，/>为励磁电压，θ为功角。
在一种可能的实现方式中，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：
将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：
式中，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，KP为电压环比例增益，ω为实际电角速度，Ud *为d轴中的参考电压值，Uq *为q轴中的参考电压值，Vd为d轴变换机端电压，Uq *为q轴中的输入电压量，Vq为q轴变换电压量，C为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，iLd为d轴中的测量电流量，iLq为q轴中的测量电流量，S为拉普拉斯运算符，Ki为电压环积分项。
在一种可能的实现方式中，将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：
将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：
式中，Ed为d轴中的调制信号，Eq为q轴中的调制信号，KP1为电流环比例增益，Ki1为电流环积分项，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，Id为d轴中的电流测量量，Iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，L为交流电网中滤波电感值，Vd为d轴变换机端电压，Vq为q轴变换机端电压。
在一种可能的实现方式中，一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置，其特征在于，包括：功率计算模块、功角PI控制模块、励磁电压PI控制模块和输出电压控制模块；
其中，所述功率计算模块，用于获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；
所述功角PI控制模块，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；
所述励磁电压PI控制模块，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；
所述输出电压控制模块，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
在一种可能的实现方式中，所述功角PI控制模块，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：
式中，J为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；Pm为机械功率；Xa为同步电抗；Pe为电磁功率；θ为功角；Ra为电枢电阻；为励磁电压；/>为电压；/>为电流；D为阻尼系数；Tm为机械扭矩；Te为电磁扭矩，/>为90度向量角。
在一种可能的实现方式中，所述励磁电压PI控制模块，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；
将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；
将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；
基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
在一种可能的实现方式中，所述功角PI控制模块，用于获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：
基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；
获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；
将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；
基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：
将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：
式中，为机端电压，/>为90度向量角，/>为电流，Xa为同步电抗，Ra为电枢电阻，/>为励磁电压，θ为功角。
在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：
将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：
式中，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，KP为电压环比例增益，ω为实际电角速度，Ud *为d轴中的参考电压值，Uq *为q轴中的参考电压值，Vd为d轴变换机端电压，Uq *为q轴中的输入电压量，Vq为q轴变换机端电压，C为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，iLd为d轴中的测量电流量，iLq为q轴中的测量电流量，S为拉普拉斯运算符，Ki为电压环积分项。
在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：
将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：
式中，Ed为d轴中的调制信号，Eq为q轴中的调制信号，KP1为电流环比例增益，Ki1为电流环积分项，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，Id为d轴中的电流测量量，Iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，L为交流电网中滤波电感值，Vd为d轴变换机端电压，Vq为q轴变换机端电压。
本发明还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
本发明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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
本发明实施例一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过计算交流电网的有功功率和无功功率；基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，对获取的虚拟同步发电机的实际电角速度和有功功率进行PI控制，得到虚拟同步发电机的功角；对计算的虚拟同步发电机的实际电压进行PI控制，得到虚拟同步发电机的励磁电压；基于功角和励磁电压，计算虚拟同步发电机的机端电压，并基于dq变换得到dq变换电压，将dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，将dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，对调制信号进行变换，得到虚拟同步发电机的输出电压；与现有技术相比，本发明的技术方案通过对虚拟同步发电机的实际电角速度和实际电压进行PI控制，可以实现对电网中的功角和励磁电压进行精确的控制和优化，使系统在不同负载条件下保持稳定运行，且基于电压环和电流环的层级控制结构，可以有效地实现电压和电流的稳定控制，保证电压输出的质量和稳定性，进一步提高系统稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置的一种实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的一种实施例的主电路的总体示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，参见图1，图1是本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法的一种实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤101-步骤104，具体如下：
步骤101：获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率。
一实施例中，电网系统的主电路包括风机、风机机侧整流器、直流母线、直流母线储能单元、网侧逆变器、交流电网，电流互感器以及电压互感器，其中，风机发出交流电，风机机侧整流器将交流电整流为直流进入直流母线，再通过网侧逆变器逆变为交流进入交流电网。如图3所示，图3是主电路的总体示意图。
优选的，对于直流母线储能单元，采用分布式储能，在机组直流侧变换器出单独接入储能装置，通过直流电对机组进行调节。
一实施例中，通过安装在交流电网中的电流互感器获取交流电网的电流数据，安装在交流电网中的电压互感器获取交流电网的电压数据，其中，所述电流数据为三相电流数据，所述电压数据为三相电压数据。
一实施例中，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率时，将所述电流数据和所述电压数据输入到有功功率计算公式中，得到所述交流电网的有功功率；并将所述电流数据和所述电压数据输入到无功功率计算公式中，得到所述交流电网的无功功率。
具体的，所述有功功率计算公式，如下所示：
式中，P为有功功率，Va为A相电压，Vb为B相电压，Vc为C相电压，|Va|为A相电压的模值，|Vb|为B相电压的模值，|Vc|为C相电压的模值，θa为A相电压的相角，θb为B相电压的相角，θc为C相电压的相角，为A相电流的相角，/>B相电流的相角，/>为C相电流的相角，Ia为A相电流，Ib为B相电流，Ic为C相电流，|Ia|为A相电流的模值，|Ib|为B相电流的模值，|Ic|为C相电流的模值。
具体的，所述无功功率计算公式，如下所示：
步骤102：基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
一实施例中，当风速较为稳定时，控制部分保持控制和计算，安装在电路中的分布式储能单元，变换器处于降压状态，分布式储能单元吸收能量。
一实施例中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机；利用网侧逆变器控制该虚拟同步发电机的励磁电动势以及功角，实现对整体的输出控制。
一实施例中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：
式中，J为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；Pm为机械功率；Xa为同步电抗；Pe为电磁功率；θ为功角；Ra为电枢电阻；为励磁电动势；/>为电压；/>为电流；D为阻尼系数；Tm为机械扭矩；Te为电磁扭矩；/>为90度向量角。
优选的，输出额定角速度ωg，同步电抗Xa，电枢电阻Ra根据实际情况进行设计。
优选的，电磁功率Pe由电动势en和输出电流in表示：
Pe＝eaia+ebib+ecic；
式中，ea,eb,ec分别为实际测量的虚拟同步发电机的三相实际机端电压，ia,ib,ic分别为虚拟同步发电机的三相输出电流。
一实施例中，当发生功率跌落时，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角时，主要基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
具体的，所述电角速度计算公式为：ω＝2πf，式中，f为频率；通过获取所述虚拟同步发电机的频率，将所述频率代入到所述电角速度计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的实际电角速度。
具体的，通过计算所述实际电角速度和所述参考电角速度之间的差值，得到电角速度误差。
具体的，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率时，将所述参考功率和所述电角速度误差待入到预设的机械功率计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机械功率，其中，所述机械功率计算公式如下所示：
Pm＝Pref+Kω(ωg-ω)；
式中，Pm为机械功率，Pref为参考功率；ω为实际电角速度；ωg为参考电角速度，Kω为系数。
具体的，通过计算所述有功功率和机械功率之间的差值，得到有功功率误差。
具体的，基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角时，将所述有功功率误差和所述参考电角速度输入到预设的功角计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的功角；其中，所述预设的功角计算公式如下所示：
式中，J为电机转动惯量，根据实际情况进行设置，Pm为机械功率，P为实际功率，ωg为参考电角速度，θ为功角。
步骤103：基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
一实施例中，当无功功率脱离平稳状态时，系统电压将发生波动；而无功电压控制部分通过励磁系统进行调节，调节励磁绕组的励磁电动势调节发电机励磁电压，平抑无功功率波动。
一实施例中，将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
具体的，通过计算所述无功功率和参考无功功率之间的差值，得到无功功率误差。
具体的，基于所述无功功率误差，计算实际电压时，获取所述虚拟同步发电机的参考电压，将所述无功功率误差和所述参考电压代入到实际电压计算公式中，其中，所述实际电压计算公式如下所示：
um＝uref+Kv(Qref-Q)＝uref+Δu；
式中，um为实际电压，uref为参考电压，Kv为系数，Qref为参考无功功率，Q为无功功率，Δu为电压调节值，Kq为积分系数，根据实际情况进行设计。
具体的，通过计算所述实际电压与参考电压之间的差值，得到励磁电压误差。
具体的，基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压时，将所述励磁电压误差输入到预设的励磁电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，其中，所述励磁电压计算公式如下所示：
E＝∫Kq(uref-um)dτ；
式中，E为经过PI控制后的励磁电压，Kq为积分系数，um为实际电压，uref为参考电压。
步骤104：基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
一实施例中，基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压时，将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：
式中，为机端电压，/>为90度向量角，/>为电流，Xa为同步电抗，Ra为电枢电阻，/>为励磁电压，θ为功角。
一实施例中，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压时，由于所述机端电压为三相机端电压，因此，先对所述机端电压进行坐标轴变换，以使所述机端电压从abc坐标系的三相机端电压转换为αβ坐标系的两相机端电压，再对所述αβ坐标系的两相机端电压进行坐标转换，以使将αβ坐标系的两相机端电压转换为dq坐标系的dq变换电压，其中，所述dq变换电压包括d轴机端电压和q轴机端电压。
一实施例中，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值时，具体将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：
式中，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，KP为电压环比例增益，ω为实际电角速度，Ud *为d轴中的参考电压值，Uq *为q轴中的参考电压值，Vd为d轴变换机端电压，Uq *为q轴中的输入电压量，Vq为q轴变换机端电压，C为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，iLd为d轴中的测量电流量，iLq为q轴中的测量电流量，S为拉普拉斯运算符，Ki为电压环积分项。
一实施例中，将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号时，将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到；其中，所述电流环控制公式，如下所示：
式中，Ed为d轴中的调制信号，Eq为q轴中的调制信号，KP1为电流环比例增益，Ki1为电流环积分项，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，Id为d轴中的电流测量量，Iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，L为交流电网中滤波电感值，Vd为d轴变换机端电压，Vq为q轴变换机端电压。
一实施例中，基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压时，由于所述调制信号为dp轴下的调制信号，因此，还要将所述调制信号进行坐标轴转换，得到αβ坐标系下的第一调制信号，对所述第一调制信号再次进行坐标系转换，得到abc坐标系下的三相调制信号，基于SVPWM对所述三相调制信号转换为三相PWM波，基于所述三相PWM波控制逆变器中各个开关元件的开关状态，基于所述逆变器中各个开关元件的开关状态，调整所述虚拟同步发电机的输出电压。
实施例2，参见图2，图2是本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置的一种实施例的结构示意图，如图2所示，该装置包括功率计算模块201、功角PI控制模块202、励磁电压PI控制模块203和输出电压控制模块204，具体如下：
所述功率计算模块201，用于获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率。
所述功角PI控制模块202，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
所述励磁电压PI控制模块203，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
所述输出电压控制模块204，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
一实施例中，所述功角PI控制模块202，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：
式中，J为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；Pm为机械功率；Xa为同步电抗；Pe为电磁功率；θ为功角；Ra为电枢电阻；为励磁电压；/>为电压；/>为电流；D为阻尼系数；Tm为机械扭矩；Te为电磁扭矩，/>为90度向量角。
一实施例中，所述励磁电压PI控制模块203，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
一实施例中，所述功角PI控制模块202，用于获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
一实施例中，所述输出电压控制模块204，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：
式中，为机端电压，/>为90度向量角，/>为电流，Xa为同步电抗，Ra为电枢电阻，/>为励磁电压，θ为功角。
一实施例中，所述输出电压控制模块204，用于将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：
式中，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，KP为电压环比例增益，ω为实际电角速度，Ud *为d轴中的参考电压值，Uq *为q轴中的参考电压值，Vd为d轴变换机端电压，Uq *为q轴中的输入电压量，Vq为q轴变换机端电压，C为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，iLd为d轴中的测量电流量，iLq为q轴中的测量电流量，S为拉普拉斯运算符，Ki为电压环积分项。
一实施例中，所述输出电压控制模块204，用于将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：
式中，Ed为d轴中的调制信号，Eq为q轴中的调制信号，KP1为电流环比例增益，Ki1为电流环积分项，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，Id为d轴中的电流测量量，Iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，L为交流电网中滤波电感值，Vd为d轴变换机端电压，Vq为q轴变换机端电压。
所属领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不在赘述。
需要说明的是，上述基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块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模块来实现本实施例方案的目的。
在上述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法的实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备，该基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任意一实施例的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
示例性的，在这一实施例中所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备中的执行过程。
所述基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所称处理器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，所述处理器是所述基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于虚拟同步发电机的风储协同控制终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
在上述基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法的实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时，控制所述存储介质所在的设备执行本发明任意一实施例的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
在这一实施例中，上述存储介质为计算机可读存储介质，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可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
综上，本发明提供的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，通过计算交流电网的有功功率和无功功率；基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，对获取的虚拟同步发电机的实际电角速度和有功功率进行PI控制，得到虚拟同步发电机的功角；对计算的虚拟同步发电机的实际电压进行PI控制，得到虚拟同步发电机的励磁电压；基于功角和励磁电压，计算虚拟同步发电机的机端电压，并基于dq变换得到dq变换电压，将dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，将dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，对调制信号进行变换，得到虚拟同步发电机的输出电压；与现有技术相比，本发明的技术方案能实现对风储系统的输出控制，提高系统稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，包括：
获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；
基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；
基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；
基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：
式中，J为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；Pm为机械功率；Xa为同步电抗；Pe为电磁功率；θ为功角；Ra为电枢电阻；为励磁电压；/>为电压；/>为电流；D为阻尼系数；Tm为机械扭矩；Te为电磁扭矩，/>为90度向量角。
3.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；
将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；
将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；
基于PI控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。
4.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：
基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；
获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；
将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；
基于PI控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。
5.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：
将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：
式中，为机端电压，/>为90度向量角，/>为电流，Xa为同步电抗，Ra为电枢电阻，/>为励磁电压，θ为功角。
6.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：
将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：
式中，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，KP为电压环比例增益，ω为实际电角速度，Ud *为d轴中的参考电压值，Uq *为q轴中的参考电压值，Vd为d轴变换机端电压，Uq *为q轴中的输入电压量，Vq为q轴变换电压量，C为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，iLd为d轴中的测量电流量，iLq为q轴中的测量电流量，S为拉普拉斯运算符，Ki为电压环积分项。
7.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，其特征在于，将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：
将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：
式中，Ed为d轴中的调制信号，Eq为q轴中的调制信号，KP1为电流环比例增益，Ki1为电流环积分项，Id―ref为d轴中的d轴电流值，Iq―ref为q轴中的q轴电流值，Id为d轴中的电流测量量，Iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，L为交流电网中滤波电感值，Vd为d轴变换机端电压，Vq为q轴变换机端电压。
8.一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置，其特征在于，包括：功率计算模块、功角PI控制模块、励磁电压PI控制模块和输出电压控制模块；
其中，所述功率计算模块，用于获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；
所述功角PI控制模块，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；
所述励磁电压PI控制模块，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行PI控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；
所述输出电压控制模块，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于SVPWM对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，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任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。
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