CN117477644A - 一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents

一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质 Download PDF

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王爱军
房旭
徐浩
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Abstract

本发明公开了一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质，所述方法包括：确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。该方法能够准确得到最优关键参数，从而更好地实现对虚拟同步机的稳定性控制。

Description

一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质
技术领域
本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
随着环境污染的日益严重和传统化石能源的枯竭，风能、光能等清洁能源已成为不可或缺的替代能源。新能源发电一般通过逆变装置接入交流微电网，但由于逆变装置大比例接入时不具备同步发电机的惯性和阻尼，系统的惯性和阻尼会不足。当受到干扰时，其抑制干扰的能力变弱，严重时甚至导致系统频率崩溃。
虚拟同步机可以控制模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，而逆变器设备也可以为系统提供惯性和阻尼支持。虚拟惯量和阻尼是虚拟同步发电机(virtual synchronousgenerator，VSG)的核心控制参数，具有灵活性和可调性，调整这些参数可以有效提高VSG的稳定性。
然而，现有的虚拟同步机的控制方法并不能很好地对虚拟同步机进行稳定性控制，使虚拟同步机的工作受到影响。
发明内容
本发明提供了一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质，以更好地对虚拟同步机进行稳定性控制。
根据本发明的一方面，提供了一种虚拟同步机的控制方法，所述方法包括：
确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；
构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；
根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
根据本发明的另一方面，提供了一种虚拟同步机的控制装置，包括：
确定模块，用于确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；
构建模块，用于构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；
寻优计算模块，用于根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的虚拟同步机的控制方法。
根据本发明的另一方面，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指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的虚拟同步机的控制方法。
本发明实施例提供了一种虚拟同步机的控制方法、装置、电子设备及介质，所述方法包括：确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。利用上述技术方案，通过根据虚拟同步机关键参数的关键取值范围和构建的目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，能够准确得到最优关键参数，从而更好地实现对虚拟同步机的稳定性控制。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
图1是根据本发明实施例一提供的一种虚拟同步机的控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例二提供的一种虚拟同步机的控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例二提供的VSG频率振荡的示意图；
图4是根据本发明实施例二提供的一种虚拟同步机的控制方法的示意图；
图5是根据本发明实施例三提供的一种虚拟同步机的控制装置的结构示意图；
图6是根据本发明实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“当前”、“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是根据本发明实施例一提供的一种虚拟同步机的控制方法的流程图，本实施例可适用于对虚拟同步机进行控制的情况，该方法可以由虚拟同步机的控制装置来执行，该虚拟同步机的控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该虚拟同步机的控制装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法包括：
S110、确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数。
关键取值范围可以是指关键参数的取值范围，关键参数可以包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数。
在本实施例中，确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围可以包括：
确定虚拟同步机的阻尼系数D满足
确定虚拟同步机中虚拟惯量J最大值满足虚拟惯量的最小值满足/>
确定虚拟同步机的下垂系数KP满足式中，Pmax为最大可承受功率，Pmin为虚拟同步机在储能装置支撑下的最小输出功率，dω/dt为角频率变化率，ω为系统角频率，ωmax为角频率最大值，ωmin为角频率最小值，ωN为额定角频率，X为线路阻抗，ξ为阻尼比，E为逆变器输出电压有效值，U为公共点电压有效值。
例如可以基于本发明所涉及的参数范围进行整定，计算出下垂系数、虚拟惯量和阻尼系数的参数整定范围，避免参数越限对VSG稳定性带来的影响。
下垂系数KP取值应满足式
VSG惯量的自适应调节系数可根据惯量的取值范围进行选取。
阻尼选取需满足式式中，Pmin为VSG在储能装置支撑下的最小输出功率。
阻尼系数D最小值满足
虚拟惯量J最大值需满足式中，Pmax为系统最大可承受功率，且虚拟惯量的最小值/>
S120、构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性。
其中，目标输出函数可以用于表征虚拟同步机的输出特性，作为电力系统的评价函数，如目标输出函数越小，代表系统性能越好。其中，目标输出函数可以由虚拟同步机的输出参数所组成，如目标输出函数可以设计为误差绝对值与时间乘积的积分函数和总谐波畸变率函数的加权组合。
示例性的，输出参数可以包括虚拟同步机的输出电流、无功功率偏差和角频率偏差，进一步地，在本实施例中，虚拟同步机的目标输出函数例如可以为其中，Izon、Izol分别为输出电流的谐波幅值和基波幅值；λ、μ、ν分别为输出电流总谐波畸变率、系统无功功率偏差的加权系数以及角频率偏差的加权系数。
S130、根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
具体的，可以通过上述步骤确定的关键取值范围和目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，来得到最优关键参数，从而可以使用最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制，提高虚拟同步机的稳定性。
本发明实施例一提供了一种虚拟同步机的控制方法，确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。利用该方法，通过根据虚拟同步机关键参数的关键取值范围和构建的目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，能够准确得到最优关键参数，从而更好地实现对虚拟同步机的稳定性控制。
实施例二
图2是根据本发明实施例二提供的一种虚拟同步机的控制方法的流程图，本实施例二在上述各实施例的基础上进行优化。在本实施例中，将根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数进一步具体化为：使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，所述最优关键参数位于所述关键取值范围内，所述最优关键参数与所述最优输出参数相对应。
本实施例尚未详尽的内容请参考实施例一。
如图2所示，该方法包括：
S210、确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数。
S220、构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性。
S230、使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制，所述最优关键参数位于所述关键取值范围内，所述最优关键参数与所述最优输出参数相对应。
在本实施例中，最优输出参数以及最优关键参数可以认为是使目标输出函数的函数值为最小值时所对应的参数，最优关键参数可以与最优输出参数一一对应。
在一个实施方式中，所述使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，包括：
获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数，所述当前关键参数位于所述关键取值范围内；
基于所述当前输出参数计算所述目标输出函数的当前函数值；
基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一关键参数，将所述下一关键参数确定为当前关键参数，返回执行所述获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数的步骤，直至所述下一关键参数不在所述关键取值范围内；
将使所述目标输出函数的当前函数值达到最小的输出参数作为最优输出参数，以及将所述最优输出参数对应的关键参数作为所述虚拟同步机的最优关键参数。
当前输出参数可以是指虚拟同步机在当前关键参数下所输出的参数，当前关键参数可以为在当前寻优周期下虚拟同步机的关键参数，下一关键参数可以为在下一寻优周期下虚拟同步机的关键参数；当前函数值为根据当前输出参数所计算目标输出函数的函数值。
具体的，本实施例可以通过使用群体智能优化算法来进行关键参数的迭代寻优，示例性的，可以先基于初始关键参数来控制虚拟同步机进行工作，继而获取虚拟同步机在初始关键参数下的输出参数，以及基于获取的输出参数计算出目标输出函数的当前函数值；随后则可以在关键取值范围内对下一关键参数进行确定，并控制虚拟同步机工作，返回执行获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数的步骤，以确定出使目标输出函数的当前函数值达到最小的输出参数，将其作为最优输出参数，并将最优输出参数对应的关键参数作为虚拟同步机的最优关键参数。
本发明实施例二提供了一种虚拟同步机的控制方法，确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制，所述最优关键参数位于所述关键取值范围内，所述最优关键参数与所述最优输出参数相对应。利用该方法，通过使用群体智能优化算法确定出使目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，进一步提高了最优关键参数的准确性，从而更好地实现了对虚拟同步机的稳定性控制。
在一个实施例中，所述下一关键参数包括下一阻尼系数、下一虚拟惯量和下一下垂系数，所述基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一关键参数，包括：
所述基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一虚拟惯量和下一下垂系数；
根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数。
其中，下一阻尼系数、下一虚拟惯量和下一下垂系数可以分别认为是在下一寻优周期下虚拟同步机的阻尼系数、虚拟惯量和下垂系数。
在本实施例中，在确定关键参数的过程中，可以是先确定出虚拟惯量和下垂系数，再根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，对相应的阻尼系数进行确定。其中，阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系可以由建立虚拟同步机有功环的闭环传递函数来计算得到。
在一个实施例中，在所述根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数之前，还包括：
建立虚拟同步机有功环的闭环传递函数，得到系统对应的自然振荡角频率函数以及阻尼比函数；
依据所述自然振荡角频率函数以及所述阻尼比函数，得到阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系。
示例性的，首先通过虚拟同步机并网等效电路，假设虚拟同步机运行于感性线路下，则虚拟同步机输出的有功功率Pe可以为式中，δ为虚拟同步机输出的功角，E为逆变器输出电压有效值，U为公共点电压有效值，X为线路阻抗。
值得注意的是，VSG系统的阻尼比ξ的大小与阻尼系数D成正比，与转动惯量J成反比；系统调节时间反之，与转动惯量J成正比，与阻尼系数D成反比。
然后根据功率-频率控制环，推导出虚拟同步机有功环的闭环传递函数为式中，Pref为有功功率参考值，ωN为系统额定角频率，s为拉普拉斯算子，D为阻尼系数，J为虚拟惯量，KP为下垂系数。
继而，系统对应的自然振荡角频率ωn以及阻尼比ξ分别为：
可以选取最佳阻尼比带入，分别计算出虚拟惯量J、阻尼系数D以及下垂系数KP的初始值。
值得注意的是，当0<ξ<1时，功频系统为欠阻尼系统；当ξ＝1时，功频系统为临界阻尼系统；当ξ>1时，功频系统为过阻尼系统。综合考虑响应速度和超调量两个动态指标，采用“西门子二阶最优系统”控制策略，即将阻尼比设置为0.707。
最后，可以依据自然振荡角频率函数以及阻尼比函数，得到下垂系数与虚拟惯量、阻尼系数之间的数学逻辑关系，即
下面对本发明实施例提供的虚拟同步机的控制方法进行示例性的描述：
图3是根据本发明实施例二提供的VSG频率振荡的示意图，如图3所示，可以将VSG受到干扰后VSG的频率振荡过程分为四个不同阶段，根据系统特性需求联合协同设计下垂系数、虚拟惯量和阻尼系数,实现并网VSG暂态过程的稳定控制。
具体地，阶段1和阶段3中都存在Δw·dw/dt>0，两个阶段中|Δw|都逐渐变大，定义这两个阶段为转子角速度的加速阶段，此阶段需要较大的虚拟惯量J和下垂系数KP来降低转子角速度偏移量的幅值；阶段2和阶段4中都存在Δw·dw/dt<0，由于|Δw|都逐渐变小，定义该两个阶段为转子角速度的减速阶段，此阶段需要减小虚拟惯量J和下垂系数KP来使得转子角速度尽快恢复到稳定值。
可以采用减小阻尼的方式来提高响应速度；在减速阶段中减小虚拟惯量J和下垂系数KP，减弱系统对转子角速度变化波动的抑制来加快转子角速度的衰减速率，但会造成转子角速度波动幅值变大的问题。采用增大阻尼系数的方式减小系统的超调，使频率尽快恢复稳定。
其中，J的选取由Δw和dw/dt同时决定，为了避免控制策略较为复杂，将变化规律设定为：当Δw和dw/dt变化方向相同时，需增加J；当Δw和dw/dt变化方向相反时，需保持J不变。虚拟惯量J、下垂系数KP同VSG角速度及角速度瞬时值相关联得到控制参数自适应策略如下式：
KP＝KP0+kw·|Δw|
式中，J0和KP0为VSG固定参数虚拟惯量和下垂系数；kJ为惯量调节系数；kw为下垂系数的调节系数。
进行下垂系数、惯量及阻尼的协同控制设计，可以得到关联下的阻尼D设计
由上述可知系统内其他参数一定时，根据系统特性需求，可以联合协同设计下垂系数、虚拟惯量和阻尼系数，实现并网VSG暂态过程的稳定控制。
图4是根据本发明实施例二提供的一种虚拟同步机的控制方法的示意图，如图4所示，Nw可以为设定一个触发自适应函数的阈值。首先可以使用群体智能优化算法对目标输出函数的函数值进行初步计算，当角频率满足触发自适应函数的阈值时，可以通过获取虚拟同步机在当前关键参数下的输出参数，来输出下一迭代周期的虚拟惯量和下垂系数，计算出对应的阻尼系数，继而控制虚拟同步机工作，返回执行计算目标输出函数的函数值的步骤，即循环执行上述步骤，以最终确定出最优的关键参数。
可以认为的是，在传统的VSG参数自适应控制，往往会忽略参数的范围，以及参数初值对系统频率响应的影响，导致输出功率超限和频率振荡。因此本发明将运用对VSG系统参数进行迭代寻优，并且通过群体智能优化算法，得到在不同情况下的最优值。
与现有技术相比，本发明提出的控制方法可以通过自适应优化算法，以及下垂系数与虚拟惯量、阻尼系数的关系，保证三者的协同的实时变化，实现虚拟同步机的惯量控制与一次调频的协同控制。
同时，本发明提出的虚拟同步机的惯量控制与一次调频的协同控制不需要虚拟同步机的主电路拓扑，只在控制部分进行优化，具体实现方便。此外，本发明的频率偏差更小，频率变化率更低、调节时间更短，能够有效避免了参数不协调对系统品质和稳定性的影响。
实施例三
图5是根据本发明实施例三提供的一种虚拟同步机的控制装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：
确定模块310，用于确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；
构建模块320，用于构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；
寻优计算模块330，用于根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
本发明实施例三提供的一种虚拟同步机的控制装置，通过确定模块确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；通过构建模块构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；通过寻优计算模块根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。利用该装置，通过根据虚拟同步机关键参数的关键取值范围和构建的目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，能够准确得到最优关键参数，从而更好地实现对虚拟同步机的稳定性控制。
可选的，寻优计算模块330包括：
确定单元，用于使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，所述最优关键参数位于所述关键取值范围内，所述最优关键参数与所述最优输出参数相对应。
可选的，确定单元包括：
获取子单元，用于获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数，所述当前关键参数位于所述关键取值范围内；
计算子单元，用于基于所述当前输出参数计算所述目标输出函数的当前函数值；
第一确定子单元，用于基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一关键参数，将所述下一关键参数确定为当前关键参数，返回执行所述获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数的步骤，直至所述下一关键参数不在所述关键取值范围内；
第二确定子单元，用于将使所述目标输出函数的当前函数值达到最小的输出参数作为最优输出参数，以及将所述最优输出参数对应的关键参数作为所述虚拟同步机的最优关键参数。
可选的，所述下一关键参数包括下一阻尼系数、下一虚拟惯量和下一下垂系数，所述第一确定子单元具体用于：
所述基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一虚拟惯量和下一下垂系数；
根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数。
可选的，所述第一确定子单元还具体用于：
在所述根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数之前，建立虚拟同步机有功环的闭环传递函数，得到系统对应的自然振荡角频率函数以及阻尼比函数；
在所述根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数之前，依据所述自然振荡角频率函数以及所述阻尼比函数，得到阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系。
可选的，确定模块310包括：
确定虚拟同步机的阻尼系数D满足
确定虚拟同步机中虚拟惯量J最大值满足虚拟惯量的最小值满足/>
确定虚拟同步机的下垂系数KP满足式中，Pmax为最大可承受功率，Pmin为虚拟同步机在储能装置支撑下的最小输出功率，dω/dt为角频率变化率，ω为系统角频率，ωmax为角频率最大值，ωmin为角频率最小值，ωN为额定角频率，X为线路阻抗，ξ为阻尼比，E为逆变器输出电压有效值，U为公共点电压有效值。
可选的，所述输出参数包括输出电流、无功功率偏差和角频率偏差，所述虚拟同步机的目标输出函数为其中，Izon、Izol分别为输出电流的谐波幅值和基波幅值；λ、μ、ν分别为输出电流总谐波畸变率、系统无功功率偏差的加权系数以及角频率偏差的加权系数。
本发明实施例所提供的虚拟同步机的控制装置可执行本发明任意实施例所提供的虚拟同步机的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图6是根据本发明实施例四提供的一种电子设备的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图6所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如虚拟同步机的控制方法。
在一些实施例中，虚拟同步机的控制方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的虚拟同步机的控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行虚拟同步机的控制方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟同步机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；
构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；
根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，包括：
使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，所述最优关键参数位于所述关键取值范围内，所述最优关键参数与所述最优输出参数相对应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用群体智能优化算法确定使所述目标输出函数的函数值为最小值的最优输出参数以及最优关键参数，包括：
获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数，所述当前关键参数位于所述关键取值范围内；
基于所述当前输出参数计算所述目标输出函数的当前函数值；
基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一关键参数，将所述下一关键参数确定为当前关键参数，返回执行所述获取虚拟同步机在当前关键参数下的当前输出参数的步骤，直至所述下一关键参数不在所述关键取值范围内；
将使所述目标输出函数的当前函数值达到最小的输出参数作为最优输出参数，以及将所述最优输出参数对应的关键参数作为所述虚拟同步机的最优关键参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述下一关键参数包括下一阻尼系数、下一虚拟惯量和下一下垂系数，所述基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一关键参数，包括：
所述基于所述当前输出参数和所述当前关键参数确定下一虚拟惯量和下一下垂系数；
根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述根据阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系，确定与所述下一虚拟惯量和所述下一下垂系数对应的下一阻尼系数之前，还包括：
建立虚拟同步机有功环的闭环传递函数，得到系统对应的自然振荡角频率函数以及阻尼比函数；
依据所述自然振荡角频率函数以及所述阻尼比函数，得到阻尼系数与虚拟惯量、下垂系数之间的关联关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，包括：
确定虚拟同步机的阻尼系数D满足
确定虚拟同步机中虚拟惯量J最大值满足虚拟惯量的最小值满足/>
确定虚拟同步机的下垂系数KP满足式中，Pmax为最大可承受功率，Pmin为虚拟同步机在储能装置支撑下的最小输出功率，dω/dt为角频率变化率，ω为系统角频率，ωmax为角频率最大值，ωmin为角频率最小值，ωN为额定角频率，X为线路阻抗，ξ为阻尼比，E为逆变器输出电压有效值，U为公共点电压有效值。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述输出参数包括输出电流、无功功率偏差和角频率偏差，所述虚拟同步机的目标输出函数为其中，Izon、Izol分别为输出电流的谐波幅值和基波幅值；λ、μ、ν分别为输出电流总谐波畸变率、系统无功功率偏差的加权系数以及角频率偏差的加权系数。
8.一种虚拟同步机的控制装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定虚拟同步机中关键参数的关键取值范围，所述关键参数包括阻尼系数、虚拟惯量和/或下垂系数；
构建模块，用于构建所述虚拟同步机的目标输出函数，所述目标输出函数由所述虚拟同步机的输出参数所组成，所述目标输出函数用于表征所述虚拟同步机的输出特性；
寻优计算模块，用于根据所述关键取值范围和所述目标输出函数，使用群体智能优化算法对虚拟同步机的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，以使用所述最优关键参数对虚拟同步机进行稳定性控制。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的虚拟同步机的控制方法。
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存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的虚拟同步机的控制方法。
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