CN117691648A - 一种构网型储能换流器控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种构网型储能换流器控制方法、系统、设备及存储介质，所述方法为根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建虚拟同步机自适应控制模型，并根据获取的系统频率偏差和系统频率变化率和虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数后，获取储能换流器的输出有功功率和有功功率偏差，并将自适应调节转动惯量、自适应调节阻尼系数和有功功率偏差输入有功频率控制方程得到的换流器输出相位角与获取的无功电压幅值作积得到电压相量，将其作为外环电压对逆变器进行控制。本发明通过对惯量和阻尼系数进行灵活调节，有效提高构网型储能换流器接入电网的运行稳定性。

Description

一种构网型储能换流器控制方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电网控制技术领域，特别是涉及一种构网型储能换流器控制方法、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术

储能技术是缓解可再生能源对电网冲击且能够调频调峰的一种重要手段，实际应用中需要通过换流器接入电网。换流器虽然具有控制灵活、响应时间快等优点，但其在抗干扰和抑制波动方面还存在不足之处，会直接影响电力系统运行稳定性。

现有国内外学者虽然提出了模拟传统同步发电机频率和电压调节特性的虚拟同步发电机控制方式，使逆变器具有阻尼和惯性，从而提升并网逆变器抑制干扰波动的能力，增强系统稳定性的方法，但该虚拟同步发电机控制技术中使用的转动惯量J和阻尼系数D均为定值，在系统受到扰动时，响应速度较慢，系统频率会产生较大波动，仍然会导致系统稳定性较差。因此，亟需提供一种可灵活调节惯量和阻尼系数的换流器控制方法，以提高暂态响应速度，进而提升系统稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种构网型储能换流器控制方法，通过预先对并网系统受到扰动后的频率变化规律分析，构建虚拟同步机自适应控制模型用于对转动惯量和阻尼系数进行自适应调节，并根据得到的适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数进行换流器控制，解决现有并网系统抗干扰能力差导致系统稳定性欠佳的应用缺陷，能够根据实时频率偏差以及变化率对惯量和阻尼系数进行灵活调节，加快系统响应速度的同时，减小系统受到扰动后的频率与功率波动，提升系统抗干扰能力，进而提高构网型储能换流器接入电网的运行稳定性。

为了实现上述目的，有必要针对上述技术问题，提供一种构网型储能换流器控制方法、系统、计算机设备及存储介质。

第一方面，本发明实施例提供了一种构网型储能换流器控制方法，所述方法包括以下步骤：

根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；

获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；

获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；

获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制。

进一步地，所述储能换流器并网控制拓扑结构包括储能换流器、与所述储能换流器的输入端连接的蓄电池、与所述储能换流器的输出端依次连接的线路阻抗和滤波电容、以及与所述滤波电容依次连接的升压变压器和汇流母线；所述汇流母线接入系统电网。

进一步地，所述虚拟同步机自适应控制模型包括转动惯量自适应控制模型和阻尼系数自适应控制模型；

所述转动惯量自适应控制模型表示为：

其中，J表示自适应调节转动惯量；J ₀表示稳态转动惯量常数；M表示系统频率变化率阈值；k ₁和k ₂为转动惯量调节系数；Δf和df/dt分别为扰动后系统频率偏差和对应的频率变化率；

所述阻尼系数自适应控制模型表示为：

其中，D表示自适应调节阻尼系数；D ₀表示稳态阻尼常数；N表示系统频率偏差阈值；p ₁、p ₂为阻尼调节系数。

进一步地，所述根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，对储能并网系统进行仿真，获取所述储能并网系统正常运行时的稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数；

通过对仿真运行的储能并网系统添加不同扰动，获取对应的扰动系统频率偏差和扰动系统频率变化率，并根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型。

进一步地，根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，分析不同频率变化区间上转动惯量和阻尼系数对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响，建立转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程；

求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数；

将所述转动惯量调节系数、所述阻尼调节系数、所述稳态转动惯量常数和所述稳态阻尼常数代入对应的转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程，得到所述虚拟同步机自适应控制模型。

进一步地，所述惯量阻尼调节系数优化模型的构建步骤包括：

以最小化系统频率偏差和与有功功率偏差为优化目标，建立惯量阻尼调节系数优化目标函数；

根据储能系统运行控制策略，建立惯量阻尼调节系数优化约束条件；所述惯量阻尼调节系数优化约束条件包括系统频率偏差约束、有功功率偏差约束、节点电压约束和节点电流约束；

根据所述惯量阻尼调节系数优化目标函数和所述惯量阻尼调节系数优化约束条件，得到所述惯量阻尼调节系数优化模型。

进一步地，所述求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数的步骤包括：

根据所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数对应的预设取值区间，通过预设搜索算法求解所述惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数最优值和所述阻尼调节系数。

第二方面，本发明实施例提供了一种构网型储能换流器控制系统，所述系统包括：

模型构建模块，用于根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；

惯量阻尼获取模块，用于获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；

有功偏差获取模块，用于获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

相位角计算模块，用于将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；

逆变器控制模块，用于获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

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。

上述本申请提供了一种构网型储能换流器控制方法、系统、计算机设备和存储介质，通过所述方法实现了根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型后，获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据系统频率偏差、系统频率变化率和虚拟同步机自适应控制模型得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数，并获取储能换流器的输出有功功率，根据输出有功功率和有功功率参考值得到有功功率偏差，以及将自适应调节转动惯量、自适应调节阻尼系数和有功功率偏差输入有功频率控制方程得到换流器输出相位角，并将获取的无功电压幅值与换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压对逆变器进行控制的技术方案。与现有技术相比，该构网型储能换流器控制方法，能够根据实时频率偏差以及变化率对惯量和阻尼系数进行灵活调节，加快系统响应速度的同时，减小系统受到扰动后的频率与功率波动，提升系统抗干扰能力，进而提高构网型储能换流器接入电网的运行稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中构网型储能换流器控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中储能换流器并网控制拓扑结构示意图；

图3是本发明实施例中构网型储能换流器控制的有功-频率控制处理框图；

图4是本发明实施例中构网型储能换流器控制的无功-电压控制框图示意图；

图5是本发明实施例中添加系统扰动后采用恒定阻尼惯量调控与采用自适应阻尼惯量调控的系统频率波形对比示意图；

图6是本发明实施例中添加系统扰动后采用恒定阻尼惯量调控与采用自适应阻尼惯量调控的储能换流器的输出功有功率波形对比示意图；

图7是本发明实施例中构网型储能换流器控制系统的结构示意图；

图8是本发明实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明，显然，以下所描述的实施例是本发明实施例的一部分，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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。

本发明提供的构网型储能换流器控制方法可理解为通过预先对并网系统受到扰动后的频率变化规律分析，构建虚拟同步机自适应控制模型用于对转动惯量和阻尼系数进行自适应调节，并根据得到的适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数进行换流器控制的方法；下述实施例将对本发明的构网型储能换流器控制方法进行详细说明。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种构网型储能换流器控制方法，包括以下步骤：

S11、根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；其中，储能换流器并网控制拓扑结构可理解为是根据实际储能换流器并网系统抽象构建的网络拓扑模型；本实施例优选地，所述储能换流器并网控制拓扑结构包括储能换流器、与所述储能换流器的输入端连接的蓄电池、与所述储能换流器的输出端依次连接的线路阻抗和滤波电容、以及与所述滤波电容依次连接的升压变压器和汇流母线；所述汇流母线接入系统电网；即如图2所示，储能换流器并网系统中蓄电池的输出端连接换流器，换流器的输出端连接线路阻抗以及滤波电容，滤波电容连接升压变压器的输入端，升压变压器的输出端通过汇流母线接入系统电网。

本实施例中的虚拟同步机自适应控制模型可理解为是根据储能换流器并网控制拓扑结构对对应的储能换流器并网系统进行扰动频率变化仿真分析，所构建的能够基于系统实际频率变化对转动惯量和阻尼系数进行自适应调节的构网型控制算法，包括转动惯量自适应控制模型和阻尼系数自适应控制模型；优选地，所述转动惯量自适应控制模型表示为：

（1）

其中，J表示自适应调节转动惯量；J ₀表示稳态转动惯量常数；M表示系统频率变化率阈值；k ₁和k ₂为转动惯量调节系数；Δf和df/dt分别为扰动后系统频率偏差和对应的频率变化率；

所述阻尼系数自适应控制模型表示为：

（2）

其中，D表示自适应调节阻尼系数；D ₀表示稳态阻尼常数；N表示系统频率偏差阈值；p ₁、p ₂为阻尼调节系数；

上述虚拟同步机自适应控制模型优选地通过基于储能换流器并网控制拓扑结构对储能并网系统进行模拟仿真，以及不同扰动下的系统频率变化监测分析构建得到；具体的，所述根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，对储能并网系统进行仿真，获取所述储能并网系统正常运行时的稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数；其中，稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数可理解为是在受任何扰动情况下能保证储能并网系统正常运行的逆变器控制所用的转动惯量和阻尼系数；在实际应用中，可通过对不同转动惯量和阻尼系数取值下的储能并网系统的系统频率进行监测分析，筛选得到能够满足系统运行需求的转动惯量和阻尼系数将其作为稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数；

通过对仿真运行的储能并网系统添加不同扰动，获取对应的扰动系统频率偏差和扰动系统频率变化率，并根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型；其中，对仿真运行的储能并网系统添加扰动目的是为了通过监测扰动后系统频率偏差和系统频率变化率的变化情况结合系统频率的变化过程及变化原理，对不同频率变化区间下，惯量和阻尼系数对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响进行分析，进而构建可靠有效的转动惯量和阻尼系数进行自适应调控模型；具体仿真模拟中所添加的扰动大小可根据实际需求选取处理，此处不作具体限定。

本实施例中扰动系统频率偏差和扰动系统频率变化率的获取过程为：通过给储能并网系统添加扰动，改变有功功率参考值，并将采集的储能换流器输出电压信号输入到锁相环中得到系统频率；再将得到的扰动后的系统频率与对应的额定频率作差得到扰动系统频率偏差∆f；同时，根据频率对时间微分得到对应的扰动系统频率变化率df/dt。基于模拟仿真得到不同扰动下的扰动系统频率偏差和扰动系统频率变化率后，就可以进行惯量和阻尼系数对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响分析，以获取并网系统受到扰动后的频率变化规律，进而基于此规律构建转动惯量和阻尼系数的自适应控制方程；具体的，所述根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，分析不同频率变化区间上转动惯量和阻尼系数对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响，建立转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程；其中，对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响的分析可理解为是根据储能并网系统运行原理结合系统频率变化过程与变化原理进行分析；本实施例分析所用的转动惯量J和阻尼D对角频率变化率和角频率偏差影响的具体方程为：

（3）

其中，T _m和T _e分别表示虚拟同步机的机械转矩和电磁转矩；表示角频率变化率；/>表示角频率偏差；

根据式（3）可知，J越大，系统惯性越大，则角频率变化率越小，且根据/>，可知频率变化率/>也越小；D越大，系统阻尼越大，则角频率偏差/>越小，/>也越小；那么，当/>，逐渐增大，且/>，先增大后减小到0时，系统频率偏差由0逐渐增大至最大值，此时为避免频率振荡幅度过大，就需要增加J来减缓ω的增长速度，但J值过大会增加频率振荡时间，因此，J值需适当增加，适当增加阻尼系数D，可以减小频率最大偏差值，还可缩短峰值时间；当/>，逐渐减小到0，且/>，先减小后增大到0时，适当减小J和D可加速频率恢复至额定值；当/>、/>且/>时，需增大J和D；当/>、/>且时，应减小J，并适当减小D；基于上述系统频率变化影响性分析，即可建立如式（1）-（2）所示的J与D的自适应控制方程；

基于式（1）所示的转动惯量自适应控制模型分析可知：当系统频率变化率较小即时，转动惯量取定值J ₀，此时可以避免小干扰引起的小幅度频率变化导致控制的频繁切换，从而引起系统的不稳定；当系统频率变化较快即/>时，若系统频率处于偏离额定值即/>，能增大转动惯量的取值来减小频率变化速率和变化峰值，且避免频率振荡超调量过大，同时还能通过减去/>进行微调以避免J取值过大会增加频率到达峰值的时间；当系统频率变化较快即/>时，若系统频率靠近额定值即，能减小转动惯量的取值，加速频率恢复至额定值的同时，还能通过加上进行微调，避免J过小容易引起的频率不稳定；即通过上述转动惯量自适应控制模型对转动惯量进行自适应调整可有效保证系统频率稳定性的同时，还能加快系统的扰动响应速度；

基于式（2）所示的阻尼系数自适应控制模型分析可知：当系统频率偏差时，阻尼取定值D ₀，可以避免轻微扰动引起的控制频繁切换；当系统频率偏差较大即时，若频率处于偏离额定值即/>，能通过增加阻尼阻碍系统频率偏离额定值，且减小系统频率的最大偏差值；当频率偏差较大即/>时，若系统频率偏离处于靠近额定值即/>，能通过减小阻尼加速频率恢复至额定值；此外，还可以通过对阻尼进行微调，有效避免因阻尼过大或过小引起频率不稳定的风险。

在实际应用中，J与D的自适应控制方程中的J ₀和D ₀为上述获取的储能并网系统正常运行时的稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数，而根据系统频谱偏差大小和系统频率变化率对转动惯量与阻尼的调整大小分别受对应的转动惯量调节系数（k ₁、k ₂）和阻尼调节系数（p ₁、p ₂）影响，为了保证转动惯量和阻尼自适应调控可靠性，本实施例优选地通过下述求解惯量阻尼调节系数优化模型方式确定各个调节系数；

求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数；其中，惯量阻尼调节系数优化模型可理解为是以尽可能减小系统频率偏差和有功功率偏差作为惯量和阻尼调控目标建立的最优化模型；具体的，所述惯量阻尼调节系数优化模型的构建步骤包括：

以最小化系统频率偏差和与有功功率偏差为优化目标，建立惯量阻尼调节系数优化目标函数；其中，惯量阻尼调节系数优化目标函数表示为：

（4）

其中，和/>分别表示系统受到扰动后的系统频率偏差和有功功率偏差；/>和/>分别为额定频率和额定有功功率；/>和/>分别表示表示惯量阻尼调节系数（k ₁、k ₂、p ₁和p ₂）分别与/>和/>的非线性关系；需要说明的是，为了便于后续最优化模型的最优值求解，本实施例优选地采用偏差除以相应的额定值变，将偏差变为标幺值的方式，统一系统频率偏差和有功功率偏差的数量级；此外，考虑到k ₁、k ₂、p ₁和p ₂与/>、/>存在与应用场景有关的非线性关系，式（4）所示的优化目标函数与k ₁、k ₂、p ₁和p ₂的具体数学表达式，此处不作限定，且考虑到k ₁、k ₂、p ₁和p ₂的取值变化对/>和/>的影响，将在下述优化约束条件中通过限定/>和/>范围的方式，将优化目标函数与k ₁、k ₂、p ₁、p ₂进行关联；

根据储能系统运行控制策略，建立惯量阻尼调节系数优化约束条件；其中，惯量阻尼调节系数优化约束条件可理解为是综合考虑储能系统数学模型、运行控制策略以及配置储能后对电力系统的影响等因素而选取的最优化问题求解约束条件，优选地包括系统频率偏差约束、有功功率偏差约束、节点电压约束和节点电流约束：

1）系统频率偏差约束：

其中，表示系统频率最大允许偏差，优选地设为0.002；

2）有功功率偏差约束：

其中，和/>分别表示最小有功功率偏差和最大有功功率偏差，优选地，/>和分别设为0.125和0.2；

3）节点电压约束：

其中，、/>和/>分别表示第i个节点的电压以及对应的最高电压和最低电压；n表示节点数目；

4）节点电流约束：

其中，和/>分别表示第i个节点的电压和对应的最高电流值；n表示节点数目；

根据所述惯量阻尼调节系数优化目标函数和所述惯量阻尼调节系数优化约束条件，得到所述惯量阻尼调节系数优化模型。

通过上述步骤即可得到惯量阻尼调节系数优化模型，通过求解该模型即可得到最优的转动惯量调节系数（k ₁和k ₂）和阻尼调节系数（p ₁和p ₂）；考虑到k ₁、k ₂、p ₁、p ₂与、/>之间的非线性关系，为了保证简单高效地确定k ₁、k ₂、p ₁和p ₂的最优取值，本实施例优选地，先通过合理方法给定各个调节系数的取值区间，再采用预设搜索算法按照一定的搜索顺序依次搜索确定各个调节系数的最优值；具体的，所述求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数的步骤包括：

根据所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数对应的预设取值区间，通过预设搜索算法求解所述惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数最优值和所述阻尼调节系数；其中，转动惯量调节系数和阻尼调节系数对应的预设取值区间原则上可根据实际应用需求选取，考虑到最优值求解的高效性和可靠性需求，本实施例优选地给定k ₁、k ₂、p ₁和p ₂的取值区间为：

具体通过预设搜索算法求解所述惯量阻尼调节系数优化模型的步骤可参考下述方法实现：

1）k ₁初始取值设置为区间左边界0.1，设置搜索步长为0.1，k ₂、p ₁和p ₂取值均为区间中间值，在k ₁取值不断变化的过程中，找出满足所有约束条件的k ₁值，设定为K ₁；

2）k ₂初始取值设置为区间左边界0.5，设置搜索步长为0.1，k ₁取值为上述步骤得出的K ₁，p ₁和p ₂取值均为区间中间值，在k ₂取值不断变化的过程中，找出满足所有约束条件的k ₂值，设定为K ₂；

3）p ₁初始取值设置为区间左边界10，设置搜索步长为1，k ₁取值为上述步骤得出的K ₁，k ₂取值为上述步骤得出的K ₂，p ₂取值为区间中间值，在p ₁取值不断变化的过程中，找出满足所有约束条件的p ₁值，设定为P ₁；

4）p ₂初始取值设置为区间左边界1，设置搜索步长为1，k ₁取值为上述步骤得出的K ₁，k ₂取值为上述步骤得出的K ₂，p ₁取值为上述步骤得出的P ₁，在p ₂取值不断变化的过程中，找出满足所有约束条件的p ₂值，设定为P ₂；

5）搜索结束，确定k ₁、k ₂、p ₁、p ₂取值分别为K₁、K₂、P₁和P₂。

将所述转动惯量调节系数、所述阻尼调节系数、所述稳态转动惯量常数和所述稳态阻尼常数代入对应的转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程，得到所述虚拟同步机自适应控制模型。

S12、获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；其中，系统频率偏差和系统频率变化率可理解为是获取的逆变器输出频率偏差和频率变化率，对应的获取过程可理解为：采集储能换流器的输出电压，将电压信号输入到锁相环中得到系统频率，将其与额定频率作差得到系统频率偏差值，同时将频率对时间微分得到对应的系统频率变化率；

在实际应用中，获取了系统频率偏差和系统频率变化率后，就可以将系统频率偏差和系统频率变化率代入虚拟同步机自适应控制模型，即可得到自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数。

S13、获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

具体的，所述获取所述储能换流器的输出有功功率的步骤包括：

实时采集储能换流器并网控制拓扑结构中储能换流器的三相输出电压（、/>和/>）和三相输出电流（/>、/>和/>）；

将所述三相输出电压和所述三相输出电流进行Park变换，得到对应的dq坐标系下的电压（和/>）和电流（/>和/>）；

根据dq坐标系下的电压（和/>）和电流（/>和/>）通过式（5）得到构网型储能换流器的输出有功功率P：

（5）

通过上述方法步骤得到构网型储能换流器的输出有功功率P后，将有功功率P和额定有功功率P _ref作差得到有功功率偏差值，并将有功功率偏差值引入到虚拟同步机的有功-频率控制环中进行调控使用；

S14、将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；其中，有功频率控制方程可理解为是有功-频率控制环中对应的调控方程，可表示为：

（6）

其中，J表示自适应调节转动惯量；D _P表示自适应调节阻尼系数；P和P _ref分别表示储能换流器的输出有功功率和额定有功功率；和/>分别表示角频率参考值和额定角频率；/>表示交流侧电压相位参考值。

将自适应调节转动惯量、自适应调节阻尼系数和有功功率偏差输入式（6）所示的有功频率控制方程后，通过如图3所示的有功频率控制处理，得到与当前系统扰动对应的可靠的换流器输出相位角 _ref，用于后续的调控使用。

S15、获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制；其中，无功电压幅值可理解为是通过图4所示的无功-电压控制环节中生成的电压幅值，具体的获取过程可参考现有技术实现，此处不再赘述；在实际应用中，无功-电压控制中，三相电压参考值（电压相量）可由式（7）得到：

（7）

式中，

其中，M _f和i _f分别表示虚拟同步机的虚拟互感和虚拟励磁电流；||V _dq||为实际电压有效值，可通过i _f的比例积分控制实现对交流电压的调节；k _p为PI调节器中的比例系数，k _i为PI调节器中的积分系数；

通过上述将无功电压幅值与换流器输出相位角作积得到电压相量，就可以将电压相量作为外环电压，通过电压电流双闭环，再通过PWM环节（SPWM调制处理）实现对换流器的运行控制，实现根据系统扰动后的频率变化规律对转动惯量和阻尼系数进行自适应调节，进而实现对系统频率和功率波动的有效调控，使得构网型储能接入电网后能够稳定运行。

本申请实施例通过根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型后，获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据系统频率偏差、系统频率变化率和虚拟同步机自适应控制模型得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数，并获取储能换流器的输出有功功率，根据输出有功功率和有功功率参考值得到有功功率偏差，以及将自适应调节转动惯量、自适应调节阻尼系数和有功功率偏差输入有功频率控制方程得到换流器输出相位角，并将获取的无功电压幅值与换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压对逆变器进行控制的方案，有效解决了现有储能换流器并网系统抗干扰能力差导致系统稳定性欠佳的应用缺陷，能够根据实时频率偏差以及变化率对惯量和阻尼系数进行灵活调节，加快系统响应速度的同时，减小系统受到扰动后的频率与功率波动，提升系统抗干扰能力，进而提高构网型储能换流器接入电网的运行稳定性。

此外，为了验证本发明提供的具备惯量和阻尼灵活调节的构网型储能换流器控制方法的有效性，本实施例还对采用本发明提供构网型储能换流器控制方法前后的系统频率和有功功率波形进行了仿真对比分析。通过在MATLAB/Simulink中搭建构网型储能换流器接入电网的仿真模型，并在2.5s时和3.5s时分别对系统添加扰动，得到图5-6所示的对比结果：如图5所示的系统频率波形可以看出，系统受到扰动后，频率开始波动，惯量和阻尼恒定情况下的频率波动幅度较大，达到稳定需要的时间也较长，而采取本发明提供的惯量与阻尼自适应灵活调节控制后的频率波动幅度较小，且系统受到扰动后也很快恢复到稳定状态；同时，如图6所示的构网型储能换流器的输出功有功率波形可以看出，系统开始启动时，采取本发明提供的自适应阻尼惯量调节控制方法的功率波动更小，同时也在更短时间内达到给定功率参考值，当系统受到扰动后，在采取自适应阻尼惯量调节控制方法的情况下，有功功率变化幅度更小，恢复稳定的过程中振荡幅度较小，恢复至稳定的时间也更短。上述结果分析可有效证明了本发明提供的具备惯量和阻尼灵活调节的构网型储能换流器控制方法可有效减小系统受到扰动后的频率和功率波动，具有较好的实际工程应用价值。

需要说明的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种构网型储能换流器控制系统，所述系统包括：

模型构建模块1，用于根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；

惯量阻尼获取模块2，用于获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；

有功偏差获取模块3，用于获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

相位角计算模块4，用于将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；

逆变器控制模块5，用于获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制。

关于构网型储能换流器控制系统的具体限定可以参见上文中对于构网型储能换流器控制方法的限定，对应的技术效果也可等同得到，在此不再赘述。上述构网型储能换流器控制系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

图8示出一个实施例中计算机设备的内部结构图，该计算机设备具体可以是终端或服务器。如图8所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示器、摄像头和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现构网型储能换流器控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域普通技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，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上述方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

综上，本发明实施例提供的一种构网型储能换流器控制方法、系统、计算机设备及存储介质，其构网型储能换流器控制方法实现了根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型后，获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据系统频率偏差、系统频率变化率和虚拟同步机自适应控制模型得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数，并获取储能换流器的输出有功功率，根据输出有功功率和有功功率参考值得到有功功率偏差，以及将自适应调节转动惯量、自适应调节阻尼系数和有功功率偏差输入有功频率控制方程得到换流器输出相位角，并将获取的无功电压幅值与换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压对逆变器进行控制的技术方案，该方法能够根据实时频率偏差以及变化率对惯量和阻尼系数进行灵活调节，加快系统响应速度的同时，减小系统受到扰动后的频率与功率波动，提升系统抗干扰能力，进而提高构网型储能换流器接入电网的运行稳定性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，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申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；

获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；

获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；

获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制。

2.如权利要求1所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述储能换流器并网控制拓扑结构包括储能换流器、与所述储能换流器的输入端连接的蓄电池、与所述储能换流器的输出端依次连接的线路阻抗和滤波电容、以及与所述滤波电容依次连接的升压变压器和汇流母线；所述汇流母线接入系统电网。

3.如权利要求2所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述虚拟同步机自适应控制模型包括转动惯量自适应控制模型和阻尼系数自适应控制模型；

所述转动惯量自适应控制模型表示为：

其中，J表示自适应调节转动惯量；J ₀表示稳态转动惯量常数；M表示系统频率变化率阈值；k ₁和k ₂为转动惯量调节系数；Δf和df/dt分别为扰动后系统频率偏差和对应的频率变化率；

所述阻尼系数自适应控制模型表示为：

其中，D表示自适应调节阻尼系数；D ₀表示稳态阻尼常数；N表示系统频率偏差阈值；p ₁、p ₂为阻尼调节系数。

4.如权利要求3所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述储能换流器并网控制拓扑结构，对储能并网系统进行仿真，获取所述储能并网系统正常运行时的稳态转动惯量常数和稳态阻尼常数；

通过对仿真运行的储能并网系统添加不同扰动，获取对应的扰动系统频率偏差和扰动系统频率变化率，并根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型。

5.如权利要求4所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，对系统频率进行影响性分析，构建所述虚拟同步机自适应控制模型的步骤包括：

根据所述扰动系统频率偏差和所述扰动系统频率变化率，分析不同频率变化区间上转动惯量和阻尼系数对系统频率动态调节和抗干扰能力的影响，建立转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程；

求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数；

将所述转动惯量调节系数、所述阻尼调节系数、所述稳态转动惯量常数和所述稳态阻尼常数代入对应的转动惯量自适应控制方程和阻尼系数自适应控制方程，得到所述虚拟同步机自适应控制模型。

6.如权利要求5所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述惯量阻尼调节系数优化模型的构建步骤包括：

以最小化系统频率偏差和与有功功率偏差为优化目标，建立惯量阻尼调节系数优化目标函数；

根据储能系统运行控制策略，建立惯量阻尼调节系数优化约束条件；所述惯量阻尼调节系数优化约束条件包括系统频率偏差约束、有功功率偏差约束、节点电压约束和节点电流约束；

根据所述惯量阻尼调节系数优化目标函数和所述惯量阻尼调节系数优化约束条件，得到所述惯量阻尼调节系数优化模型。

7.如权利要求6所述的构网型储能换流器控制方法，其特征在于，所述求解预先构建的惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数的步骤包括：

根据所述转动惯量调节系数和所述阻尼调节系数对应的预设取值区间，通过预设搜索算法求解所述惯量阻尼调节系数优化模型，得到所述转动惯量调节系数最优值和所述阻尼调节系数。

8.一种构网型储能换流器控制系统，其特征在于，所述系统包括：

模型构建模块，用于根据构建的储能换流器并网控制拓扑结构，对系统频率进行影响性分析，构建储能换流器的虚拟同步机自适应控制模型；

惯量阻尼获取模块，用于获取系统频率偏差和系统频率变化率，并根据所述系统频率偏差、所述系统频率变化率和所述虚拟同步机自适应控制模型，得到对应的自适应调节转动惯量和自适应调节阻尼系数；

有功偏差获取模块，用于获取所述储能换流器的输出有功功率，并根据所述输出有功功率和有功功率参考值，得到有功功率偏差；

相位角计算模块，用于将所述自适应调节转动惯量、所述自适应调节阻尼系数和所述有功功率偏差输入有功频率控制方程，得到换流器输出相位角；

逆变器控制模块，用于获取无功电压幅值，将所述无功电压幅值与所述换流器输出相位角作积得到的电压相量作为外环电压，根据所述外环电压，对逆变器进行控制。

9.一种计算机设备，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，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7中任一所述方法的步骤。

10.一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7中任一所述方法的步骤。