CN117239852B - 基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置，应用于储能***在并网或离网时使用的储能虚拟同步机，所述方法包括：根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定；根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号；根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号。通过有功功率给定确定角度参考值和无功功率给定确定电压参考值，可以通过角度参考值和电压参考值调节虚拟同步机输出电压的频率和幅值，从而消除频率偏移量和电压偏移量，提高虚拟同步机运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟同步机领域，尤其涉及一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置。
背景技术
目前一般的虚拟同步机运行控制为了提高并联运行的时候均流度与实现有功无功控制解耦一般会载控制回路中引入虚拟阻抗(Rvsg+jXvsg)，在同步电机输出控制上，用功功率通过机械转矩控制，无功功率通过励磁***控制，二者独立运行。但是由于虚拟阻抗带来的压降，传统的虚拟同步机控制方法难以避免会出现有功-频率下垂和无功-电压下垂的问题，在离网带载运行的时候输出电压与实际给定电压不一致，当输出电压过低可能会对负载设备造成损伤。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置，以期在电网电压波动时加快电压的动态反馈，同时通过调频调压消除频率偏移量和电压偏移量。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法，应用于储能***在并网或离网时使用的储能虚拟同步机，所述方法包括：
根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，所述有功功率给定是指所述虚拟同步机的有功功率控制流程中的输入功率，所述无功功率给定是指所述虚拟同步机的无功功率控制流程中的输入功率；根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象。
其中，所述根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，包括：判断所述虚拟同步机与公共电网的连接关系是否为离网或并网切换为离网；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为离网或并网切换为离网，所述有功功率给定为负载有功功率，所述无功功率给定为负载无功功率；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为并网，所述有功功率给定为并网有功功率，所述无功功率给定为并网无功功率。
其中，所述根据所述有功功率给定确定角度参考值，包括：获取所述有功功率给定与有功功率反馈的第一差值，所述有功功率给定为所述虚拟同步机有功功率给定实际值；根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率；根据所述阻尼功率、所述第一差值和额定角频率确定角度参考值；所述阻尼功率和所述角度参考值的表达式如下：
其中，θ ref为所述角度参考值，P refAct为所述有功功率给定，P fb为有功功率反馈，P damp为所述阻尼功率，ω base为所述额定角频率，Js为所述惯量系数，s用于表示在频域中的时域积分，D为所述阻尼系数。
其中，所述根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，包括：所述第一控制信号用于将所述角度参考值作为所述虚拟同步机电压输出的频率，实现调频，以消除有功-频率下垂现象。
其中，所述根据所述无功功率给定确定电压参考值，包括：获取模值电压给定值与所述模值电压反馈的第二差值；将所述第二差值通过PI得到第一电压反馈值；获取所述无功功率给定和所述第一电压反馈值的第三和值，所述第三和值为所述虚拟同步机无功功率给定实际值；获取所述第三和值和无功功率反馈的第四差值；将所述第四差值通过PI得到第二电压反馈值；根据所述第二电压反馈值、额定电压、模值电流反馈、虚拟阻抗和低通滤波器确定电压参考值，其中，所述虚拟阻抗为所述虚拟同步机的虚拟电阻与虚拟电感的和，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的乘积通过所述低通滤波器后输出电压前馈，所述电压前馈用于在电网电压波动时保证虚拟同步机工作电压稳定；
所述电压参考值的表达式如下：
其中，V ref为所述电压参考值，V base为所述额定电压，Q refAct为虚拟同步机无功功率给定实际值，Q fb为无功功率反馈，k QP和k Qi为PI，s用于表示在频域中的时域积分，I为所述模值电流反馈，R vsg为所述虚拟电阻，X vsg为所述虚拟电感，j为虚数单位，1/(1+Ts)为所述低通滤波器。
其中，所述根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，包括：所述第二控制信号用于将所述电压参考值作为所述虚拟同步机电压输出的幅值，实现调压，以消除无功-电压下垂现象。
其中，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的积经过所述低通滤波器后得到第三电压反馈值，所述低通滤波器通过改变截止频率减小所述第三电压反馈值，以使在所述虚拟同步机并网运行时通过修改截止频率使所述第三电压反馈值减小为0，防止电网电压波动时发无功过大导致电网不稳定。
其中，在所述根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率之后，所述方法还包括：增加限幅环节，所述限幅环节是指对所述阻尼功率进行开根号处理，用于限制有功偏差。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制装置，包括：
功率选择模块，用于根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定；
参数确定模块，用于根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；以及，用于根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时执行如第一方面任一方法所描述的部分或全部步骤。
第四方面，本申请实施例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用于电子数据交换的计算机程序，所述计算机程序包括执行指令，所述执行指令用于执行第一方面任一方法所描述的部分或全部步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，其中，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可操作来使计算机执行如本申请实施例第一方面任一方法中所描述的部分或全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
通过实施本发明实施例，虚拟同步机首先根据虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，有功功率给定是指虚拟同步机的有功功率控制流程中的输入功率，无功功率给定是指虚拟同步机的无功功率控制流程中的输入功率；然后根据有功功率给定确定角度参考值，根据角度参考值控制虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，第一控制信号用于消除虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；同时根据无功功率给定确定电压参考值，根据电压参考值控制虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，第二控制信号用于消除虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象。通过根据有功功率给定确定角度参考值和通过无功功率给定确定电压参考值，可以通过角度参考值和电压参考值调节虚拟同步机输出电压的频率和幅值，从而消除频率偏移量和电压偏移量，提高虚拟同步机运行的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法流程图；
图2是本申请实施例提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制框图；
图3是本申请实施例提供的一种虚拟同步机无功—电压控制环路的控制框图；
图4是本申请实施例提供的一种虚拟同步机有功—频率控制环路的控制框图；
图5是本申请实施例提供的一种虚拟同步机控制装置的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面先对本申请实施例涉及到的关键概念和特征进行解释说明。
（1）虚拟同步机：虚拟同步机是基于微网技术提出的一种电力电子技术，是一种具有同步电机阻尼特性的逆变器。
（2）有功-频率下垂：当虚拟同步机有功功率增加时，电机的频率会下降，反之亦然。
（3）无功-电压下垂：当虚拟同步机无功功率增加时，电压会较小，反之亦然。
（4）PI：PI调节是一种线性控制，P代表比例，I代表积分，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PI调节可以按照比例反应***的偏差，***一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
目前一般的虚拟同步机运行控制为了提高并联运行的时候均流度与实现有功无功控制解耦一般会载控制回路中引入虚拟阻抗(Rvsg+jXvsg)，在同步电机输出控制上，用功功率通过机械转矩控制，无功功率通过励磁***控制，二者独立运行。但是由于虚拟阻抗带来的压降，传统的虚拟同步机控制方法难以避免会出现有功-频率下垂和无功-电压下垂的问题，在离网带载运行的时候输出电压与实际给定电压不一致，当输出电压过低可能会对负载设备造成损伤。
针对上述问题，本申请实施例提供一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法，应用于储能***在并网或离网时使用的储能虚拟同步机，所述方法包括：
根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，所述有功功率给定是指所述虚拟同步机的有功功率控制流程中的输入功率，所述无功功率给定是指所述虚拟同步机的无功功率控制流程中的输入功率；根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象。通过根据有功功率给定确定角度参考值和通过无功功率给定确定电压参考值，可以通过角度参考值和电压参考值调节虚拟同步机输出电压的频率和幅值，从而消除频率偏移量和电压偏移量，提高虚拟同步机运行的稳定性。
在一种可能的实现方式中，请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法流程图，如图1所示，基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法包括如下步骤：
S101，根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定；
S102，根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号；
S103，根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号。
其中，所述虚拟同步机与公共电网的连接关系包括虚拟同步机与公共电网并网、虚拟同步机与公共电网离网以及虚拟同步机与公共电网从并网切换为离网。
其中，所述有功功率给定是指所述虚拟同步机的有功功率控制流程中的输入功率，所述无功功率给定是指所述虚拟同步机的无功功率控制流程中的输入功率。
其中，所述角度参考值用于后续虚拟同步机的调频，所述电压参考值用于后续虚拟同步机调压。
其中，虚拟同步机控制包括有功控制环路和无功控制环路，用于根据所述有功功率给定确定角度参考值的控制环路为有功控制环路，用于根据所述无功功率给定确定电压参考值的控制环路为无功控制环路。
其中，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象。
可见，在本示例中，通过根据有功功率给定确定角度参考值和通过无功功率给定确定电压参考值，可以通过角度参考值和电压参考值调节虚拟同步机输出电压的频率和幅值，从而消除频率偏移量和电压偏移量，提高虚拟同步机运行的稳定性。
在一种可能的实现方式中，步骤S101中，所述根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，包括：判断所述虚拟同步机与公共电网的连接关系是否为离网或并网切换为离网；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为离网或并网切换为离网，所述有功功率给定为负载有功功率，所述无功功率给定为负载无功功率；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为并网，所述有功功率给定为并网有功功率，所述无功功率给定为并网无功功率。
其中，虚拟同步机的有功功率给定可以从并网有功功率和负载有功功率中选择，虚拟同步机的无功功率给定可以从并网无功功率和负载无功功率中选择。
其中，虚拟同步机的控制分为有功控制和无功控制两个控制流程，有功控制流程用于后续虚拟同步机的调频，无功控制流程用于后续虚拟同步机的调压。
可见，在本示例中，通过根据虚拟同步机与公共电网的连接关系确定虚拟同步机控制流程的有功功率输入和无功功率输入，有利于虚拟同步机更好的根据电网波动情况进行后续的调频调压，保证虚拟同步机工作的稳定性。
在一种可能的实现方式中，步骤S102中，所述根据所述有功功率给定确定角度参考值，包括：获取所述有功功率给定与有功功率反馈的第一差值，所述有功功率给定为所述虚拟同步机有功功率给定实际值；根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率；根据所述阻尼功率、所述第一差值和额定角频率确定角度参考值。
其中，所述阻尼功率和所述角度参考值的表达式如下：
其中，所述根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，包括：所述第一控制信号用于将所述角度参考值作为所述虚拟同步机电压输出的频率，实现调频，以消除有功-频率下垂现象。
其中，请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制框图，如图2所示，P Load为所述负载有功功率，P ref为所述并网有功功率，θ ref为所述角度参考值，P refAct为所述有功功率给定，P fb为有功功率反馈，P damp为所述阻尼功率，ω base为所述额定角频率，ωref为所述角频率参考值，Js为所述惯量系数，s用于表示频域中的时域积分，D为所述阻尼系数。
示例性地，当虚拟同步机与公共电网的连接关系为并网时，有功功率给定P refAct为有功功率给定P ref，此时有功功率P refAct给定减去有功功率反馈P fb得到第一差值，第一差值通过惯量系数Js和阻尼系数D得到阻尼功率P damp，具体地，阻尼功率P damp等于第一差值与阻尼系数的积值除以惯量系数Js与阻尼系数D的和值，阻尼功率P damp再除以额定角频率ω base得到角频率差值Δω，角频率差值Δω为虚拟同步机工作过程中需要改变的频率值，最后将角频率差值Δω与额定角频率ω base的和值除以s，进行时域积分，得到虚拟同步机需要调频的值，即角度参考值θ ref。
其中，θ ref的输出实际上是控制电压输出的频率，当虚拟同步机离网输出使用负载有功当作给定时可以使频率输出精度更高，同时也有利于虚拟同步机离网的时候负载正常运行。
可见，在本示例中，通过根据有功功率给定和虚拟同步机控制框图的有功控制环路，可以得到虚拟同步机需要调频的值，即角度参考值，有利于虚拟同步机根据角度参考值进行调频，以消除有功-频率下垂现象。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述无功功率给定确定电压参考值，包括：获取模值电压给定值与所述模值电压反馈的第二差值；将所述第二差值通过PI得到第一电压反馈值；获取所述无功功率给定和所述第一电压反馈值的第三和值，所述第三和值为所述虚拟同步机无功功率给定实际值；获取所述第三和值和所述无功功率反馈的第四差值；将所述第四差值通过PI得到第二电压反馈值；根据所述第二电压反馈值、额定电压、模值电流反馈、虚拟阻抗和低通滤波器确定电压参考值，其中，所述虚拟阻抗为所述虚拟同步机的虚拟电阻与虚拟电感的和，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的乘积通过所述低通滤波器后输出电压前馈，所述电压前馈用于在电网电压波动时保证虚拟同步机工作电压稳定；
所述电压参考值的表达式如下：
其中，所述根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，包括：所述第二控制信号用于将所述电压参考值作为所述虚拟同步机电压输出的幅值，实现调压，以消除无功-电压下垂现象。
其中，请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制框图，如图2所示，Q Load为所述负载无功功率，Q ref为所述并网无功功率给定，V ref为所述电压参考值，V base为所述额定电压，V m_ref为所述模值电压给定值，V m_fb为所述模值电压反馈，Q refAct为虚拟同步机无功功率给定实际值，Q fb为无功功率反馈，k QP和k Qi为PI，s用于表示在频域中的时域积分，I为所述模值电流反馈，R vsg为所述虚拟电阻，X vsg为所述虚拟电感，j为虚数单位，1/(1+Ts)为所述低通滤波器。
示例性地，当虚拟同步机与公共电网的连接关系为离网时，负载无功功率Q Load为无功功率给定Q ref，此时模值电压给定值V m_ref减去模值电压反馈V m_fb得到第二差值，第二差值通过PI得到第一电压反馈值，无功功率给定Q ref加上第一电压反馈值得到第三和值，第三和值为虚拟同步机无功功率给定实际值，然后第三和值减去无功功率反馈Q fb得到第四差值，将第四差值通过PI得到第二电压反馈值，最后根据第二电压反馈值、额定电压V base、模值电流反馈I、虚拟阻抗R vsg+jX vsg和低通滤波器1/(1+Ts)确定电压参考值V ref，具体地，电压参考值等于额定电压加上第二电压反馈值，然后减去模值电流反馈与虚拟阻抗的积，最后再加上模值电流反馈与虚拟阻抗的积经过低通滤波器后的值。
其中，V ref的输出是控制电压输出幅值，一般的虚拟同步机控制电压输出公式如下：
可以看出如果ΔV=0，由于虚拟阻抗(R vsg +jX vsg）的存在V ref都会小于V base，而本方案通过无功给定Q refAct=Q Load，以及增加电网电压模值电压环进而调节ΔV，以提高模值电压控制精度。
其中，请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种虚拟同步机无功—电压控制环路的控制框图，如图3所示，虚线框A中的结构为在无功外环添加的电网电压模值电压环，当虚拟同步机与公共电网并网运行的时候，电网电压模值电压环输出为0，此时电网电压模值外环输出为0实际是为了无功外环的输出完全由无功功率给定决定，虚拟同步机对于并网时无功控制的特性会更好。
其中，当离网运行的时候电网电压模值电压环通过电网电压模值给定与电网电压模值反馈做差经过PI调节器输出叠加到无功功率给定上，此处的PI调节器也可以修改为纯比例调节器，PI调节器有利于保证无功控制的精度。
可见，在本示例中，通过根据无功功率给定和虚拟同步机控制框图的无功控制环路，可以得到虚拟同步机需要调压的值，即电压参考值，有利于虚拟同步机根据电压参考值进行调压，以消除无功-电压下垂现象。
在一种可能的实现方式中，请再次参阅图3，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的积经过所述低通滤波器后得到第三电压反馈值，所述低通滤波器通过改变截止频率减小所述第三电压反馈值，以使在所述虚拟同步机并网运行时通过修改截止频率使所述第三电压反馈值减小为0，防止电网电压波动时发无功过大导致电网不稳定。
其中，图3虚线框B中的结构为在无功外环添加的电压反馈环节，通过模值电流反馈和虚拟阻抗的乘积得到的电压值可以作为修正值，修正值用于提前补偿由于虚拟阻抗而产生的压降。
其中，虚拟阻抗与模值电流反馈的乘积得到的电压值经过LPF低通滤波器得到虚拟阻抗电压前馈，电压前馈记为ΔVFF，当减小前馈系数的时候，LPF低通滤波器的截止频率改变，ΔVFF会根据前馈系数减小的幅值成比例减小，当前馈系数为0的时候相当于取消虚拟阻抗电压前馈功能。当虚拟同步机与公共电网并网运行的时候可以通过把前馈系数修改为0取消虚拟阻抗电压前馈功能，防止电网电压波动的时候发无功过大导致电网不稳定，当负载切除的时候可以通过减小前馈系数加快电压的动态响应。
可见，在本示例中，通过在虚拟同步机的无功控制环路增加电压反馈环节，可以补偿由于虚拟阻抗而产生的压降，同时通过低通滤波器可以实现电压前馈功能，保证虚拟同步机工作的稳定性。
在一种可能的实现方式中，请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种虚拟同步机有功—频率控制环路的控制框图，如图4所示，在所述根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率之后，所述方法还包括：增加限幅环节。
其中，所述限幅环节是指对所述阻尼功率进行开根号处理。
其中，图4虚线框中的结构为增加的限幅环节，用于限制有功偏差。
可见，在本示例中，可以通过在虚拟同步机的有功控制环路增加限幅环节以限制有功偏差，提高虚拟同步机控制流程的精确度。
请参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种虚拟同步机控制装置的结构示意图，如图5所示，虚拟同步机控制装置500包括：
功率选择模块501，用于根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定；
参数确定模块502，用于对所述有功功率给定进行多次处理得到角度参考值，所述角度参考值用于控制所述虚拟同步机电压输出的频率，以消除虚拟同步机运行过程中有功-频率下垂现象；以及，用于对所述无功功率给定进行多次处理得到电压参考值，所述电压参考值用于控制所述虚拟同步机电压输出的幅值，以消除虚拟同步机运行过程中无功-电压下垂现象。
请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图6所示，计算机设备包括处理器、存储器、通信接口，处理器、存储器和通信接口相互连接，并且完成相互间的通信工作；
存储器上存储有可执行程序代码，通信接口用于进行无线通信；
所述处理器执行所述计算机可读指令时执行如上述方法示例中记载的任何一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法的部分或全部步骤。
处理器可以包括一个或者多个处理核。处理器利用各种接口和线路连接整个电子装置内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行电子装置的各种功能和处理数据。可选地，处理器可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(ProgrammableLogic Array ，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器中，单独通过一块通信芯片进行实现。
存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作***的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法示例的指令等。存储数据区还可以存储电子装置在使用中所创建的数据等。
可以理解的是，电子装置可包括比上述结构框图中更多或更少的结构元件，例如，包括电源模块、物理按键、WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)模块、扬声器、蓝牙模块、传感器等，在此不进行限定。
本申请提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有用于电子数据交换的计算机程序，所述计算机程序包括执行指令，所述执行指令用于执行如上述方法示例中记载的任何一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法的部分或全部步骤。
本申请还提供一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，上述计算机程序可操作来使计算机执行如上述方法示例中记载的任何一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法的部分或全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
需要说明的是，对于前述的任一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法示例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的示例均属于优选示例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。
尽管在此结合各示例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所公开示例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域普通技术人员可以理解上述任一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法示例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（英文：Read-Only Memory ，简称：ROM）、随机存取器（英文：Random Access Memory，简称：RAM）、磁盘或光盘等。
以上对本申请进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置的原理及实施方式进行了阐述，以上示例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
本申请是参照本申请的方法、硬件产品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。
可以理解的是，凡是被控制或者被配置以用于执行本申请一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法示例所描述的流程图的处理方法的产品，如上述流程图的终端以及计算机程序产品，均属于本申请所描述的相关产品的范畴。
显然，本领域的技术人员可以对本申请提供的一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法及装置进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法，应用于储能***在并网或离网时使用的虚拟同步机，其特征在于，所述方法包括：
根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定，所述有功功率给定是指所述虚拟同步机的有功功率控制流程中的输入功率，所述无功功率给定是指所述虚拟同步机的无功功率控制流程中的输入功率；
其中，所述根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定包括：判断所述虚拟同步机与公共电网的连接关系是否为离网或并网切换为离网；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为离网或并网切换为离网，所述有功功率给定为负载有功功率，所述无功功率给定为负载无功功率；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为并网，所述有功功率给定为并网有功功率，所述无功功率给定为并网无功功率；
根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；
根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象；
其中，所述根据所述无功功率给定确定电压参考值包括：获取模值电压给定值与模值电压反馈的第二差值；将所述第二差值通过PI得到第一电压反馈值；获取所述无功功率给定和所述第一电压反馈值的第三和值，所述第三和值为所述虚拟同步机无功功率给定实际值；获取所述第三和值和无功功率反馈的第四差值；将所述第四差值通过PI得到第二电压反馈值；根据所述第二电压反馈值、额定电压、模值电流反馈、虚拟阻抗和低通滤波器确定电压参考值，其中，所述虚拟阻抗为所述虚拟同步机的虚拟电阻与虚拟电感的和，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的乘积通过所述低通滤波器后输出电压前馈，所述电压前馈用于在电网电压波动时保证虚拟同步机工作电压稳定；所述电压参考值的表达式如下：
其中，V ref为所述电压参考值，V base为所述额定电压，Q refAct为虚拟同步机无功功率给定实际值，Q fb为所述无功功率反馈，k QP为PI的比例系数，k Qi为PI的积分系数，s用于表示在频域中的时域积分，I为所述模值电流反馈，R vsg为所述虚拟电阻，X vsg为所述虚拟电感，j为虚数单位，1/(1+Ts)为所述低通滤波器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述有功功率给定确定角度参考值，包括：
获取所述有功功率给定与有功功率反馈的第一差值，所述有功功率给定为所述虚拟同步机有功功率给定实际值；
根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率；
根据所述阻尼功率、所述第一差值和额定角频率确定角度参考值；
所述阻尼功率和所述角度参考值的表达式如下：
其中，θ ref为所述角度参考值，P refAct为所述有功功率给定，P fb为有功功率反馈，P damp为所述阻尼功率，ω base为所述额定角频率，Js为所述惯量系数，s用于表示在频域中的时域积分，D为所述阻尼系数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，包括：
所述第一控制信号用于将所述角度参考值作为所述虚拟同步机电压输出的频率，实现调频，以消除有功-频率下垂现象。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，包括：
所述第二控制信号用于将所述电压参考值作为所述虚拟同步机电压输出的幅值，实现调压，以消除无功-电压下垂现象。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的积经过所述低通滤波器后得到第三电压反馈值，所述低通滤波器通过改变截止频率减小所述第三电压反馈值，以使在所述虚拟同步机并网运行时通过修改截止频率使所述第三电压反馈值减小为0，防止电网电压波动时发无功过大导致电网不稳定。
6.如权利要求2-3任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述第一差值、阻尼系数和惯量系数确定阻尼功率之后，所述方法还包括：
增加限幅环节，所述限幅环节是指对所述阻尼功率进行开根号处理，用于限制有功偏差。
7.一种基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制装置，其特征在于，包括：
功率选择模块，用于根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定；其中，所述根据所述虚拟同步机与公共电网的连接关系确定有功功率给定和无功功率给定包括：判断所述虚拟同步机与公共电网的连接关系是否为离网或并网切换为离网；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为离网或并网切换为离网，所述有功功率给定为负载有功功率，所述无功功率给定为负载无功功率；若判断出所述虚拟同步机与公共电网的连接关系为并网，所述有功功率给定为并网有功功率，所述无功功率给定为并网无功功率；
参数确定模块，用于根据所述有功功率给定确定角度参考值，根据所述角度参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标频率的第一控制信号，所述第一控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中有功-频率下垂现象；以及，用于根据所述无功功率给定确定电压参考值，根据所述电压参考值控制所述虚拟同步机电压输出目标幅值的第二控制信号，所述第二控制信号用于消除所述虚拟同步机在运行过程中的无功-电压下垂现象；其中，所述根据所述无功功率给定确定电压参考值包括：获取模值电压给定值与模值电压反馈的第二差值；将所述第二差值通过PI得到第一电压反馈值；获取所述无功功率给定和所述第一电压反馈值的第三和值，所述第三和值为所述虚拟同步机无功功率给定实际值；获取所述第三和值和无功功率反馈的第四差值；将所述第四差值通过PI得到第二电压反馈值；根据所述第二电压反馈值、额定电压、模值电流反馈、虚拟阻抗和低通滤波器确定电压参考值，其中，所述虚拟阻抗为所述虚拟同步机的虚拟电阻与虚拟电感的和，所述虚拟阻抗与所述模值电流反馈的乘积通过所述低通滤波器后输出电压前馈，所述电压前馈用于在电网电压波动时保证虚拟同步机工作电压稳定；所述电压参考值的表达式如下：
其中，V ref为所述电压参考值，V base为所述额定电压，Q refAct为虚拟同步机无功功率给定实际值，Q fb为所述无功功率反馈，k QP为PI的比例系数，k Qi为PI的积分系数，s用于表示在频域中的时域积分，I为所述模值电流反馈，R vsg为所述虚拟电阻，X vsg为所述虚拟电感，j为虚数单位，1/(1+Ts)为所述低通滤波器。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时执行如权利要求1-6任一项所述基于功率选择和电压反馈的虚拟同步机控制方法的步骤。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107919681A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-17 | 北京科诺伟业科技股份有限公司 | 一种准虚拟同步机控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN111193291A (zh) * | 2018-11-15 | 2020-05-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法 |
| CN111193284A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-05-22 | 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 | 一种小容量储能配比的提升光伏虚拟同步机***稳定性的控制装置及方法 |
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Non-Patent Citations (1)
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| 虚拟同步发电机并离网无缝切换控制策略研究;唐酿 等;《可再生能源》;第34卷(第11期);第1665-1673页 * |
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