面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法与流程

本发明属于信息，具体地说是面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法。

背景技术：

1、随着新能源发电的大规模并网，电力系统整体转动惯量和阻尼水平显著下降，频率稳定问题日益突出。虚拟同步机技术通过在储能变流器控制中引入虚拟惯量和虚拟阻尼，能够模拟同步发电机的运行特性，为电网提供必要的频率支撑，已成为储能参与电网调频的核心技术之一。

2、随着能源转型和技术进步，高比例可再生能源和高比例电力电子设备的电力系统逐渐成为新型电力系统发展的重要趋势。但是，随着依靠电力电子装置接入电网的新能源发电系统占比逐渐增大，系统呈现低惯量以及低阻尼的特性，在系统出现功率扰动时可能导致频率的失稳，给系统的安全稳定运行以及供电可靠性造成威胁。

3、当前单一类型储能难以同时满足能量密度和功率密度的要求，无法兼顾调频效果与运行经济性：电池储能能量密度高，但循环寿命短，频繁承受功率波动会加速容量衰减，大幅提高运行成本；超级电容功率密度高、响应速度快，但能量密度低，单独使用难以满足长时间调频的能量需求。将不同类型储能组合形成异构储能系统，结合两者优势实现特性互补，是提升储能调频性能、延长系统整体寿命的有效途径。但现有虚拟同步机控制方法大多针对单一储能设计，未充分考虑异构储能单元的特性差异，无法根据各单元运行状态自适应分配功率，难以发挥异构储能的互补优势。

4、综上，因此本发明提供了面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，以解决现有技术中无法根据各单元运行状态自适应分配功率，难以发挥异构储能的互补优势等问题。

2、面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，包括以下步骤：

3、s1：异构储能系统建模，建立各储能单元的模型，模拟虚拟同步机的转子运动方程为：

4、；

5、式中，为虚拟同步机的虚拟惯量，为虚拟同步机的阻尼系数，为虚拟同步机的转子角频率，为虚拟同步机的额定角频率，为虚拟同步机虚拟机械转矩，逆变器输出的电磁功率；

6、s2：通过滤波器将总功率指令分解为低频分量和高频分量，自适应调整截止频率，根据储能单元的soc和动态能力实时优化，根据各储能单元的soc状态，动态调整功率分配权重，动态调整功率分配权重的方程为：

7、；

8、；

9、式中，低频功率分量，为高频功率分量，为电池功率分配权重，为超级电容功率分配权重；

10、s3：根据频率变化率和功率偏差，实时调整虚拟惯量和阻尼系数，采用模糊逻辑、模型预测控制或自适应算法在线优化；

11、s4：针对自适应参数变化，分析系统根轨迹，确保在全工况下满足稳定性条件，设置功率、电流、soc的软硬件限幅，防止储能过载，故障穿越时，切换为电网支撑模式。

12、进一步的，根据所述虚拟同步机的转子角频率变化量及额定角频率设置虚拟转动惯量和虚拟阻尼系数；

13、所述虚拟阻尼系数与所述虚拟转子角频率变化量呈正相关；

14、所述虚拟转动惯量与所述虚拟转子角频率变化率呈负相关，与所述虚拟转子角频率变化量呈正相关。

15、进一步的，所述超级电容的soc通常用电压归一化表示，权重设计类似，但可设置更宽的soc工作区间，由于超级电容响应快，其权重还可与功率变化率关联，在soc允许范围内动态调整高频功率分担比例。

16、进一步的，所述s3中，大频率偏差时，增大虚拟惯量增强惯性支撑，抑制频率突变，增大阻尼系数提升阻尼，减少超调。

17、进一步的，根据所述soc状态动态调整各储能单元的功率分担比例，防止过充或者过放，并均衡老化;

18、其中，接近soc下限时，减小放电权重；接近soc上限时，减小充电权重，防止越限。

19、进一步的，所述权重方程可同时考虑soc、健康状态、温度、功率变化率多重约束，高温时降低电池权重以减少热应力，功率变化率过大时，临时增加超级电容权重以保护电池。

20、进一步的，提取所述各储能单元性能指标，针对性能指标数据，建立性能变化预测模型，得到性能变化趋势，基于性能变化趋势，计算不同储能技术的容量衰减率，结合容量衰减率，构建容量优化模型，确定最优容量配置比例。

21、进一步的，所述通过实时监测采集各个储能单元运行数据，对比实际运行情况与优化调度方案偏差，动态调整控制参数和优化算法，执行储能单元故障自愈策略，确保群组稳定运行。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、1、本发明通过自适应分配不同类型储能的功率分量，充分发挥电池能量密度高、适合长时间低频功率支撑的优势，同时利用超级电容功率密度高、响应速度快的特点承担高频波动功率，既缓解了电池的功率波动冲击，延长电池使用寿命，又能充分发挥异构储能单元的互补特性，提升系统整体响应能力。能够根据频率变化状态自适应调整虚拟惯量与阻尼系数，在大频率扰动时提供更强的惯性和阻尼支撑，有效改善系统频率动态响应，提升新型电力系统的频率稳定性；结合各储能单元的soc、健康状态、运行温度、动态能力等多维度信息调整功率分配权重，可有效避免储能单元过充过放，均衡各单元老化程度，降低系统运行损耗，提升异构储能系统整体运行经济性与使用寿命。

24、2、本发明通过根据频率动态调整虚拟惯量与阻尼系数，在电网频率波动大时提供充足惯性支撑，抑制频率突变，降低频率超调量，有效改善电网频率稳定性，解决了固定参数虚拟同步机难以适配全工况运行的问题。同时依托soc状态与多约束条件动态调整功率分配权重，能够避免储能单元过充过放，均衡各单元老化速率，提升异构储能系统整体运行安全性与使用寿命，保障系统在全工况下稳定运行。

25、3、本发明通过对不同异构储能单元的运行状态进行实时在线监测，结合采集到的运行数据对比实际运行状态与优化调度方案的偏差，动态调整控制参数与优化策略，当单储能单元发生故障时，可快速执行故障自愈策略，重新分配功率任务，避免单单元故障引发整体系统运行紊乱，保障异构储能群组持续稳定运行，同时可基于各储能单元的性能变化趋势优化容量配置，结合不同储能技术的容量衰减率调整容量分配比例，进一步提升系统资源利用率，降低全生命周期运行成本。

1.面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，根据所述虚拟同步机的转子角频率变化量及额定角频率设置虚拟转动惯量和虚拟阻尼系数；

3.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，所述超级电容的soc通常用电压归一化表示，权重设计类似，但可设置更宽的soc工作区间，由于超级电容响应快，其权重还可与功率变化率关联，在soc允许范围内动态调整高频功率分担比例。

4.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，所述s3中，大频率偏差时，增大虚拟惯量增强惯性支撑，抑制频率突变，增大阻尼系数提升阻尼，减少超调。

5.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，根据所述soc状态动态调整各储能单元的功率分担比例，防止过充或者过放，并均衡老化;

6.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，所述权重方程可同时考虑soc、健康状态、温度、功率变化率多重约束，高温时降低电池权重以减少热应力，功率变化率过大时，临时增加超级电容权重以保护电池。

7.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，提取所述各储能单元性能指标，针对性能指标数据，建立性能变化预测模型，得到性能变化趋势，基于性能变化趋势，计算不同储能技术的容量衰减率，结合容量衰减率，构建容量优化模型，确定最优容量配置比例。

8.如权利要求1所述面向异构储能的虚拟同步机自适应功率控制方法，其特征在于，所述通过实时监测采集各个储能单元运行数据，对比实际运行情况与优化调度方案偏差，动态调整控制参数和优化算法，执行储能单元故障自愈策略，确保群组稳定运行。