基于模糊控制的虚拟惯量调节方法、装置及终端设备与流程

1.本技术属于虚拟同步电机技术领域，尤其涉及一种虚拟惯量控制方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.近年来，以光伏、风电为主的可再生分布能源在电力系统中得到广泛应用，但分布式能源基于电力电子接口并入电网时其本身并不具备旋转惯性，随着渗透率的增加，使电网系统的动态响应和稳定性逐渐变差。
3.虚拟同步发动机(virtual synchronous generator，vsg)技术从2007年被提出后不断完善，采用vsg技术的分布式电源既能参与系统有功调频与无功调频，又能提供阻尼和惯性特性，在电网发生扰动或故障时，有利于维持电网的稳定，从而实现分布式电源的“友好型”接入。
4.但现有研究中，在vgs虚拟惯量的调整策略中未充分考虑vsg单元的惯性支撑能力也会受到自身安全性能的影响，如当vsg单元中的储能单元荷电状态(state of charge，soc)不佳或换流站安全容量不足时，未能优先保护vsg单元的安全运行，以维持系统的稳定运行。


技术实现要素：

5.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了基于模糊控制的虚拟惯量调节方法、装置及终端设备，可以在调整vgs单元虚拟惯量同时，保障vsg单元自身的安全运行。
6.本技术是通过如下技术方案实现的：
7.第一方面，本技术实施例提供了一种基于模糊控制的虚拟惯量调节方法，包括：
8.构建虚拟同步发电机单元，确定虚拟同步发电机单元中的虚拟惯量第一数学模型，虚拟同步发电机单元包括储能单元和换流站；基于虚拟惯量第一数学模型和虚拟同步发电机单元的安全运行系数，构建虚拟惯量第二数学模型，其中，安全运行系数以储能单元的荷电状态预设值和换流站的安全预设值作为模糊控制输入信号，并基于预设模糊控制规则所确定；调整安全运行系数，获得虚拟同步发电机单元的虚拟惯量。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，荷电状态预设值为第一预设集中的各个预设值，第一预设集为a1∈[0，1]；安全预设值为第二预设集合中的各个预设值，第二预设集为a2∈[0，1]。
[0010]
在第一方面的一种可能的实现方式中，安全预设值的表达式为：式中，ps表示换流站安全运行的安全预设值，pn表示换流站的额定容量，po表示换流站的实际功率输出值，p
set
表示换流站预设的安全裕度阈值，其中，当比值
ps大于1时，取值也为1。
[0011]
在第一方面的一种可能的实现方式中，根据第一预设集中的各个荷电状态预设值的大小，将第一预设集划分为多个第一模糊子集，多个第一模糊子集包括负大nb、负小ns、正小ps和正大pb。根据第二预设集中的各个安全预设值的大小，将第二预设集划分为多个第二模糊子集，多个第二模糊子集包括负大nb、负小ns、正小ps、正大pb。多个第一模糊子集和多个第二模糊子集作为模糊控制输入信号。
[0012]
在第一方面的一种可能的实现方式中，安全运行系数分为多个第三模糊子集，多个第三模糊子集包括负大nb、负小ns、适中no、正小ps、正大pb；多个第一模糊子集中的一个第一模糊子集和多个第二模糊子集中的一个第二模糊子集作为模糊控制输入信号，基于预设模糊控制规则，确定多个第三模糊子集中的一个第三模糊子集。
[0013]
在第一方面的一种可能的实现方式中，虚拟惯量第一数学模型的表达式为：
[0014][0015]
式中，h表示虚拟同步发电机单元的虚拟惯量，f表示电网系统的频率；k1、k2表示虚拟惯量的调整系数；h0表示一个预设常数，mf表示虚拟惯量切换时的阈值；
[0016]
虚拟惯量第二数学模型的表达式为：
[0017][0018]
式中，hf表示基于模糊控制的虚拟同步发电机单元的虚拟惯量，α表示安全运行系数，其余符号的含义与虚拟惯量第一数学模型中的符号含义相同。
[0019]
在第一方面的一种可能的实现方式中，预设模糊控制规则基于荷电状态预设值和安全预设值对虚拟同步发电机单元安全运行的影响所确定。
[0020]
第二方面，本技术实施例提供了一种基于模糊控制的虚拟惯量调节装置，包括：
[0021]
第一数学模型构建模块，用于构建虚拟同步发电机单元，确定虚拟同步发电机单元中的虚拟惯量第一数学模型，虚拟同步发电机单元包括储能单元和换流站。第二数学模型构建模块，用于基于虚拟惯量第一数学模型和虚拟同步发电机单元的安全运行系数，构建虚拟惯量第二数学模型，其中，安全运行系数以储能单元安全运行的荷电状态预设值和换流站安全运行的安全预设值作为模糊控制输入信号，并基于预设模糊控制规则所确定。输出模块，用于调整安全运行系数，获得虚拟同步发电机单元的虚拟惯量。
[0022]
第三方面，本技术实施例提供了一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述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如第一方面任一项所述的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法。
[0023]
第四方面，本技术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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法。
[0024]
第五方面，本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的基于模糊控制的虚拟惯量
调节方法。
[0025]
可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0026]
本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0027]
本技术实施例，首先构建vsg单元，获取了虚拟惯量第一数学模型，再将虚拟惯量第一数学模型结合模糊控制算法，获得具有vsg单元安全运行系数的虚拟惯量第二数学模型，最后通过调节安全运行系数，获得vsg单元的虚拟惯量。因所获得的虚拟惯量基于vsg单元中储能单元的荷电状态和换流站的安全预设值，故本技术可以在vsg单元调节虚拟惯量的同时，优先保障vsg单元自身的安全运行。
[0028]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1是本技术一实施例提供的vgs单元的示意框图；
[0031]
图2是本技术一实施例提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法的流程示意图；
[0032]
图3是本技术一实施例提供的vsg单元控制策略框图；
[0033]
图4是本技术一实施例提供的vsg单元控制策略的功频方程控制框图；
[0034]
图5是本技术一实施例提供的vsg单元控制策略的励磁方程控制框图；
[0035]
图6是本技术一实施例提供的模糊算法中各模糊子集对应的的隶属函数图；
[0036]
图7(a)是本技术一实施例提供的蓄电池放电状态下输入信号和输出信号的三维曲面图；
[0037]
图7(b)是本技术一实施例提供的蓄电池充电状态下输入信号和输出信号的三维曲面图；
[0038]
图8(a)是本技术一实施例提供的仿真试验系统平台设计框图；
[0039]
图8(b)是本技术一实施例提供的仿真试验系统平台设备框图；
[0040]
图9(a)是本技术一实施例提供的vsg单元安全运行状态时的不同调节策略下虚拟惯量变化情况；
[0041]
图9(b)是本技术一实施例提供的vsg单元安全运行状态时的不同调节策略下vsg单元有功出力变化情况；
[0042]
图9(c)是本技术一实施例提供的vsg单元安全运行状态时的不同调节策略下系统频率变化情况；
[0043]
图10(a)是本技术一实施例提供的soc较低时不同调节策略下虚拟惯量变化情况；
[0044]
图10(b)是本技术一实施例提供的soc较低时不同调节策略下有功出力变化情况；
[0045]
图10(c)是本技术一实施例提供的soc较低时不同调节策略下soc变化情况；
[0046]
图11(a)是本技术一实施例提供的换流站安全运行状况较差时不同调节策略下虚
拟惯量变化情况；
[0047]
图11(b)是本技术一实施例提供的换流站安全运行状况较差时不同调节策略下有功出力变化情况；
[0048]
图11(c)是本技术一实施例提供的换流站安全运行状况较差时不同调节策略下系统频率变化情况；
[0049]
图12是本技术实施例提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节装置的结构示意图；
[0050]
图13是本技术实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
[0051]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
[0052]
应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0053]
还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0054]
如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0055]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0056]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0057]
虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)技术通过模拟同步发电机的本体模型，使通过电力电子接口并网的分布式可再生能源从运行方式和调压调频特性上都与同步发电机类似，使其可以自主参与电网调压调频的同时，还具有惯量特性和阻尼特性，达到了增强系统运行稳定性的作用，另外，采用vsg控制策略的逆变器，相对于传统同步发电机具有灵活可控的优点，对促进分布式可再生能源的互联和消纳具有重要意义。
[0058]
现有研究大都集中在对vsg单元的虚拟惯量进行实时调节，以实现逆变电源对系统的惯性支撑，以及对系统频率的调整质量上。没有充分考虑在进行vsg单元的虚拟惯量的调整策略中vsg单元自身安全运行的优先性。
[0059]
基于上述问题，本技术实施例中的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法，可以在调
整vsg单元虚拟惯量同时，优先保障vsg单元自身的安全运行。
[0060]
举例说明，本技术实施例可以应用到如图1所示的示例性场景中。在该场景中，为了便于说明，仅示出了和本技术实施例相关的部分。
[0061]
以下结合图1对本技术的可视化交互方法进行详细说明。
[0062]
在一些实施例中，vsg单元中主要包含三部分，分别为可再生能源发电单元，储能单元和换流站。需要指出的是，图1的vsg单元中仅示出了一个可再生能源发电单元、一个储能单元和一个换流站，不表示本技术的方法仅适用于如图所示的vsg单元，本技术不对vsg单元中各部分的数量作进一步的限制。
[0063]
可再生能源发电单元可以是利用太阳能发电的光伏发电单元、可以是利用风能发电的发电单元或其他类型发电单元，本技术对可再生能源发电单元的类型不做进一步限定，仅以光伏发电单元作为示例进行说明。
[0064]
储能单元为电池组、电池管理系统及与其相连的功率变换系统组成的最小储能系统，在本技术以蓄电池作为示例进行说明。
[0065]
换流站是为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。
[0066]
在图1中，可再生能源发电单元和蓄电池并联连接，再与换流站串联。图中，电能可根据电网负荷和发电单元的发电量在蓄电池中进行储存与释放，最后再通过换流站进行频率和电压的调节后进入电网系统。
[0067]
图2是本技术一实施例提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法的流程示意图，参照图2，对该方法的详述如下：
[0068]
在步骤101中，构建vsg单元，确定vsg单元中的虚拟惯量第一数学模型。
[0069]
在一些实施例中，图3是本技术一实施例提供的vsg单元控制策略框图，图中用等效直流电源u
dc
代替光伏发电单元和蓄电池组成的光储单元，c
dc
表示直流侧电容，l、r、c表示逆变电源到电网之间输电线路上的线路参数，t1-t6组成的电路模拟换流站的逆变电源。由图3可知，vsg单元策略对逆变电源的有功和无功输出功率进行采集，进而通过功频方程和励磁方程与电网系统的功率调度指令产生联系，使得光储单元在满足调度指令的同时也具备了同步发电机的功率输入特性。
[0070]
示例性的，图4为本技术一实施例提供的vsg单元控制策略的功频方程控制框图。在图4中，ω表示逆变电源的输出角频率，ωg表示电网侧的角频率，h表示vsg单元中的虚拟惯量，kd表示vsg单元中的阻尼系数，p
ref
代表着逆变电源的有功调度指令值，po则表示逆变电源的有功功率实际输出值。根据图4可以得到vsg单元控制策略中的功频方程的表达式：
[0071][0072]
式中，表示逆变电源的相位大小。
[0073]
示例性的，图5为本技术一实施例提供的vsg单元控制策略的励磁方程控制框图。在图5中，q
ref
表示逆变电源的无功调度指令，q表示逆变电源的无功功率实际输出值，e
ref
表
示逆变电源电压的参考值，em则表示逆变电源电压的实际值，kq表示下垂系数；kv表示电压调节系数。根据图5可以得到vsg单元控制策略中的励磁方程的表达式：
[0074]
e＝e0 (q
ref-q)kq (e
ref-em)kv[0075]
需要指出的是，vsg控制中的励磁方程采用下垂控制建立无功功率和电压之间的联系。
[0076]
在一些实施例中，根据vsg单元的控制策略，可确定虚拟惯量第一数学模型，其表达式为：
[0077][0078]
式中，h表示vsg单元的虚拟惯量，f表示电网系统的频率，k1、k2表示虚拟惯量的调整系数，h0表示一个预设常数，该预设常数根据实际情况和经验进行设定，mf表示虚拟惯量的切换阈值。
[0079]
在换流站采用vsg单元控制时，电网系统的虚拟惯量可以随着系统频率变化而动态变化，为系统带来准确的惯性支撑。当虚拟惯量较大时会使得vsg单元在参与频率调节时稳态恢复时间以及调节过程中产生的超调量增加，因此，在通过对k1、k2虚拟惯量的数值进行设置时，应进行综合考虑。在使vsg单元具备对系统频率有较大支撑能力的基础上，又要合理控制虚拟惯量的取值上限，避免虚拟惯量数值较大时影响系统的稳态恢复过程。
[0080]
在步骤102中，基于虚拟惯量第一数学模型和vsg单元的安全运行系数，构建虚拟惯量第二数学模型。
[0081]
vsg单元控制通过根据系统的频率对虚拟惯量进行灵活调整，使得光储单元在出现负荷扰动后为电网系统提供较大的惯性支撑。同时，光储单元在为系统提供惯性出力时，首要考虑的应该是维持自身的安全运行，在维持光储单元稳定运行的基础上，才能更好地改善系统频率质量。
[0082]
光储单元作为vsg单元的重要组成部分，蓄电池又作为光储单元重要的组成部分，蓄电池的荷电状态(state of charge，soc)过高或过低时，蓄电池存在着过充或过放的风险，严重影响蓄电池的自身安全运行和使用寿命，故，本技术将蓄电池的soc预设值作为评价vsg单元安全运行的一项重要指标。
[0083]
同时，换流站是连接光储单元与电网系统的重要枢纽，而换流站的额定容量是有限的，当流经换流站的功率过大时，会出现过电流停机的风险。故，本技术将换流站安全运行的安全预设值作为评价vsg单元安全运行的另一项重要指标。
[0084]
在一些实施例中，为了更好地维持vsg单元自身的安全运行，本技术引入了模糊控制算法，将模糊控制的输出信号作为安全运行系数，并基于虚拟惯量第一数学模型构建虚拟惯量第二数学模型，其表达式为：
[0085][0086]
式中，hf表示基于模糊控制的虚拟同步发电机单元的虚拟惯量，α表示vsg单元的安全运行系数，其余符号的含义与虚拟惯量第一数学模型中的符号含义相同，此处不在赘
述。
[0087]
需要说明的是，α的数值根据蓄电池soc和换流站的安全预设值通过引入的模糊控制算法来确定。
[0088]
可选的，蓄电池的soc预设值为第一预设集中的各个预设值，第一预设集为a1∈[0，1]。即，当soc＝0时表示蓄电池放电完全，当soc＝1时表示蓄电池完全充满。也就是说，α的数值和vsg单元中蓄电池当前的soc有关。
[0089]
可选的，换流站的安全预设值为第二预设集合中的各个预设值，第二预设集为a2∈[0，1]。其中，换流站的安全预设值与换流站的额定容量、当前换流站的实际输出功率，以及换流站自己的安全裕度值有关。因此，换流站的安全预设值可根据vsg单元的实际情况来确定。
[0090]
举例性的，换流站的安全预设值的表达式可以为：
[0091][0092]
式中，ps表示换流站安全运行的安全预设值，pn表示换流站的额定容量，po表示换流站的实际功率输出值，p
set
表示换流站预设的安全裕度阈值，其中，当比值ps大于1时，取值也为1。
[0093]
结合上述表达式可以看出，当δp大于p
set
时表明换流器是安全的，不存在过电流停机的风险，而当δp较小时，需要将其与p
set
进行比较，安全预设值ps越小表明此时换流站的输出功率po越接近于额定容量pn，过电流停机的风险较大，安全性能较差。
[0094]
下面对本技术采用的模糊控制算法进行介绍：
[0095]
步骤a1，将蓄电池的soc预设值和换流站的安全预设值作为模糊控制的输入信号。
[0096]
在一些实施例中，由于soc预设值为第一预设集中的各个预设值，安全预设值为第二预设集中的各个预设值，为了使模糊控制算法可以精确的适用于本技术，本技术将第一预设集和第二预设集根据各预设值的大小进行了进一步的划分。
[0097]
示例性的，将第一预设集划分为多个第一模糊子集，多个第一模糊子集可以包括负大nb、负小ns、正小ps和正大pb。
[0098]
示例性的，将第二预设集划分为多个第二模糊子集，多个第二模糊子集可以包括负大nb、负小ns、正小ps和正大pb。
[0099]
需要说明的是，对第一/第二模糊子集的数量和类型的划分可根据具体的情况进行调整，本技术不做进一步限定。
[0100]
因此，在本技术中，四个第一模糊子集和四个第二模糊子集就作为模糊控制输入信号。
[0101]
步骤a2、将vsg单元的安全运行系数作为模糊控制的输出信号。
[0102]
在一些实施例中，为了使模糊算法可以精确的适用于本技术，本技术将安全运行系数分为多个模糊控制输出信号的模糊子集。
[0103]
示例性的，将安全运行系数分为多个第三模糊子集，多个第三模糊子集可以包括负大nb、负小ns、适中no、正小ps、正大pb。
[0104]
同样的，对第三模糊子集的数量和类型的划分可根据具体的情况进行相应调整，
本技术不做进一步限定。
[0105]
步骤a3、预设模糊控制规则，获得模糊控制规则表。
[0106]
在一些实施例中，通过安全运行参数的变化规律合理选取不同模糊子集所对用的隶属函数，可以更好地通过模糊算法实现对虚拟惯量的灵活调整。因此，预设模糊控制规则基于荷电状态预设值和安全预设值对vsg单元安全运行的影响所确定。
[0107]
示例性的，本技术将在模糊控制输入信号和模糊控制输出信号较为频繁的区域选择比较敏感的三角形隶属函数，在模糊控制输入信号和模糊控制输出信号边缘区域选择较为平缓的隶属函数。模糊算法中各模糊子集对应的的隶属函数图，见图6所示。
[0108]
结合实际情况进行分析：当蓄电池soc过低或过高时，蓄电池存在过放或过冲的风险，引入模糊算法的目的是为了避免蓄电池的soc向过大或过小的方向变化。因此，当蓄电池工作在放电状态下时，soc越小，安全状态调整系数α应较小，通过减小虚拟惯量来降低蓄电池的出力，维持自身的soc。而当蓄电池工作在充电状态下，当soc较大时则应调小调整系数α的数值，减小蓄电池在提供惯性出力时带来的过度充电的风险。同时，换流站的安全预设值ps则反应换流站的安全运行状态，ps较小时应减小虚拟惯量，减小有功出力变化，降低换流站过电流停机的风险。
[0109]
基于上述分析，本技术给出了蓄电池工作在充电状态下的模糊控制规则表，如表1所示：
[0110]
表1蓄电池放电状态下模糊规则表
[0111][0112]
同时，本技术给出了蓄电池工作在放电状态下的模糊控制规则表，如表2所示：
[0113]
表2蓄电池充电状态下模糊规则表
[0114][0115][0116]
进一步的，本技术结合蓄电池充放电的模糊规则表，还提供了模糊控制中蓄电池充/放电状态下输入信号和输出信号的三维曲面图，见图7。由图7(a)可看出，在soc预设值越小即蓄电池过度放电，和安全预设值越小即换流站的实际输出功率越来越接近额定容量的情况下，安全运行系数α的值也逐渐降低。同时，由图7(b)可看出，随着在soc预设值越大即蓄电池过度充电，和安全预设值越小即换流站的实际输出功率越来越接近额定容量的情况下，安全运行系数α的值也在逐渐降低。
[0117]
进一步的，若安全系数α的值逐渐降低，则表明vsg单元中的蓄电池和/或换流站的安全运行状况在下降，为了保障vsg单元自身的安全运行，就必须减少vsg单元对电网系统的惯性支撑，即降低vsg单元的虚拟惯量。
[0118]
在步骤103中，调整安全运行系数，获得vsg单元的虚拟惯量。
[0119]
在一些实施例中，从步骤102构建的虚拟惯量第二数学模型可以看出，随着蓄电池和/或换流站的安全运行状况在下降，安全运行系数α在降低，则vsg单元的虚拟惯量也在减小。
[0120]
因此，本技术提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法可根据vsg单元自身的安全运行状况，合理控制vsg单元对系统的的惯性支撑能力，为电网系统的稳定运行提供了保障。
[0121]
为了验证本技术方案的可行性与有益效果，搭建了实时仿真系统平台进行验证。验证过程如下：
[0122]
本次研究通过运用rt-lab实时仿真实验系统来对本技术所的控制策略进行实验验证，以进一步提升本技术的工程应用价值。实验系统主要由rt-lab试验机、上位计算机、dsp控制器、录波仪等实验装置组成，dsp控制器中部署着基于模糊控制的虚拟惯量调节的控制策略，dsp控制器运算得到的pwm调制信号通过光电隔离模块与rt-lab中的对应端口进行连接，最终得到的实验波形可在录波仪上进行观察。实验平台如图8所示。为了更加清楚地将协同控制的实验结果与传统控制的实验结果进行对比，将录波仪中的实验数据导出，通过绘图软件将所得实验波形在统一坐标系下进行绘制。
[0123]
系统中发生功率扰动时所需的惯性出力由储能单元来承担，模糊控制器通过监测
系统的运行状态来对虚拟惯量进行灵活调整，以维持储能装置和换流器的安全运行。系统中关键参数的取值情况如表3所示。
[0124]
表3系统中关键参数取值情况
[0125][0126]
以下对基于模糊控制的虚拟惯量调节实验结果进行说明。
[0127]
一、安全工况下虚拟惯量调节实验结果
[0128]
在vsg单元安全运行时，当电力系统发生功率扰动后，虚拟惯量随着系统频率的变化率动态改变，可以为系统提供较大的惯性支撑，有效地提升系统中发生功率扰动后的频率质量。本次实验中设置蓄电池的soc初始值为70％，换流站的安全容量为10kw，初始时刻系统正常运行，5s时系统中投入2.5kw的有功负荷。系统中相关参数的变化情况如图9所示。观察图9(a)可得，当vsg单元安全运行时，虚拟惯量可以随着系统频率动态变化，可在系统中发生功率扰动后可为系统带来较大的惯性支撑。图9(b)清楚地显示了当调节的虚拟惯量数值较大时，可使系统扰动发生后为系统提供了更多的惯性出力。图9(c)给出了两种控制下系统频率的变化情况，系统频率的偏移幅值减小，恢复至稳态值的速度也有所提升。使得vsg单元为系统提供了更多的惯性支撑能力。
[0129]
二、soc不足情况下惯量调节实验结果
[0130]
上述实验结果显示了采用安全约束调节策略时，vsg单元在安全运行状态下可为系统带来较大的惯性支撑。而当蓄电池soc不足时，本技术的方案应能自适应改变虚拟惯量，通过减小虚拟惯量，可维持荷电状态安全。接下来对安全约束调节策略在蓄电池安全运行状况较差情况下的优化效果进行验证。本次实验中，蓄电池的初始soc设置为20％。起初系统正常运行，5s时系统中增加2.5kw的有功负载扰动。为了进一步本技术提供的控制策略的优化效果，将相同工况下蓄电池采用fvsg控制时的实验结果在图10中一并给出。不同控制下系统中相关参数的变化情况如图10所示。
[0131]
图10(a)给出了不同的虚拟惯量调节策略下虚拟惯量的变化情况。当采用fvsg控制策略进行调节时，系统的惯量仅跟随系统频率动态调节，当系统中出现负荷扰动时，虚拟
惯量保持着较大的数值，图10(b)也显示了此时vsg单元的惯性出力仍然较大，较大的惯性出力会加快蓄电池的放电速度，会带来过度放电的风险。进一步观察图10(a)和(b)可得，采用安全约束调节策略时，当监测到soc不足时，虚拟惯量的数值会有所下降，在负荷扰动发生后提供的惯性出力有所减小。图10(c)显示了引入安全调整系数对虚拟惯量进行自适应调节后，由于vsg单元的虚拟惯性出力减小，蓄电池的soc变化速度会变慢，减小了蓄电池过度放电的风险，更好地维持了自身使用寿命。
[0132]
三、换流站安全运行状况较差时实验结果
[0133]
vsg单元中换流站的额定容量是有限的，通过引入安全运行系数α可以在换流站安全运行状况较差时对虚拟惯量进行自适应调节，避免过电流停机。为了重点对这一优化效果进行实验验证，本次实验中将换流站的额定容量设定为4kw，初始时刻系统正常运行，5s时系统中投入5kw的有功负荷。实验结果图11中还同时给出了相同工况下虚拟惯量采用fvsg策略进行调节时的实验结果。系统运行时vsg单元中涉及到的相关参数变化情况如图11所示。观察图11(a)可得，fvsg控制下的虚拟惯量跟随系统频率变化率动态改变，当系统中出现较大的负荷投切后，虚拟惯量的数值也会较大。由图11(b)可以得到，fvsg控制下vsg单元保持着较大的虚拟惯量，有功出力会比较大，导致换流站出现了停机的现象。当引入安全运行系数α对虚拟惯量进行自适应调节后，系统的虚拟惯量会随着换流站的安全运行状况的变差而减小，而减小的虚拟惯量使得vsg单元的功率输出变化减少，维持了换流站的安全运行。图11(c)清楚地显示了由于fvsg控制下出现了换流站退出运行的情况，负荷扰动后的系统频率质量较差，而本技术提供的控制策略实现了换流站的安全运行，更好地维持了系统频率质量。
[0134]
因此，本技术提出了一种考虑vsg单元安全运行约束的虚拟惯量灵活调节控制策略。通过引入安全运行系数来对vsg单元的虚拟惯量进行灵活调节，使得vsg单元在维持自身安全运行的基础上，为系统提供了良好的惯性支撑能力。
[0135]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0136]
对应于上文实施例所述的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法，图12示出了本技术实施例提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分。
[0137]
参见图12，本技术实施例中的基于模糊控制的虚拟惯量调节装置可以包括：第一数学模型构建模块201、第二数学模型构建模块202和输出模块203。
[0138]
第一数学模型构建模块201，用于构建虚拟同步发电机单元，确定虚拟同步发电机单元中的虚拟惯量第一数学模型，其中，虚拟同步发电机单元包括储能单元和换流站。
[0139]
可选的，构建的虚拟惯量第一数学模型的表达式为：
[0140][0141]
式中，h表示虚拟同步发电机单元的虚拟惯量，f表示电网系统的频率，k1、k2表示虚拟惯量的调整系数，h0表示一个预设常数，mf表示虚拟惯量的切换阈值。
[0142]
第二数学模型构建模块202，用于基于虚拟惯量第一数学模型和虚拟同步发电机单元的安全运行系数，构建虚拟惯量第二数学模型。其中，安全运行系数以储能单元安全运行的荷电状态预设值和换流站安全运行的安全预设值作为模糊控制输入信号，并基于预设模糊控制规则所确定。
[0143]
可选的，构建的虚拟惯量第二数学模型的表达式为：
[0144][0145]
式中，hf表示基于模糊控制的虚拟同步发电机单元的虚拟惯量，α表示安全运行系数，其余符号的含义与虚拟惯量第一数学模型中的符号含义相同。
[0146]
可选的，荷电状态预设值为第一预设集中的各个预设值，第一预设集为a1∈[0，1]。安全预设值为第二预设集合中的各个预设值，第二预设集为a2∈[0，1]。
[0147]
其中，安全预设值的表达式为：
[0148][0149]
式中，ps表示换流站安全运行的安全预设值，pn表示换流站的额定容量，po表示换流站的实际功率输出值，p
set
表示换流站预设的安全裕度阈值，其中，当比值ps大于1时，取值也为1。
[0150]
可选的，预设模糊控制规则基于荷电状态预设值和安全预设值对虚拟同步发电机单元安全运行的影响所确定。
[0151]
第二数学模型构建模块202，还用于根据第一预设集中的各个荷电状态预设值的大小，将第一预设集划分为多个第一模糊子集，多个第一模糊子集包括负大nb、负小ns、正小ps和正大pb。根据第二预设集中的各个安全预设值的大小，将第二预设集划分为多个第二模糊子集，多个第二模糊子集包括负大nb、负小ns、正小ps、正大pb。其中，多个第一模糊子集和多个第二模糊子集作为模糊控制输入信号。
[0152]
第二数学模型构建模块202，还用于将安全运行系数分为多个第三模糊子集，多个第三模糊子集包括负大nb、负小ns、适中no、正小ps、正大pb；多个第一模糊子集中的一个第一模糊子集和多个第二模糊子集中的一个第二模糊子集作为模糊控制输入信号，基于预设模糊控制规则，确定多个第三模糊子集中的一个第三模糊子集。
[0153]
输出模块203，用于调整安全运行系数，获得虚拟同步发电机单元的虚拟惯量。
[0154]
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本技术方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0155]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的
单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0156]
本技术实施例还提供了一种终端设备，参见图13，该终端设300可以包括：至少一个处理器310、存储器320以及存储在所述存储器320中并可在所述至少一个处理器310上运行的计算机程序321，所述处理器310执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤，例如图2所示实施例中的步骤101至步骤103。或者，处理器310执行所述计算机程序321时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图12所示模块201至203的功能。
[0157]
示例性的，计算机程序321可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器320中，并由处理器310执行，以完成本技术。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序段，该程序段用于描述计算机程序321在终端设备300中的执行过程。
[0158]
本领域技术人员可以理解，图13仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0159]
处理器310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。
[0160]
存储器320可以是终端设备的内部存储单元，也可以是终端设备的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。所述存储器320用于存储所述计算机程序321以及终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器320还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0161]
总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，isa)总线、外部设备互连(peripheral component，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本技术附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
[0162]
本技术实施例提供的基于模糊控制的虚拟惯量调节方法可以应用于计算机、可穿戴设备、车载设备、平板电脑、笔记本电脑、上网本、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、手机等终端设备上，本技术实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。
[0163]
本技术实施例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存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述基于模糊控制的虚拟惯量调节方法各个实施例中的步骤。
[0164]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行
时，使得移动终端执行时实现可实现上述基于模糊控制的虚拟惯量调节方法各个实施例中的步骤。
[0165]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，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至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、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。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
[0166]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0167]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0168]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0169]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元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单元来实现本实施例方案的目的。
[0170]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。