一种混合储能VSG频率振荡抑制方法和装置与流程

一种混合储能vsg频率振荡抑制方法和装置
技术领域
1.本技术涉及混合储能领域，尤其涉及一种混合储能vsg频率振荡抑制方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.作为我国能源变革关键技术支撑之一的大规模储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。分布式混合储能系统由蓄电池与超级电容组成，通过换流器与电网相连，具备功率双向流动能力，具有功率调节迅速、应用模式多样等优点。在混合储能系统中，蓄电池具有高能量密度特点但不适合频繁充放电，超级电容具有高功率密度优势。
3.分布式混合储能系统因为其低惯性、低阻尼特性会对网侧的频率稳定性造成影响。为了使储能换流器控制系统具备如同步发电机拥有的转动惯量和阻尼，目前广泛采用虚拟同步机（virtual synchronous generation,vsg）控制技术，使其像同步发电机一样参与到电网频率和电压的调节中。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本技术的目的在于解决vsg控制技术在混合储能系统中的应用问题，提出了一种混合储能vsg频率振荡抑制方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。
6.为达上述目的，本技术第一方面提出了一种混合储能vsg频率振荡抑制方法，包括以下步骤：构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，所述第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数；基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数；将所述虚拟阻尼系数用所述自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程；将所述第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。
7.在一种可能的实施方式中，所述构造第一混合储能vsg转子机械方程，包括：
其中，h表示虚拟转动惯量，ω表示虚拟角频率，ω0表示额定角频率，tm表示vsg机械转矩，te表示电磁转矩，p
ref
表示有功功率参考值，pe表示虚拟电磁功率，tm约等于，te约等于，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，pm为虚拟机械功率，δ表示虚拟功角，t表示时间。
8.在一种可能的实施方式中，所述基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数，包括：根据所述负荷突变情况，将混合储能输出功率划分为功率增加工况和功率减少工况；根据虚拟角频率变化率划分虚拟角频率变化率大于零阶段和虚拟角频率变化率小于零阶段；根据所述功率增加工况和所述功率减少工况、所述虚拟角频率变化率大于零阶段和所述虚拟角频率变化率小于零阶段，构造所述自适应虚拟阻尼系数。
9.在一种可能的实施方式中，所述根据所述功率增加工况和所述功率减少工况、所述虚拟角频率变化率大于零阶段和所述虚拟角频率变化率小于零阶段，构造所述自适应虚拟阻尼系数，包括：其中，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，d0表示额定虚拟阻尼系数，kd表示虚拟阻尼自适应系数，k
dmax
表示虚拟阻尼最大调节倍数，表示虚拟角频率偏差，m表示虚拟角频率偏差阈值。
10.本技术第二方面提出了一种混合储能vsg频率振荡抑制装置，包括：第一构造模块，用于构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，所述第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数；第二构造模块，用于基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数；表示模块，用于将所述虚拟阻尼系数用所述自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程；应用模块，用于将所述第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系
统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。
11.在一种可能的实施方式中，所述第一构造模块，包括：其中，h表示虚拟转动惯量，ω表示虚拟角频率，ω0表示额定角频率，tm表示vsg机械转矩，te表示电磁转矩，p
ref
表示有功功率参考值，pe表示虚拟电磁功率，tm约等于，te约等于，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，pm为虚拟机械功率，δ表示虚拟功角，t表示时间。
12.在一种可能的实施方式中，所述第二构造模块，包括：第一划分单元，用于根据所述负荷突变情况，将混合储能输出功率划分为功率增加工况和功率减少工况；第二划分单元，用于根据虚拟角频率变化率划分虚拟角频率变化率大于零阶段和虚拟角频率变化率小于零阶段；构造单元，用于根据所述功率增加工况和所述功率减少工况、所述虚拟角频率变化率大于零阶段和所述虚拟角频率变化率小于零阶段，构造所述自适应虚拟阻尼系数。
13.在一种可能的实施方式中，所述构造单元，包括：其中，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，d0表示额定虚拟阻尼系数，kd表示虚拟阻尼自适应系数，k
dmax
表示虚拟阻尼最大调节倍数，表示虚拟角频率偏差，m表示虚拟角频率偏差阈值。
14.根据本技术实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器;其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如第一方面中任一项所述的混合储能vsg频率振荡抑制方法。
15.根据本技术实施例的第四方面，提供一种存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如第一方面中任一项所述的混合储能vsg频率振荡抑制方法。
16.根据本技术实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的混合储能vsg频率振荡抑制方法。
17.本技术的有益效果：本技术实施例通过在混合储能系统中采用基于自适应虚拟阻尼系数的vsg控制策略，可以通过合理控制虚拟阻尼系数有效抑制电网的频率振荡。
18.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为现有技术中的混合储能微网拓扑结构的示意图；图2为根据本技术实施例的混合储能vsg频率振荡抑制方法的流程图；图3为根据本技术实施例的混合储能dc/ac换流器拓扑及vsg控制流程图；图4为根据本技术实施例的vsg有功与虚拟角频率变化曲线的示意图；图5为根据本技术实施例的混合储能vsg频率振荡抑制装置的结构示意图；图6为根据本技术实施例的一种电子设备的框图。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
22.在描述本技术实施例的混合储能vsg频率振荡抑制方法之前，首先结合图1对混合储能微网拓扑结构进行说明。
23.图1是现有技术中的混合储能微网拓扑结构的示意图，如图1所示，分布式电源点通过（直流换直流）换流器与直流母线相连，因为其有功出力p
dg
的波动性，需要配置由蓄电池和超级电容组成的混合储能设备，通过调节蓄电池有功功率pb、超级电容有功功率pc来平抑p
dg
波动。当交流大电网发生频率振荡事故，功率振荡信号通过（交流换直流）换流器传递至直流侧，需要混合储能具备频率振荡抑制能力。
24.下面参照附图描述根据本技术实施例提出的混合储能vsg频率振荡抑制方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，首先将参照附图描述根据本技术实施例提出的混合储能vsg频率振荡抑制方法。
25.图2是根据本技术实施例的混合储能vsg频率振荡抑制方法的流程图。
26.如图2所示，该混合储能vsg频率振荡抑制方法包括以下步骤：
步骤s110，构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数。
27.在本技术实施例中，可以构造第一混合储能vsg转子机械方程，第一混合储能vsg转子机械方程可以是包括虚拟阻尼系数的混合储能vsg转子机械方程。
28.结合图3，对混合储能vsg转子机械方程进行说明。图3是根据本技术实施例的混合储能dc/ac换流器拓扑及vsg控制流程图。
29.如图3所示，a、b和c各代表一条三相电路，n表示电路中性点，cf表示滤波电容；u
dc
为直流母线电压；u
abc
、i
abc
为混合储能dc/ac换流器交流侧三相电压、电流；e
abc
为交流电网三相电压；rf、lf、lg、rg构成滤波电路。vsg控制流程中，
ɷ
为虚拟角频率；δ为虚拟功角；p
ref
为有功功率参考值；pe为虚拟电磁功率，vsg无定子绕组损耗，pe又称vsg控制输出功率；pm为虚拟机械功率；u为vsg中虚拟内电势；qe为无功功率实际输出值；q
ref
为无功功率参考值。第一混合储能vsg转子机械方程可以是虚拟角频率随时间变化率和虚拟功角随时间变化率的联合方程，如下所示：其中，h表示虚拟转动惯量，ω表示虚拟角频率，ω0表示额定角频率，tm表示vsg机械转矩，te表示电磁转矩，p
ref
表示有功功率参考值，pe表示虚拟电磁功率，tm约等于，te约等于，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，pm为虚拟机械功率，δ表示虚拟功角，t表示时间。
30.步骤s120，基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数。
31.在本技术实施例中，可以基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数，自适应虚拟阻尼系数可以根据负荷变化情况进行自适应调整。
32.需要说明的是，负荷突变情况可通过图4进行分析。图4是根据本技术实施例的vsg有功与虚拟角频率变化曲线的示意图。
33.如图4所示，当发生负荷突变扰动，vsg虚拟角频率会在扰动瞬间出现振荡。当混合储能输出功率增加时（a、b阶段），a阶段虚拟角频率变化率从0突增，很短时间内回落，在t2时刻
ɷ
达到最大值，此时，整个a阶段保持；b阶段
ɷ
持续减少，此时与阶段a类似，同样先增大后减少，即
ɷ
减小过程中经历了先加速后减速到
ɷ0的过程。当混合储能输出功率持续减少（c、d阶段）时，其中c阶段虚拟角频率变化率，在t4时刻
ɷ
达到最小值；d阶段虚拟角频率变化率，
最后虚拟角频率稳定在额定角频率
ɷ0。
34.在a阶段，为了使混合储能vsg控制系统可以快速响应虚拟角频率增加，自适应控制策略在此阶段减少虚拟阻尼d，进一步的为了抑制虚拟角频率超调，需要在
ɷ
达到最大值时刻，对
ɷ
进行限值，即在t2时刻，虚拟阻尼d达到正向最大调节量。在虚拟角频率减少阶段（b阶段），为了使混合储能vsg控制系统快速响应
ɷ
减少，在接近额定角频率减少超调，需要自适应减少虚拟阻尼d，进一步的为了抑制虚拟角频率减少至失稳区，在
ɷ
达到最小值，即t4时刻，虚拟阻尼d达到反向最大调节量。
35.在上述负荷突变情况的分析中，a、b阶段的工况属于功率增加工况，c、d阶段的工况属于功率减少工况，a、d阶段的虚拟角频率变化率属于虚拟角频率变化率大于零阶段，b、c阶段的虚拟角频率变化率属于虚拟角频率变化率小于零阶段。
36.根据上述对负荷突变情况的分析，自适应虚拟阻尼系数可表示为：其中，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，d0表示额定虚拟阻尼系数，kd表示虚拟阻尼自适应系数，k
dmax
表示虚拟阻尼最大调节倍数，表示虚拟角频率偏差，m表示虚拟角频率偏差阈值。
37.步骤s130，将虚拟阻尼系数用自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程。
38.在本技术实施例中，得到第一混合储能vsg转子机械方程和自适应虚拟阻尼系数后，可以将将虚拟阻尼系数用自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程，也就是说，第二混合储能vsg转子机械方程可以是包括自适应虚拟阻尼系数的混合储能vsg转子机械方程。
39.步骤s140，将第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。
40.在本技术实施例中，得到第二混合储能vsg转子机械方程后，可以将第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。
41.需要说明的是，当，d自适应减少，快速响应
ɷ
增大/减少；当，d快速增加限值
ɷ
，可以防止其进入失稳区。
42.通过上述步骤，构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数，基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数，将虚拟阻尼系数用自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程，将第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。本技术有效抑制电网频率振荡。
43.为了实现上述实施例，如图5所示，本实施例中还提供了一种混合储能vsg频率振
荡抑制方法装置500，该装置500包括：第一构造模块510，第二构造模块520，表示模块530，应用模块540。
44.第一构造模块510，用于构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数；第二构造模块520，用于基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数；表示模块530，用于将虚拟阻尼系数用自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程；应用模块540，用于将第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。
45.在一种可能的实施方式中，第一构造模块510，包括：其中，h表示虚拟转动惯量，ω表示虚拟角频率，ω0表示额定角频率，tm表示vsg机械转矩，te表示电磁转矩，p
ref
表示有功功率参考值，pe表示虚拟电磁功率，tm约等于，te约等于，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，pm为虚拟机械功率，δ表示虚拟功角，t表示时间。
46.在一种可能的实施方式中，第二构造模块520，包括：第一划分单元521，用于根据负荷突变情况，将混合储能输出功率划分为功率增加工况和功率减少工况；第二划分单元522，用于根据虚拟角频率变化率划分虚拟角频率变化率大于零阶段和虚拟角频率变化率小于零阶段；构造单元523，用于根据功率增加工况和功率减少工况、虚拟角频率变化率大于零阶段和虚拟角频率变化率小于零阶段，构造自适应虚拟阻尼系数。
47.在一种可能的实施方式中，构造单元523，包括：其中，d表示所述自适应虚拟阻尼系数，d0表示额定虚拟阻尼系数，kd表示虚拟阻尼自适应系数，k
dmax
表示虚拟阻尼最大调节倍数，表示虚拟角频率偏差，m表示
虚拟角频率偏差阈值。
48.根据本技术实施例的混合储能vsg频率振荡抑制装置，构造第一混合储能vsg转子机械方程，其中，第一混合储能vsg转子机械方程包括虚拟阻尼系数，基于负荷突变情况，构造自适应虚拟阻尼系数，将虚拟阻尼系数用自适应虚拟阻尼系数表示，得到第二混合储能vsg转子机械方程，将第二混合储能vsg转子机械方程应用于混合储能vsg控制系统，执行vsg虚拟角频率抑制功能。本技术有效抑制电网频率振荡。
49.需要说明的是，前述对混合储能vsg频率振荡抑制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的混合储能vsg频率振荡抑制装置，此处不再赘述。
50.根据本技术的实施例，本技术还提供了一种电子设备、一种计算机可读存储介质和一种计算机程序产品。
51.图6示出了可以用来实施本技术的实施例的示例电子设备600的示意性框图。电子设备600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/或者要求的本公开的实现。
52.如图6所示，电子设备600包括计算单元601，其可以根据存储在只读存储器（rom）602中的计算机程序或者从存储单元608加载到随机访问存储器（ram）603中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 603中，还可存储设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、rom 602以及ram 603通过总线604彼此相连。输入输出接口605也连接至总线604。
53.电子设备600中的多个部件连接至输入输出接口605，包括：输入单元606，例如键盘、鼠标等；输出单元607，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元608，例如磁盘、光盘等；以及通信单元609，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元609允许电子设备600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。
54.计算单元601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。计算单元601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计算单元、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。计算单元601执行上文所描述的各个方法和处理，例如混合储能vsg频率振荡抑制方法。例如，在一些实施例中，混合储能vsg频率振荡抑制方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元608。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到电子设备600上。当计算机程序加载到ram 603并由计算单元601执行时，可以执行上文描述的混合储能vsg频率振荡抑制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元601可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行混合储能vsg频率振荡抑制方法。
55.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。
56.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码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或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码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。
57.在本公开的上下文中，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程序。计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。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。计算机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。
58.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：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计算机。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。
59.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）、互联网和区块链网络。
60.计算机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（"virtual private server"，或简称 "vps"）中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
61.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。