一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置与流程

本发明涉及发电机控制的，特别是涉及一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置。

背景技术：

1、随着全球能源运用导致的环境污染问题日益突出，新能源成为较为优越的解决办法；基于目前全球资源储备容量以及新能源发电技术的总体分析，由于风力资源分布最为广泛，而且风力发电技术运用最为久远，因此认为其综合技术最为成熟。

2、然而间歇性、随机性是风力资源的独有特性，因此风电场运行大概率处于变工况状态，风电机组输出不稳定随着风电大规模接入电网，系统惯性支撑能力和一次调频能力不断下降，目前，有学者提出使用频率响应进行控制，对风机出力进行调节，该方案可以对机组进行一次调频，并没有考虑二次调频时机组的响应特性，不能实现长久的调频支撑，仅能进行短暂的调频支援；还有学者提出在转速恢复过程中根据mppt准则修正功率系数，但其控制技术需要多次验算曲线系数，确定最佳控制参数，不可结合虚拟惯量控制，否则会使整体的调频效果受到扰动，影响控制效果，导致系统不稳定。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，实现对风储系统的输出控制，提高系统稳定性。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法，包括：

3、获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；

4、基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；

5、基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；

6、基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于svpwm对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。

7、在一种可能的实现方式中，基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：

8、

9、

10、式中，j为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；pm为机械功率；xa为同步电抗；pe为电磁功率；θ为功角；ra为电枢电阻；为励磁电压；为电压；为电流；d为阻尼系数；tm为机械扭矩；te为电磁扭矩，为90度向量角。

11、在一种可能的实现方式中，基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；

12、将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；

13、将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；

14、基于pi控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。

15、在一种可能的实现方式中，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：

16、基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；

17、获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；

18、将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；

19、基于pi控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。

20、在一种可能的实现方式中，基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：

21、将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：

22、

23、式中，为机端电压，为90度向量角，为电流，xa为同步电抗，ra为电枢电阻，为励磁电压，θ为功角。

24、在一种可能的实现方式中，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：

25、将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：

26、

27、式中，id―ref为d轴中的d轴电流值，iq―ref为q轴中的q轴电流值，kp为电压环比例增益，ω为实际电角速度，ud*为d轴中的参考电压值，uq*为q轴中的参考电压值，vd为d轴变换机端电压，uq*为q轴中的输入电压量，vq为q轴变换电压量，c为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，ild为d轴中的测量电流量，ilq为q轴中的测量电流量，s为拉普拉斯运算符，ki为电压环积分项。

28、在一种可能的实现方式中，将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：

29、将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：

30、

31、式中，ed为d轴中的调制信号，eq为q轴中的调制信号，kp1为电流环比例增益，ki1为电流环积分项，id―ref为d轴中的d轴电流值，iq―ref为q轴中的q轴电流值，id为d轴中的电流测量量，iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，l为交流电网中滤波电感值，vd为d轴变换机端电压，vq为q轴变换机端电压。

32、在一种可能的实现方式中，一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制装置，其特征在于，包括：功率计算模块、功角pi控制模块、励磁电压pi控制模块和输出电压控制模块；

33、其中，所述功率计算模块，用于获取交流电网的电流数据和电压数据，基于所述电流数据和所述电压数据进行功率计算，得到所述交流电网的有功功率和无功功率；

34、所述功角pi控制模块，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的功角；

35、所述励磁电压pi控制模块，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压；

36、所述输出电压控制模块，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，对所述机端电压进行dq变换，得到dq变换电压，将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，并将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，并基于svpwm对所述调制信号进行变换，得到所述虚拟同步发电机的输出电压。

37、在一种可能的实现方式中，所述功角pi控制模块，用于基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机控制策略包括将风机机侧整流器、直流母线储能单元、网侧逆变器整体等效为一个虚拟同步发电机，其中，所述虚拟同步发电机的数学模型，如下所示：

38、

39、

40、式中，j为转动惯量；ω为实际电角速度；ωg为输出额定角速度；pm为机械功率；xa为同步电抗；pe为电磁功率；θ为功角；ra为电枢电阻；为励磁电压；为电压；为电流；d为阻尼系数；tm为机械扭矩；te为电磁扭矩，为90度向量角。

41、在一种可能的实现方式中，所述励磁电压pi控制模块，用于基于所述无功功率，计算所述虚拟同步发电机的实际电压，对所述实际电压进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压，具体包括；

42、将所述无功功率和参考无功功率进行对比，获取所述无功功率和所述参考无功功率的无功功率误差，并基于所述无功功率误差，计算实际电压；

43、将所述实际电压与参考电压进行对比，计算所述实际电压和所述参考电压的励磁电压误差；

44、基于pi控制算法对所述励磁电压误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的励磁电压。

45、在一种可能的实现方式中，所述功角pi控制模块，用于获取所述虚拟同步发电机的实际电角速度，对所述实际电角速度和所述有功功率进行pi控制，得到所述虚拟同步发电机的功角，具体包括：

46、基于电角速度计算公式，计算所述虚拟同步发电机的实际电角速度，将所述实际电角速度与参考电角速度进行对比，计算所述实际电角速度和所述参考电角速度的电角速度误差；

47、获取所述虚拟同步发电机的参考功率，基于所述参考功率和所述电角速度误差，计算所述虚拟同步发电机的机械功率；

48、将所述有功功率和机械功率进行对比，获取所述有功功率和所述机械功率的有功功率误差；

49、基于pi控制算法对所述有功功率误差进行控制，得到所述虚拟同步发电机的功角。

50、在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于基于所述功角和所述励磁电压，计算所述虚拟同步发电机的机端电压，具体包括：

51、将所述功角和所述励磁电压代入预设的机端电压计算公式中，得到所述虚拟同步发电机的机端电压，其中，所述机端电压计算公式如下所示：

52、

53、式中，为机端电压，为90度向量角，为电流，xa为同步电抗，ra为电枢电阻，为励磁电压，θ为功角。

54、在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于将所述dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，具体包括：

55、将所述dq变换电压输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电压环控制公式对所述dq变换电压进行调制，得到dp电流值；其中，所述电压环控制公式，如下所示：

56、

57、式中，id―ref为d轴中的d轴电流值，iq―ref为q轴中的q轴电流值，kp为电压环比例增益，ω为实际电角速度，ud*为d轴中的参考电压值，uq*为q轴中的参考电压值，vd为d轴变换机端电压，uq*为q轴中的输入电压量，vq为q轴变换机端电压，c为安装在交流电网中的滤波电容的电容值，ild为d轴中的测量电流量，ilq为q轴中的测量电流量，s为拉普拉斯运算符，ki为电压环积分项。

58、在一种可能的实现方式中，所述输出电压控制模块，用于将所述dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，具体包括：

59、将所述dp电流值输入到电流环中，基于所述电流环中设置的电流环控制公式对所述dp电流值进行调制，得到调制信号；其中，所述电流环控制公式，如下所示：

60、

61、式中，ed为d轴中的调制信号，eq为q轴中的调制信号，kp1为电流环比例增益，ki1为电流环积分项，id―ref为d轴中的d轴电流值，iq―ref为q轴中的q轴电流值，id为d轴中的电流测量量，iq为q轴中的电流测量量，ω为实际电角速度，l为交流电网中滤波电感值，vd为d轴变换机端电压，vq为q轴变换机端电压。

62、本发明还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。

63、本发明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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法。

64、本发明实施例一种基于虚拟同步发电机的风储协同控制方法及装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：

65、通过计算交流电网的有功功率和无功功率；基于虚拟同步发电机控制策略，得到虚拟同步发电机，对获取的虚拟同步发电机的实际电角速度和有功功率进行pi控制，得到虚拟同步发电机的功角；对计算的虚拟同步发电机的实际电压进行pi控制，得到虚拟同步发电机的励磁电压；基于功角和励磁电压，计算虚拟同步发电机的机端电压，并基于dq变换得到dq变换电压，将dq变换电压输入到电压环中，得到dp电流值，将dp电流值输入到电流环中，得到调制信号，对调制信号进行变换，得到虚拟同步发电机的输出电压；与现有技术相比，本发明的技术方案通过对虚拟同步发电机的实际电角速度和实际电压进行pi控制，可以实现对电网中的功角和励磁电压进行精确的控制和优化，使系统在不同负载条件下保持稳定运行，且基于电压环和电流环的层级控制结构，可以有效地实现电压和电流的稳定控制，保证电压输出的质量和稳定性，进一步提高系统稳定性。