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专利号: 2024119354209
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,该构网储能系统并联优化控制方法包括以下步骤:S1、通过模拟同步发电机的惯性和一次调频过程及励磁调节过程,分别表征有功‑频率下垂特性及无功‑电压下垂特性,并基于有功‑频率下垂特性和无功‑电压下垂特性,设置储能单元的虚拟同步发电机控制策略;

S2、利用动态虚拟阻抗控制对储能单元进行改造,将虚拟阻抗引入至虚拟同步发电机控制策略中,并将虚拟同步发电机的输出阻抗设定为感性;

S3、基于粒子群算法,对虚拟同步发电机的控制参数进行优化分配,并选取最佳的虚拟惯量和阻尼值优化构网储能系统的动态响应;

所述通过模拟同步发电机的惯性和一次调频过程及励磁调节过程,分别表征有功‑频率下垂特性及无功‑电压下垂特性,并基于有功‑频率下垂特性和无功‑电压下垂特性,设置储能单元的虚拟同步发电机控制策略包括:S11、基于转子运动方程和调频控制器,分别模拟同步发电机的惯性响应和一次调频过程,得到有功‑频率下垂特性;

S12、基于电压控制回路,通过虚拟同步发电机的电压控制回路模拟同步发电机的励磁调节过程,得到无功‑电压下垂特性;

S13、根据得到的有功‑频率下垂特性和无功‑电压下垂特性,设置储能单元的虚拟同步发电机控制策略;

所述基于电压控制回路,通过虚拟同步发电机的电压控制回路模拟同步发电机的励磁调节过程,得到无功‑电压下垂特性包括:S121、通过虚拟同步发电机的电压控制器动态调节实际端电压,并模拟同步发电机在电压偏差情况下的励磁响应;

S122、利用无功功率调节器调节输出电压幅值,模拟无功电压特性,得到无功‑电压下垂特性;

所述通过虚拟同步发电机的电压控制器动态调节实际端电压的表达式为:Vref=Vset+KqQ;

Eout=Kv(Vref‑Vterm)+sTf;

式中,Vset表示设定的参考电压;Q表示无功功率输出;Kq表示无功功率‑电压调节系数;

Vterm表示实际端电压;Eout表示输出的等效励磁电压;Kv表示电压控制增益;Tf表示电压控制器时间常数;Vref表示输入储能系统的参考电压;s表示拉普拉斯算子。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述基于转子运动方程和调频控制器,分别模拟同步发电机的惯性响应和一次调频过程,得到有功‑频率下垂特性包括以下步骤:S111、利用转子运动方程反映同步发电机转子在机械功率和电磁功率不平衡下的动态行为,模拟同步发电机的惯性响应;

S112、基于调频控制器,一次调频控制通过调节同步发电机输入功率,平衡有功功率并稳定频率,模拟同步发电机的一次调频过程;

S113、基于转子运动方程和调频控制器的模拟结果,得到有功‑频率下垂特性。

3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述转子运动方程的表达式为:式中,ω表示转子角速度;H表示发电机的惯性常数;Pm表示同步发电机提供的机械功率;Pe表示发电机输出的电磁功率;D表示阻尼系数;ω0表示额定角速度。

4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述一次调频控制的表达式为:Pm=Pm0+Rf(ω0‑ω);

式中,Pm表示同步发电机的机械功率;Pm0表示平衡状态下的机械功率;Rf表示调频系数;

ω0‑ω表示频率偏差。

5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述利用无功功率调节器调节输出电压幅值的表达式为:ΔV=Kp(Qref‑Q)+Ki∫(Qref‑Q)dt;

式中,Qref表示无功功率参考值;Q表示无功功率输出;Kp表示无功功率调节器的比例;Ki表示无功功率调节器的积分增益;ΔV表示输出电压的调节量。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述基于粒子群算法,对虚拟同步发电机的控制参数进行优化分配,并选取最佳的虚拟惯量和阻尼值优化构网储能系统的动态响应包括以下步骤:S31、根据虚拟同步发电机构网储能系统的动态响应需求,设定优化目标函数为频率偏差和阻尼比的最小值;

S32、根据优化目标函数,计算每个粒子的适应度值,并更新粒子个体最优位置和全局最优位置;

S32、判断当前粒子群是否达到最大迭代次数,若达到最大迭代次数,则停止迭代并输出当前的最佳虚拟惯量和阻尼系数作为最终结果;否则,继续迭代;

S33、将得到最佳虚拟惯量和阻尼系数应用于虚拟同步发电机构网储能系统的实际控制中。

7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟同步的构网储能系统并联优化控制方法,其特征在于,所述优化目标函数的表达式为:F=a·|fd|+b·|Dbest‑D|;

式中,F表示频率偏差和阻尼比的最小值;fd表示储能系统的频率偏差;Dbest表示最佳阻尼比;D表示阻尼系数;a表示频率偏差的权重系数;b表示阻尼比的权重系数。