一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113890055A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111091323.2H02J3/46(2006.01)(22)申请日2021.09.17H02J3/28(2006.01)H02J3/32(2006.01)(71)申请人华中科技大学H02J3/14(2006.01)地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路H02J3/38(2006.01)1037号申请人国网新疆电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司(72)发明人陈霞林钰钧李星翟保豫杨丘帆周建宇文劲宇(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人徐美琳(51)Int.Cl.H02J3/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法和系统(57)摘要本发明公开了一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法和系统，其中方法包括：将储能系统中变换器的输入功率的增加量以及输出频率的增加量作为控制代价，建立代价函数；以输出频率的增加量最小为目标，求解代价函数，得到输入功率的增加量，用于对储能系统中变换器的输入功率进行补偿。虚拟同步机的模型预测控制中，为了减小系统在动态过程中的频率偏移，通常直观地将优化目标选为频率偏移，但这样选择代价函数忽视了频率变化率的影响。本发明方法充分考虑了频率变化率对功率的影响，能够有效改善动态频率特性。对储能系统中变换器的输入功率进行补偿，可以有效抑制功率波动时的最大频率偏移与最大频率变化率，提高储能系统稳定性。CN113890055ACN113890055A权利要求书1/2页1.一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将储能系统中变换器的输入功率的增加量以及输出频率的增加量作为控制代价，建立代价函数；(2)以输出频率的增加量最小为目标，求解代价函数，得到输入功率的增加量，用于对储能系统中变换器的输入功率进行补偿。2.如权利要求1所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述代价函数的建立方式为：建立一段时间下储能系统中变换器的输出频率随输入功率变化的状态方程，将状态方程中的一段时间离散成多步，得到储能系统中变换器在每一步中由输入功率预测输出频率的预测模型；利用预测模型预测输入功率的增加量，将储能系统中变换器的输入功率的增加量以及输出频率的增加量作为控制代价，建立代价函数。3.如权利要求2所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述代价函数为：输入功率的增加量和输出频率的增加量的加权平方和。4.如权利要求3所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述代价函数为：其中，C为代价函数，α为输出频率的增加量的权重，β为输入功率的增加量的权重，Δω(k+i)为第k+i步的输出频率的增加量，ΔPm(k‑1+i)为第k‑1+i步的输入功率的增加量，N为总步数。5.如权利要求4所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述第k+i步的输出频率的增加量为：Δω(k+i)＝AΔω(k‑1+i)+BmΔPm(k‑1+i)+BeΔPe(k‑1+i)其中，Δω(k‑1+i)为第k‑1+i步的输出频率的增加量，ΔPe(k‑1+i)为第k‑1+i步的输出功率的增加量，A、Bm和Be分别为第一系数、第二系数和第三系数，表示为：其中，J为储能系统虚拟转动惯量系数，D为储能系统虚拟阻尼系数，Ts为离散化时的采样时间，即每一步的长度，ωn为储能系统的额定角频率，τ的范围是0‑Ts。6.如权利要求4所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述α的取值范围为0.8‑0.9，β的取值范围为0.1‑0.2，α与β之和为1。7.如权利要求1‑6任一项所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频方法，其特征在于，所述代价函数的约束条件为：输出频率的增加量的取值范围为[‑0.2，+0.2]，输入功率的增加量的取值范围为[‑0.04Pref，+0.04Pref]，其中，Pref表示储能系统的有功功率额定值。2CN113890055A权利要求书2/2页8.一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频系统，其特征在于，包括应用于储能系统的变换器中的虚拟同步机，所述虚拟同步机，用于将储能系统中变换器的输入功率的增加量以及输出频率的增加量作为控制代价，建立代价函数；以输出频率的增加量最小为目标，求解代价函数，得到输入功率的增加量，对储能系统中变换器的输入功率进行补偿。9.如权利要求8所述的一种基于模型预测虚拟同步机控制的储能调频系统，其特征在于，所述虚拟同步机包括：状态方程建立模块，用