储能变流器统一鲁棒调频方法及系统与流程

本发明属于新型电力系统调频领域，具体涉及一种储能变流器统一鲁棒调频方法及系统。储能参与一次调频，尤其是高比例新能源接入弱电网的储能变流器鲁棒控制技术。

背景技术：

1、随着人类社会的进步和科学工业领域的发展，全世界的用电需求呈大幅增长趋势。然而，随着煤炭石油的大量开采，目前地球上的资源紧缺，传统的火力发电难以长时间满足用电需求，多种分布式可再生新能源将逐步接入电网实现供电，构成新型电力系统。由此带来的负面影响是，可再生新能源没有传统火力发电的惯性，高比例新能源和高电力电子器件的电力系统惯量大幅度降低，发电系统支撑作用差，调频能力低，新型电力系统的调频策略亟待突破。在一次调频响应之前，可通过同步惯量和快速频率响应(ffr)共同阻止系统频率超阈值后短时间内频率快速变化，为一次调频的启动争取时间，保证频率稳定。然而，目前快速频率响应控制方式多样，有虚拟同步机技术、综合惯性控制技术、快速频率控制技术、恒功率控制技术等，不同控制方式对电网的适应能力有限，鲁棒性能差，快速频率响应能力低，不适用于大量新能源接入电网的调频场景。

2、因此，为了解决大量新能源接入弱电网的储能变流器辅助调频问题，具有鲁棒调频策略亟待突破。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种储能变流器统一鲁棒调频方法及系统，以解决现有技术中大量新能源接入弱电网的储能变流器辅助调频问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面，提供了一种储能变流器鲁棒调频方法，包括如下步骤：

4、获取电网三相交流电压和三相交流电流，依据电网三相交流电压和三相交流电流计算电网的无功、有功瞬时功率；

5、对电网三相交流电压和三相交流电流进行dq变换，分别得到电网三相交流电压和三相交流电流的dq轴分量；

6、根据预先设置的调频策略，从电网三相交流电压和三相交流电流计算电网的无功、有功瞬时功率，以及电网三相交流电压和三相交流电流的dq轴分量中，选取电气参量作为基于h无穷理论的鲁棒调频控制器的输入，鲁棒调频控制器输出调制电压dq轴分量以及虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值；

7、将虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值进行积分运算，得到虚拟同步鲁棒控制器相位角输出值；

8、基于所述虚拟同步鲁棒控制器相位角输出值、调制电压dq轴分量进行反dq变换，得到储能变流器的鲁棒调频控制信号。

9、进一步的，根据预先设置的调频策略，从电网三相交流电压和三相交流电流计算电网的无功、有功瞬时功率，以及电网三相交流电压和三相交流电流的dq轴分量中，选取电气参量作为基于h无穷理论的鲁棒调频控制器的输入；其中：

10、在强网工况下，选择无功、有功瞬时功率，以及电网三相交流电压q轴分量、三相交流电流dq轴分量，作为鲁棒调频控制器的输入；

11、在弱网工况下，选择无功、有功瞬时功率，以及电网三相交流电压dq轴分量，作为鲁棒调频控制器的输入。

12、进一步的，强网工况下，鲁棒调频控制器输出调制电压dq轴分量以及虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值，具体包括：

13、将有功瞬时功率和有功功率参考值作差，得到第一差值，将所述第一差值分别送入比例环节和积分环节，将比例环节和积分环节的结果叠加，之后与三相交流电流d轴分量参考值叠加，再与三相交流电流d轴分量作差，得到第二差值，将第二差值送比例环节，得到调制电压d轴分量；

14、将无功瞬时功率和无功功率参考值作差，得到第三差值，将所述第三差值分别送入比例环节和积分环节，将比例环节和积分环节的结果叠加，之后与三相交流电流q轴分量参考值叠加，再与三相交流电流q轴分量作差，得到第四差值，将第四差值送比例环节，得到调制电压q轴分量；

15、将电网三相交流电压q轴分量分别送入比例环节和积分环节，将比例环节和积分环节的结果叠加，得到虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值。

16、进一步的，弱网工况下，鲁棒调频控制器输出调制电压dq轴分量以及虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值，具体包括：

17、将虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值乘以虚拟同步控制阻尼系数，将乘积与有功功率参考值叠加，将叠加值与有功瞬时功率作差，得到第五差值，将所述第五差值送入虚拟同步控制积分环节，得到虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值；

18、将无功瞬时功率和无功功率参考值作差，得到第六差值，将所述第六差值送入比例环节，将比例环节输出与电网三相交流电压d轴分量作差，得到第七差值，将第七差值分别送入比例环节和积分环节，将比例环节和积分环节的结果叠加，得到调制电压d轴分量；

19、将电网三相交流电压q轴分量分别送入比例环节和积分环节，将比例环节和积分环节的结果叠加，得到调制电压q轴分量。

20、进一步的，强网工况下，鲁棒调频控制器表示为如下形式：

21、

22、其中，ugrid-fl为鲁棒调频控制器在强网工况下的输出；vd*为调制电压d轴分量；vq*为调制电压q轴分量；ω*为虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值；kgrid-fl为强网下最优反馈系数；pgx为电网有功瞬时功率；qgx为电网无功瞬时功率；vgqx为电网三相交流电压的q轴分量；igqx、igdx分别为电网三相交流电压的d、q轴分量。

23、进一步的，弱网工况下，鲁棒调频控制器表示为如下形式：

24、

25、其中，ugrid-fm为鲁棒调频控制器在若网工况下的输出；vd*为调制电压d轴分量；vq*为调制电压q轴分量；ω*为虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值；kgrid-fm为弱网下最优反馈系数；pgx为电网有功瞬时功率；qgx为电网无功瞬时功率；vgqx为电网三相交流电压的q轴分量；vgdx为电网三相交流电压的d轴分量。

26、进一步的，所述鲁棒调频控制器的最优反馈系数按照如下方式计算：

27、将储能变流器并网系统表示为标准h无穷状态空间模型；

28、将所述标准h无穷状态空间模型变形为h无穷状态模型矩阵；

29、对所述h无穷状态模型矩阵进行泛函运算，确定使泛函运算结果最接近于1时对应的状态反馈常数，作为最优反馈系数。

30、本发明第二方面，提供了一种储能变流器鲁棒调频装置，包括：

31、功率计算模块，用于获取电网三相交流电压和三相交流电流，依据电网三相交流电压和三相交流电流计算电网的无功、有功瞬时功率；

32、派克变换模块，用于对电网三相交流电压和三相交流电流进行dq变换，分别得到电网三相交流电压和三相交流电流的dq轴分量；

33、控制模块，用于根据预先设置的调频策略，从电网三相交流电压和三相交流电流计算电网的无功、有功瞬时功率，以及电网三相交流电压和三相交流电流的dq轴分量中，选取电气参量作为基于h无穷理论的鲁棒调频控制器的输入，鲁棒调频控制器输出调制电压dq轴分量以及虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值；

34、运算模块，用于将虚拟同步鲁棒控制器角速度输出值进行积分运算，得到虚拟同步鲁棒控制器相位角输出值；

35、反派克变换模块，用于基于所述虚拟同步鲁棒控制器相位角输出值、调制电压dq轴分量进行反dq变换，得到储能变流器的鲁棒调频控制信号。

36、本发明第三方面，提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如上述的储能变流器鲁棒调频方法。

37、本发明第四方面，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至少一个指令，所述至少一个指令被处理器执行时实现如上述的储能变流器鲁棒调频方法。

38、与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

39、本发明一种储能变流器统一鲁棒调频方法，采用h无穷理论来设计鲁棒控制器，确保系统在不确定性和干扰存在的情况下仍能保持稳定性和性能，能够应对电网中各种不可预测的变化，提高系统的鲁棒性。提高了电力系统的调频能力和稳定性，确保了电网的安全可靠运行。本发明提供的一种储能变流器统一鲁棒调频装置、电子设备和计算机可读存储介质同样解决了背景技术部分提出的问题。

40、本方案根据电网的不同工况(强网或弱网)，选择不同组合的电气参量作为控制器的输入。在强网工况下，选择能够反映电网有功和无功功率平衡的参量；在弱网工况下，选择对电网电压稳定性影响较大的参量，使控制器能够更准确地感知电网状态，并作出相应的控制决策。

41、本方案采用了反馈控制策略，通过实时测量电网的电气参量(如有功功率、无功功率等)，并将其与参考值进行比较，产生误差信号。误差信号经过控制器处理后，生成控制信号(如调制电压dq轴分量、虚拟同步鲁棒控制器角速度等)，用于调整储能变流器的输出，从而实现对电网频率的调节，能够确保系统对电网状态变化的快速响应和准确控制。

42、为了优化控制器的性能，方案还采用了最优反馈系数的计算方法。通过将储能变流器并网系统表示为标准h无穷状态空间模型，并对其进行变形和泛函运算，确定使系统性能最优的反馈系数。能够确保控制器在多种工况下都能达到最佳的控制效果。