本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)控制，具體地涉及一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制方法、一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制裝置、一種電子設(shè)備及一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在雙碳目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，風(fēng)、光等新能源電源的主體化趨勢(shì)日益明顯。目前主流的風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)均依賴于電力電子并網(wǎng)變換器接入電網(wǎng)，因此逆變器的控制是微電網(wǎng)控制的核心。常用的逆變器控制策略主要采用恒壓恒頻（v/f）控制、恒功率（p/q）控制、下垂控制和虛擬同步機(jī)控制等。恒壓恒頻控制通過控制逆變器使其以額定的頻率和電壓進(jìn)行輸出，可以等效為電壓源，對(duì)外表現(xiàn)出低阻抗，不適合并聯(lián)運(yùn)行。恒功率控制通過外環(huán)的功率環(huán)和內(nèi)環(huán)的電流環(huán)控制逆變器使其始終隨給定的功率輸出，可以等效為電流源，對(duì)外表現(xiàn)出高阻抗。此外，恒壓恒頻控制和恒功率控制并不具有同步發(fā)電機(jī)的特性。下垂控制是將同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制策略引入控制系統(tǒng)，然后結(jié)合逆變器的功率輸出特性，得到下垂控制的基本原理。虛擬同步機(jī)控制技術(shù)能夠讓并網(wǎng)變換器自主構(gòu)建交流電壓的幅值和頻率，相關(guān)研究指出，通過構(gòu)網(wǎng)型控制，能夠?qū)崿F(xiàn)100%新能源并網(wǎng)。相比于傳統(tǒng)的功率解耦矢量控制技術(shù)而言，虛擬同步控制不僅可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率以及近區(qū)電壓的主動(dòng)快速支撐，而且在弱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力方面也有顯著優(yōu)勢(shì)。

2、現(xiàn)階段，由于典型的虛擬同步機(jī)的控制環(huán)節(jié)參數(shù)固定，固定的控制環(huán)節(jié)參數(shù)在應(yīng)對(duì)過快頻率變化等情況時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法及時(shí)響應(yīng)或是響應(yīng)不足的問題，由此可見，為實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，控制環(huán)節(jié)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制方法、一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制裝置、一種電子設(shè)備及一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用以克服固定的控制環(huán)節(jié)參數(shù)在應(yīng)對(duì)過快頻率變化等情況時(shí)無法及時(shí)響應(yīng)或響應(yīng)不足的缺陷。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制方法，所述方法包括：

3、根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率和頻率參考值確定頻率偏移特征；

4、將與頻率偏移特征具有相關(guān)性的虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)作為適應(yīng)度函數(shù)，構(gòu)建出控制參數(shù)優(yōu)化模型；

5、根據(jù)所述頻率偏移特征、或結(jié)合所述頻率偏移特征和采集到的并網(wǎng)點(diǎn)d軸電壓求取控制參數(shù)優(yōu)化模型的最優(yōu)解，以輸出虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)有功控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)、或輸出虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)有功控制環(huán)節(jié)和電壓控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)；

6、將所述控制參數(shù)應(yīng)用于虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)，以改變網(wǎng)側(cè)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的輸出；

7、其中，有功控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)包括虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)，電壓控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)包括電壓控制環(huán)節(jié)內(nèi)pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

8、可選的，在求取控制參數(shù)優(yōu)化模型的最優(yōu)解時(shí)，根據(jù)虛擬同步機(jī)的輸出頻率振蕩特性和所述頻率偏移特征構(gòu)建懲罰項(xiàng)，并將該懲罰項(xiàng)引入控制參數(shù)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，得到各個(gè)頻率振蕩區(qū)間虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)的自適應(yīng)控制函數(shù)。

9、可選的，所述頻率偏移特征包括頻率變化量、頻率相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)和頻率相對(duì)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)。

10、可選的，所述虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的自適應(yīng)控制函數(shù)為：

11、；

12、其中，表示虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)初始未受擾動(dòng)時(shí)的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，表示考慮系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的最大取值，表示考慮系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的最小取值，表示虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自適應(yīng)策略啟動(dòng)的閾值，表示以頻率變化量、頻率相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)和頻率相對(duì)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)作為輸入變量的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量懲罰項(xiàng)。

13、可選的，所述虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量懲罰項(xiàng)通過下式計(jì)算：

14、=；

15、其中，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)受擾動(dòng)時(shí)的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量調(diào)節(jié)系數(shù)，、和均為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的指數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)。

16、可選的，所述阻尼系數(shù)的自適應(yīng)控制函數(shù)為：

17、；

18、其中，表示阻尼系數(shù)，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)初始未受擾動(dòng)時(shí)的阻尼系數(shù)，表示考慮系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)阻尼系數(shù)的最大取值，表示考慮系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)阻尼系數(shù)的最小取值，表示阻尼系數(shù)自適應(yīng)策略啟動(dòng)的閾值，表示以頻率變化量、頻率相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)和頻率相對(duì)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)作為輸入變量的阻尼系數(shù)懲罰項(xiàng)。

19、可選的，所述阻尼系數(shù)懲罰項(xiàng)通過下式計(jì)算：

20、=；

21、其中，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)受擾動(dòng)時(shí)的阻尼系數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)，、和均為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，為阻尼系數(shù)的指數(shù)調(diào)節(jié)系數(shù)。

22、可選的，在求取控制參數(shù)優(yōu)化模型的最優(yōu)解時(shí)，根據(jù)頻率偏移特征和并網(wǎng)點(diǎn)d軸電壓構(gòu)建懲罰項(xiàng)，并將該懲罰項(xiàng)引入控制參數(shù)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，得到pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)的自適應(yīng)控制函數(shù)。

23、可選的，pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)的自適應(yīng)控制函數(shù)為：

24、；

25、其中，表示pi控制器的比例系數(shù)，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)初始未受擾動(dòng)時(shí)pi控制器的比例系數(shù)，表示pi控制器的積分系數(shù)，表示虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)初始未受擾動(dòng)時(shí)pi控制器的積分系數(shù)，表示并網(wǎng)點(diǎn)的d軸電壓，表示頻率變化量，表示頻率相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，表示頻率相對(duì)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)，分別表示求取pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)時(shí)設(shè)定的系數(shù)。

26、可選的，所述虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)包括itae評(píng)價(jià)指標(biāo)。

27、可選的，所述適應(yīng)度函數(shù)為：

28、；

29、其中，角頻率變化量根據(jù)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程求取得到，并且，表示有功功率參考值或者給定值，表示有功功率測(cè)量值，表示電網(wǎng)的角頻率參考值，表示電網(wǎng)的頻率參考值，表示阻尼系數(shù)，表示虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

30、可選的，所述控制參數(shù)優(yōu)化模型采用粒子群算法進(jìn)行最優(yōu)解的求取。

31、可選的，粒子群算法中采用基于sine函數(shù)構(gòu)造的非線性異步學(xué)習(xí)因子。

32、可選的，所述非線性異步學(xué)習(xí)因子中的自我學(xué)習(xí)因子為自我學(xué)習(xí)因子的上限值與第一非線性值的差值，所述第一非線性值為第一學(xué)習(xí)因子變化量與第一調(diào)節(jié)系數(shù)的乘積，所述第一學(xué)習(xí)因子變化量為自我學(xué)習(xí)因子的上限值與自我學(xué)習(xí)因子的下限值的差值再同自我學(xué)習(xí)因子的上限值的比值，所述第一調(diào)節(jié)系數(shù)根據(jù)迭代步的增加而呈現(xiàn)正弦趨勢(shì)上升；所述非線性異步學(xué)習(xí)因子中的群體學(xué)習(xí)因子為群體學(xué)習(xí)因子的上限值與第二非線性值之和，所述第二非線性值為第二學(xué)習(xí)因子變化量與第二調(diào)節(jié)系數(shù)的乘積，所述第二學(xué)習(xí)因子變化量為群體學(xué)習(xí)因子的上限值與群體學(xué)習(xí)因子的下限值的差值再同群體學(xué)習(xí)因子的上限值的比值，所述第二調(diào)節(jié)系數(shù)根據(jù)迭代步的增加而呈現(xiàn)正弦趨勢(shì)上升。

33、可選的，所述自我學(xué)習(xí)因子表示為：；其中，表示自我學(xué)習(xí)因子的上限值，表示自我學(xué)習(xí)因子的下限值，表示當(dāng)前迭代次數(shù)，表示最大迭代次數(shù)；

34、所述群體學(xué)習(xí)因子表示為；其中，表示群體學(xué)習(xí)因子的上限值，表示群體學(xué)習(xí)因子的下限值。

35、本發(fā)明實(shí)施例的第二方面提供一種虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制裝置，所述裝置包括：

36、頻率偏移特征確定模塊，用于根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率和頻率參考值確定頻率偏移特征；

37、控制參數(shù)優(yōu)化模型構(gòu)建模塊，用于將與頻率偏移特征具有相關(guān)性的虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)作為適應(yīng)度函數(shù)，構(gòu)建出控制參數(shù)優(yōu)化模型；

38、控制參數(shù)自適應(yīng)輸出模塊，用于根據(jù)所述頻率偏移特征、或結(jié)合所述頻率偏移特征和采集到的并網(wǎng)點(diǎn)d軸電壓求取控制參數(shù)優(yōu)化模型的最優(yōu)解，以輸出虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)有功控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)、或輸出虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)有功控制環(huán)節(jié)和電壓控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)；

39、自適應(yīng)控制模塊，用于將所述控制參數(shù)應(yīng)用于虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)，以改變網(wǎng)側(cè)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的輸出；

40、其中，有功控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)包括虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)，電壓控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)包括電壓控制環(huán)節(jié)內(nèi)pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。

41、本發(fā)明實(shí)施例的第三方面提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面所述的虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制方法。

42、本發(fā)明實(shí)施例的第四方面提供一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面所述的虛擬同步機(jī)自適應(yīng)控制方法。

43、上述技術(shù)方案中，將所需自適應(yīng)調(diào)整的有功控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)和/或電壓控制環(huán)節(jié)的控制參數(shù)作為待優(yōu)化的決策變量，以與頻率偏移特征具有相關(guān)性的虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)作為適應(yīng)度函數(shù)，從而構(gòu)建出用于虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)控制參數(shù)最優(yōu)解求取的控制參數(shù)優(yōu)化模型，并將最優(yōu)解導(dǎo)入虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)中，以改變網(wǎng)側(cè)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工況的快速和有效的響應(yīng)。相比于控制參數(shù)固定的傳統(tǒng)慣量支撐而言，虛擬同步機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)控制參數(shù)的自適應(yīng)可調(diào)，使得新能源并網(wǎng)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的頻率支撐能力，從而提升了電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性以及電網(wǎng)頻率響應(yīng)的有效性和快速性。

44、本發(fā)明實(shí)施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。