一种用于充电站参与电网调频的虚拟同步控制方法、设备及介质与流程

本发明属于电力系统电动汽车充电站的应用领域，尤其涉及一种用于充电站参与电网调频的虚拟同步控制策略。

背景技术：

1、如何引入更加优质的调频资源以替代火电减少带来的惯性支撑和一次调频能力，以缓解可再生能源大规模并网背景下电网的频率稳定和电能质量问题。

2、微电网作为由分布式电源、负荷、储能组成的配电网络，可以实现离网的自治运行，以及作为一个可控单元并网运行，是实现分布式电源即插即用的技术手段之一，也是未来电网的重要组成部分。微网中风电、光伏、储能等分布式电源和可调控负荷如电动汽车等均通过电力电子变换装置接入电网，使得微电网的惯量水平显著下降。微网并网运行时，可看作电网的一个可控单元，接受电网的调度控制；而当微网孤岛自治运行时，其稳定性问题值得深入研究。当遭受相同功率不平衡量冲击后孤岛微电网的频率偏差变大，频率变化速率变快，降低了其抗扰动能力。构网型逆变器控制是支撑微电网孤岛运行时的一种控制模式，而虚拟同步发电机控制由于其对外等效为同步发电机的特性而得以广泛应用，进而缓解弱惯量支撑问题给微电网带来的稳定性问题。

3、微电网的容量有限，其调频资源相对匮乏，仅靠传统调节手段，维持微电网频率稳定的难度日益加大。而微电网中接入的ev等灵活负荷，具有较强的随机性，也会进一步地为微电网的运行稳定性造成威胁。电动汽车作为典型的可调控柔性负荷，若能通过相应控制技术手段使电动汽车和充电站参与微电网频率控制，则能有效提升微电网频率稳定水平。因此，为了提高孤岛微电网的惯量支撑和主动调频能力，需要研究用于充电站虚拟同步控制的频率控制策略。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出一种用于充电站参与调频的虚拟同步控制策略。首先设计充电站的虚拟同步发电机控制架构，结合充电站的可调控功率范围和充电站电动汽车的充放电功率响应控制策略，提出站内各电动汽车的实时充放电功率分配算法，进而结合模型预测控制算法，求解充电站在频率响应时虚拟同步控制算法的功率指令调整量，实现充电站的虚拟同步控制，为微电网提供惯量支撑和调频响应。本发明可以提高微电网运行的频率稳定性，以及挖掘充电站和电动汽车的调控潜力。

2、本发明结合工程实际，可适用于不同规模容量下面向虚拟同步控制的充电站充放电功率控制策略的设计。

3、本发明的技术方案如下：

4、一种用于充电站参与电网调频的虚拟同步控制方法，

5、采集充电站内电动车数据，并根据基于用户充电需求和微网调频需求间协同构建的充放电功率模型，分析站内电动汽车的充放电功率和能量的边界，确定mpc优化模型中输入控制变量的上下限约束δpev-fmin(k),δpev-fmax(k)；该上下限约束，对充电站vsg的调频范围进行约束。后续充电站在整个调频过程中，均应满足这一约束。

6、根据构建的soc和充放电功率间模型，得到充电站vsg的虚拟socvsg以及容量；socvsg指的是充电站内电动汽车电池可调控的容量和与总电池容量和的比值。是0％至100％的一个状态量。充电站vsg的容量指的是在调控区间内，充电站中所有电动汽车的电池容量和；

7、根据构建的充电站的二次调频策略，以及vsg当前输入值pm和mpc算法的输出，计算出下一时刻的输入增量δpev-f，以修正vsg控制的输入机械功率指令pm用于vsg控制；

8、根据所建立的电网模型预测的并网节点处电压和电流信号，通过vsg控制策略中包含虚拟转子运动方程的功率外环以及电压电流控制内环，产生电压参考信号驱动逆变器工作，参与调频。

9、作为优选，站内电动汽车的充放电功率和能量的边界通过下式计算

10、

11、

12、其中，es+，es-为充电站的充、放电量边界，ps+，ps-为充电站的充、放功率边界，n为站内ev的数量。

13、作为优选，根据充电站内光伏、储能和充电桩功率参数，计算充电站vsg的控制δpev-f的取值范围约束[δpev-fmin,δpev-fmax]，根据以下公式计算：

14、

15、

16、作为优选，soc和充放电功率间模型

17、

18、充电站的soc和容量都是根据站内的各个电动汽车决定的，soc和充放电功率间的模型，是来确定充电站的δpev-f如何在站内可调控的各个ev之间进行功率分配的。

19、充电站vsg的虚拟socvsg以及容量的作用，是为了在充电站vsg参与电网调频时，与电网的频率响应及调控策略结合。

20、对外，充电站vsg在充电站并网点处以vsg的形式接入的，因此，取得充电站vsg的虚拟socvsg以及容量，是为了从电网/微电网的层面，对各种调频资源进行协同(如储能电站，光伏电站等)时，确定的状态量。充电站与其他调频资源的协同，本专利中不涉及这部分内容。

21、对内，充电站vsg的虚拟socvsg以及容量，是其内部的各个电动汽车的soc状态以及可调控容量的集合。

22、其中，n2为频率扰动时刻站内维持soc状态的ev数量，有n1+n2＝n；ki,kcha，ki,kdis分别为充放电功率-soc分配系数，定义如下：

23、当soci,k≤socimin时，

24、

25、当soci,k≥socimax时，

26、

27、当socimin≤soci,k≤sociin时，

28、

29、当sociin≤soci,k≤socimax时，

30、

31、当频率波动超过死区时，根据站内ev的状态及用户需求，和微网调频需求，得到ev-f控制器的输出，即pv-es-cs vsg反馈补偿量δpev-f，如下所示。

32、

33、vsg的输入机械功率pm如下式所示：

34、pm＝pm_ref+δpev-f

35、作为优选，

36、充电站的二次调频策略包括

37、一次调频：在功率-频率控制器中加入了ev-f控制器反馈补偿环节，以修正vsg输入机械功率的参考值，如下式所示。

38、pm＝pref+dp(ωn-ω)

39、二次调频：将ev调频能力引入到频率偏差反馈指令中，作为vsg有功-频率控制器的前馈补偿，vsg的二次频率控制有下式：

40、pm＝pref+δpev-f

41、其中，pref为有功功率参考值，dp为下垂系数，δpev-f为充电站频率控制的反馈补偿功率。

42、作为优选，mpc算法的输出包括在频率扰动过程中充电站vsg的指令调整值以及站内ev的响应功率，模型预测算法的输入是，在发生频率扰动的调控时间区间内，充电站内各个ev的荷电状态以及充/放电功率，以及充电站vsg并网点处的充/放电功率。

43、优化目标是，以电网的频率偏差最小为优化目标，min|f(t)-fn|；

44、约束条件是，充电站vsg的响应功率反馈补偿量δpev-f∈[δpev-fmin,δpev-fmax]。

45、具体方法即上述：

46、基于用户充电需求和微网调频需求间协同的充放电功率建模，分析站内电动汽车的充放电功率和能量的边界，确定mpc优化模型中输入控制变量的上下限约束δpev-fmin(k),δpev-fmax(k)；其次，基于vsg控制策略，引入了ev-f二次调频控制器，建立充电站的二次调频策略，结合vsg当前输入值pm，和mpc算法的输出，可计算出下一时刻的输入增量δpev-f，以修正vsg控制的输入机械功率指令pm用于vsg控制，进一步地，根据soc和充放电功率间模型，实现站内各个ev的充放电功率控制，最后，根据所建立的电网模型预测的并网节点处电压和电流信号，通过vsg控制策略中包含虚拟转子运动方程的功率外环以及电压电流控制内环，产生电压参考信号驱动逆变器工作，参与调频。

47、作为优选，

48、根据站内ev的状态及用户需求，和微网调频需求，得到ev-f控制器的输出，即pv-es-cs vsg反馈补偿量δpev-f，如下所示。

49、

50、vsg的输入机械功率pm如下式所示：

51、pm＝pm_ref+δpev-f。

52、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述控制方法。

53、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述控制方法。

54、一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述控制方法。

55、因此，本发明具有如下优点：本发明能够满足充电站内电动汽车的充电需求，同时能够挖掘充电站的调控潜力，使得充电站参与电网频率稳定控制，并提供虚拟惯量支撑和频率主动调节能力。