独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质

技术领域

本发明涉及微电网优化规划技术领域，特别是涉及一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质。

背景技术

独立微电网中分布式电源大多通过并网变流器接入，并网变流器作为分布式电源的接口，其控制方法对微电网系统的稳定性及电能质量具有较大影响。然而，传统并网变流器惯性小或无惯性、过载能力差，当微电网内新能源的占比较高时，系统等效惯量、等效的一次调频备用容量持续减小，独立微电网的惯量及频率支撑能力不断下降，系统安全稳定运行风险持续增大。

为增加独立微电网虚拟惯性和阻尼，提高系统的稳定性，虚拟同步机技术引起广泛的关注。虚拟同步机控制借鉴同步发电机的机械方程和电磁方程，在变流器控制中增加虚拟惯性环节和阻尼环节，实现分布式电源输出特性的有效改善。然而，基于虚拟同步机控制的变流器输出、独立微电网受扰后的频率特性以及独立微电网配置的储能容量等均与虚拟同步控制的参数有关，也即独立微电网配置的虚拟惯量及一次调频能力将影响系统的运行特性，因此有必要对独立微电网各变流器的虚拟惯量进行优化，满足受扰后频率稳定约束条件，并且系统运行成本最小。

现有研究重点为独立微电网内储能变流器的参数优化控制，模拟传统机组的惯量响应、频率阻尼效应，提高了系统的频率稳定性能，然而全部依靠储能来承担系统的惯量及一次调频任务，将导致储能容量及变流器容量过大，经济性和可靠性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法、装置、设备和介质，能够在系统频率稳定约束下实现独立微电网惯量配置成本最优。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法，包括含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分和基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分；

所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分是以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；

所述基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分是对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。

所述含非线性约束的独立微电网最优惯量配置部分包括以下步骤：

根据独立微电网内可再生能源、储能系统配置容量及负荷历史数据，评估具有独立微电网惯量支撑与一次调频能力的可再生能源与储能系统；

以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，考虑独立微电网暂态频率非线性约束，构建含微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型；

将虚拟惯量优化配置模型转化为主从双层优化问题，其中，主问题为混合整数线性规划问题，从问题为暂态频率指标评估问题；

通过主从问题的迭代计算及评估，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。

所述从问题基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分进行评估，包括以下步骤：

根据独立微电网的配置、网架结构、变流器的控制策略，构建独立微电网的全阶小信号频率响应模型：Δω＝Ax+BΔP

采用拉丁超立方采样技术，对状态转移矩阵A和B中的相关参数进行采样，并根据采样值计算在功率扰动量ΔP

基于关联参数将独立微电网的最大频率变化率及频率最低点分别写成：ω

基于拟合函数，将功率扰动量作为输入，查表计算当前惯量分配方案下独立微电网系统频率的最低点及系统频率变化率最大值，快速评估所述虚拟惯量优化配置模型中暂态频率指标约束是否满足条件。

所述关联参数矩阵中的关联参数包括分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素，所述分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素计算公式为：

所述虚拟惯量优化配置模型为：

所述虚拟惯量优化配置模型的约束条件包括系统频率约束：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种独立微电网虚拟惯量最优配置装置，包括：

独立微电网最优惯量配置模块，用于以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；

频率指标评估模块，用于对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述独立微电网虚拟惯量最优配置方法的步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述独立微电网虚拟惯量最优配置方法的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可由基于虚拟同步控制技术的分布式电源提供独立微电网惯量支撑，从而弥补新能源接入造成的惯量缺失。该惯量分配方法避免了为提高系统备用容量或转动惯量而扩大储能配置容量的情况，提高了运行的经济性及可靠性。

附图说明

图1是本发明实施方式的独立微电网虚拟惯量最优配置方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种独立微电网虚拟惯量最优配置方法，该方法通过含非线性约束的独立微电网最优惯量配置和基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估两部分实现独立微电网的等效惯量最优分配，增强系统频率稳定性的同时提高了运行的经济性及可靠性。

本实施方式中独立微电网最优惯量配置是以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。

本实施方式中快速频率指标评估是对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。

如图1所示，含非线性约束的独立微电网最优惯量配置包括以下步骤：

步骤一：根据独立微电网内可再生能源、储能系统配置容量及负荷历史数据，评估具有独立微电网惯量支撑与一次调频能力的可再生能源与储能系统；

步骤二：以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，考虑独立微电网暂态频率非线性约束，构建含非线性约束的虚拟惯量优化配置模型；该虚拟惯量优化配置模型为：

其中，P

其中，ω

步骤三：将步骤二建立的含非线性约束的虚拟惯量优化配置模型转化为主从双层优化问题，主问题为混合整数线性规划问题，从问题为暂态频率指标评估问题；其中，从问题基于拉丁超立方采样的快速频率指标评估部分进行评估，具体包括以下步骤：

步骤(1)，根据独立微电网的配置、网架结构、变流器的控制策略，构建独立微电网的全阶小信号频率响应模型：Δω＝Ax+BΔP

步骤(2)，采用拉丁超立方采样技术，对状态转移矩阵A和B中的相关参数进行采样，并根据采样值计算在功率扰动量ΔP

步骤(3)，基于关联参数将独立微电网的最大频率变化率及频率最低点分别写成：ω

其中，H

步骤(4)，基于拟合函数，将功率扰动量作为输入，查表计算当前惯量分配方案下独立微电网系统频率的最低点及系统频率变化率最大值，快速评估所述虚拟惯量优化配置模型中暂态频率指标约束是否满足条件。

步骤四：通过主从问题的迭代计算及评估，求解混合整数非线性模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。

不难发现，本发明可由基于虚拟同步控制技术的分布式电源提供独立微电网惯量支撑，从而弥补新能源接入造成的惯量缺失。该惯量分配方法避免了为提高系统备用容量或转动惯量而扩大储能配置容量的情况，提高了运行的经济性及可靠性。

本发明的第二实施方式涉及一种独立微电网虚拟惯量最优配置装置，包括：

独立微电网最优惯量配置模块，用于以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，构建计及独立微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案；

频率指标评估模块，用于对独立微电网的频率动态响应模型进行拉丁超立方采样，获取影响频率动态响应的关联参数，继而拟合关联参数与独立微电网最大频率变化率及频率最低点的关系函数，从而快速评估频率指标。

所述独立微电网最优惯量配置模块包括：

评估单元，用于根据独立微电网内可再生能源、储能系统配置容量及负荷历史数据，评估具有独立微电网惯量支撑与一次调频能力的可再生能源与储能系统；

构建单元，用于以可再生能源减载量、储能充放电量及相关参数为优化变量，考虑独立微电网暂态频率非线性约束，构建含微电网暂态频率非线性约束的虚拟惯量优化配置模型；

转化单元，用于将虚拟惯量优化配置模型转化为主从双层优化问题，其中，主问题为混合整数线性规划问题，从问题为暂态频率指标评估问题；

计算单元，通过主从问题的迭代计算及评估，求解所述虚拟惯量优化配置模型，获得独立微电网最优惯量配置方案。

所述从问题通过频率指标评估模块进行评估，所述频率指标评估模块包括：

频率响应模型构建单元，用于根据独立微电网的配置、网架结构、变流器的控制策略，构建独立微电网的全阶小信号频率响应模型：Δω＝Ax+BΔP

采样计算单元，用于采用拉丁超立方采样技术，对状态转移矩阵A和B中的相关参数进行采样，并根据采样值计算在功率扰动量ΔP

函数拟合单元，用于基于关联参数将独立微电网的最大频率变化率及频率最低点分别写成：ω

查表评估单元，用于基于拟合函数，将功率扰动量作为输入，查表计算当前惯量分配方案下独立微电网系统频率的最低点及系统频率变化率最大值，快速评估所述虚拟惯量优化配置模型中暂态频率指标约束是否满足条件。

所述关联参数矩阵中的关联参数包括分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素，所述分布式电源的惯性时间常数元素和一次调频系数元素计算公式为：

所述虚拟惯量优化配置模型为：

所述虚拟惯量优化配置模型的约束条件包括系统频率约束：

本发明的第三实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述独立微电网虚拟惯量最优配置方法的步骤。

本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述独立微电网虚拟惯量最优配置方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。