本发明涉及光伏并网运行控制，尤其涉及一种基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法及系统。
背景技术：
1、近年来，我国光伏发展迅猛，已逐渐成为全球光伏累计装机规模最大的国家。但我国光伏发展存在布局分散等问题，目前尚处于集群发展的初级阶段。在光伏并网稳定运行方面，由于光伏机组通过电力电子换流器和电网接口，常规控制下不能主动向系统提供惯量支撑，严重削弱系统在有功扰动下的惯量支撑和稳定性。
2、为了提高光伏并网系统的稳定运行能力，学者们提出了光伏并网逆变器的虚拟惯量控制方案。但由于常规虚拟惯量控制方案的参数固定，无法根据电网的频率要求提供灵活的惯性支持，导致系统频率恢复需求大时难以提供较大的支撑，而系统频率恢复需求较小时又发出较大的支撑功率，影响系统的稳定性。
3、与传统同步发电机不同，光伏并网变换器的虚拟惯量控制可以通过改变控制参数来灵活响应系统的调节需求。已有的一些研究将自适应控制理论运用到虚拟惯量策略中，可以不同的场景需求改变控制参数的大小，但存在设计较为复杂、自适应响应过程呈现出不连续性的问题。
4、公开号为cn116231724a发明专利申请公开一种构网型逆变器的虚拟惯量自适应调节方法，其利用sigmoid函数构造出可以根据频率波动而更改的自适应虚拟惯量，以有效地激发了提高频率稳定性的潜力，并防止了系统不稳定的发生，改善系统的动态响应，根据说明书【0035】段可知，其具体的是基于电压外环(多重谐振控制器)和电流内环(比例积分控制器)的控制方案，且以频率偏差(w1-w0)作为响应量，但系统在扰动瞬间，频率偏差(w1-w0)一般不大，没有太大的变化，因此，响应速度较慢，光伏并网系统的稳定运行无法得到保证。
技术实现思路
1、发明目的：本发明针对现有技术中的无法模拟虚拟惯量参数的变化过程导致的系统稳定性差的问题，构建了一种基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，本发明还提出一种与该方法对应的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统。
2、技术方案：一方面，本发明提供基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，该方法包括以下步骤：
3、s1通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制图中的虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，从而得到同步发电机转子运动方程；
4、s2分析负荷波动时交流侧频率及其变化率的响应情况，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则；
5、s3采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，从而得到对应的自适应虚拟惯量构网控制方案。
6、进一步的，包括：
7、所述步骤s1通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，同步发电机转子运动方程为：
8、
9、式中，h为同步机的惯量控制参数，ω是同步角频率，ωgrid为交流电网角频率，pmec和pe为机械功率和电磁功率，kd代表阻尼系数，且系数h和kd共同表征了虚拟惯量控制的惯性响应特征和阻尼特征。
10、进一步的，包括：
11、所述步骤s2中，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则包括：
12、若某段时间内光伏并网负荷投切导致功率突减，分别得到系统交流侧频率变化响应图与交流侧频率变化率响应图；
13、根据所述系统交流侧频率变化响应图得到出现负荷波动的时刻a，此时，在不平衡功率的驱动下，交流侧频率首先进入跌落期，频率下降至最低点，后频率变化量达到最大，此时间段中，dfac/dt＜0，且释放能量；随后系统进入恢复期，频率开始逐渐恢复，此时间段中，dfac/dt>0，且吸收能量；其中，fac为系统交流侧频率随时间变化的频率变化曲线；
14、根据交流侧频率变化率响应图得到频率变化率最小值为时刻b，频率变化率最大值为时刻c，因此，在a-b段dfac/dt的斜率ka-b＜0，交流系统频率fac不断减小，此阶段需要将虚拟惯量控制参数调大，以减小不平衡功率对交流系统的冲击，此时，继续将虚拟惯量控制参数调大，直至影响系统的直流电压的稳定运行；
15、在b-c段dfac/dt的斜率ka-b＞0，交流系统频率fac在主动惯量支撑的作用下开始恢复，此阶段需要将虚拟惯量控制参数调小，以加快系统频率fac的恢复，否则，频率变化率将反向变大，c点变高，导致直流电压超调，不利于系统频率稳定。
16、进一步的，包括：
17、所述步骤s3中，采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，表示为：
18、
19、其中，λmax是为防止正常运行时主动惯性时间常数因噪声或小扰动影响而进行调整的启动阈值，h0为正常运行时光伏并网系统的主动惯性时间常数；α、β、μ和γ分别为主动惯量自适应控制调整系数，根据系统自身强度和所受不同程度的扰动进行配置，以适应不同系统的不同运行方式，使光伏并网系统能够为交流系统提供适合的主动惯量支撑。
20、另一方面，本发明还提供基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统，所述系统包括：
21、参数引入模块，用于通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，从而得到同步发电机转子运动方程；
22、设计原则分析模块，用于分析负荷波动时交流侧频率及其变化率的响应情况，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则；
23、参数构造模块，用于采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，从而得到对应的自适应虚拟惯量构网控制方案。
24、进一步的，包括：
25、所述参数引入模块中，通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，同步发电机转子运动方程为：
26、
27、式中，h为同步机的惯量控制参数，ω是同步角频率，ωgrid为交流电网角频率，pmec和pe为机械功率和电磁功率，kd代表阻尼系数，且系数h和kd共同表征了虚拟惯量控制的惯性响应特征和阻尼特征。
28、进一步的，包括：
29、所述设计原则分析模块中，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则包括：
30、若某段时间内光伏并网负荷投切导致功率突减，分别得到系统交流侧频率变化响应图与交流侧频率变化率响应图；
31、根据所述系统交流侧频率变化响应图得到出现负荷波动的时刻a，此时，在不平衡功率的驱动下，交流侧频率首先进入跌落期，频率下降至最低点，后频率变化量达到最大，此时间段dfac/dt＜0，且释放能量；随后系统进入恢复期，频率开始逐渐恢复，此时间段dfac/dt>0，吸收能量；其中，fac为系统交流侧频率随时间变化的频率变化曲线；
32、根据交流侧频率变化率响应图得到频率变化率最小值为时刻b，频率变化率最大值为时刻c，因此，在a-b段dfac/dt的斜率ka-b＜0，交流系统频率fac不断减小，此阶段需要将虚拟惯量控制参数调大，以减小不平衡功率对交流系统的冲击，此时，继续将虚拟惯量控制参数调大，直至影响系统的直流电压的稳定运行；
33、在b-c段dfac/dt的斜率ka-b＞0，交流系统频率fac在主动惯量支撑的作用下开始恢复，此阶段需要将虚拟惯量控制参数调小，以加快系统频率fac的恢复，否则，频率变化率将反向变大，c点变高，导致直流电压超调，不利于系统频率稳定。
34、进一步的，包括：
35、所述参数构造模块中，采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，表示为：
36、
37、其中，λmax是为防止正常运行时主动惯性时间常数因噪声或小扰动影响而进行调整的启动阈值，h0为正常运行时光伏并网系统的主动惯性时间常数；α、β、μ和γ分别为主动惯量自适应控制调整系数，根据系统自身强度和所受不同程度的扰动进行配置，以适应不同系统的不同运行方式，使光伏并网系统能够为交流系统提供适合的主动惯量支撑。
38、其次，本发明还提供一种电子设备，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，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法。
39、最后，本发明还提供一种非暂态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如上述所述基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法。
40、有益效果：相比现有技术，本发明具有以下优点：
41、(1)本发明提出基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，利用具有限幅能力的连续sigmoid函数来模拟虚拟惯量参数的变化过程，并自适应频率的恢复需求，显著提高光伏并网系统的稳定运行和主动支撑能力；
42、(2)本发明的虚拟惯量参数采用分段形式表示，且以df/dt作为自变量，以频率变化率df/dt作为响应量，因此，虚拟惯量自适应参数更加能够反应频率的变化情况，响应速度更快，更灵敏；
43、(3)本发明提出的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，无需配置额外的通讯或传感器，提高了新能源并网控制系统的可扩展性。
1.一种基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，其特征在于，所述步骤s1通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，同步发电机转子运动方程为：
3.根据权利要求2所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则包括：
4.根据权利要求3所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，表示为：
5.一种基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统，其特征在于，所述系统包括：
6.根据权利要求5所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统，其特征在于，所述参数引入模块中，通过模拟同步发电机转子的动态特性，将虚拟惯量控制参数引入到光伏并网变流器中，同步发电机转子运动方程为：
7.根据权利要求6所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统，其特征在于，所述设计原则分析模块中，明确所述虚拟惯量控制参数的设计原则包括：
8.根据权利要求7所述的基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制系统，其特征在于，所述参数构造模块中，采用具有限幅能力的sigmoid函数的变式，并依据自适应频率的恢复需求构造所述虚拟惯量控制参数，表示为：
9.一种电子设备，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如权利要求1至4任一项所述基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法。
10.一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如权利要求1至4任一项所述基于限幅sigmoid函数的光伏并网系统虚拟惯量构网控制方法。
