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CN118783505A - 一种储能变流器的并离网切换方法和装置 - Google Patents

一种储能变流器的并离网切换方法和装置 Download PDF

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CN118783505A
CN118783505A CN202411265575.6A CN202411265575A CN118783505A CN 118783505 A CN118783505 A CN 118783505A CN 202411265575 A CN202411265575 A CN 202411265575A CN 118783505 A CN118783505 A CN 118783505A
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Jinan Langrui Electric Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种储能变流器的并离网切换方法和装置，涉及电网技术领域，包括实时监测电网运行状态，电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出；使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式；结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源。本发明通过引入混合同步机制进行预同步调整结合VSG技术控制变流器输出，显著提升了变流器与电网的同步效果，降低了并离网切换时的冲击，基于实时电价、负载需求和储能状态动态调整充放电策略，优化了储能系统的能源分配和经济效益，确保了电力系统的稳定运行。

Description

一种储能变流器的并离网切换方法和装置
技术领域
本发明涉及电网技术领域，特别是一种储能变流器的并离网切换方法和装置。
背景技术
随着可再生能源的快速发展以及智能电网技术的逐步推广，储能系统在电力系统中的地位日益重要。储能变流器作为储能系统的重要组成部分，不仅在能量存储和调度方面发挥关键作用，还在电力系统的频率调节、负载平衡以及电压稳定中具有重要意义。传统的并离网切换技术通常依赖于简单的阈值控制和固定的预设切换逻辑，无法充分应对电网运行过程中频繁出现的异常波动以及复杂的负载变化。为此，近年来，研究人员和工程师们在储能变流器的控制策略方面进行了大量探索和创新，其中，虚拟同步发电机（VSG）技术和多模态同步控制机制逐渐成为焦点。
然而，现有技术在储能变流器的并离网切换过程中仍然存在若干不足。首先，现有的同步控制策略大多仅基于单一参数进行调整，未能充分考虑电网运行状态的多维度变化，导致在电网异常情况下，变流器与电网的同步效果较差，存在潜在的不稳定风险。其次，传统技术在并离网切换时往往忽略了储能系统与电网之间的动态响应匹配问题，可能引发切换时的电压波动或频率扰动，进而影响整个电力系统的稳定性。此外，现有的充放电策略多为静态或基于简单规则的策略，缺乏对实时电价、负载需求和储能状态的综合考虑，导致储能系统的利用效率和经济效益还有待提高。
发明内容
鉴于上述现有的储能变流器的并离网切换方法和装置中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于现有的储能变流器并离网切换技术的同步控制不足、动态响应匹配差以及充放电策略优化欠缺。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种储能变流器的并离网切换方法，其包括：实时监测电网运行状态，电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出；使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式；结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源；在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述实时监测电网运行状态指在电网的主变压器接入点、负载接入点以及储能单元附件部署传感器收集实时电网运行数据，历史电网运行数据并对收集的数据进行预处理；
使用随机森林模型对电网运行数据进行异常检测，使用历史电网运行数据训练随机森林模型并通过RSO算法优化模型参数，将实时电网运行数据输入进优化后的随机森林模型中判断电网的运行状态，若模型输出结果为正常并且储能变流器当前为离网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为并网模式，若模型输出结果为异常并且储能变流器当前为并网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为离网模式。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出，包括：对历史电网运行数据中的频率数据和电压数据进行均值计算得到频率均值和电压均值，使用欧拉公式将相位转换为复数形式并对所有相位复数进行均值计算，从平均复数中提取相位角度，将频率均值、电压均值以及相位角度作为电网参考频率、参考电压以及参考相位；
计算储能变流器当前输出频率和电网参考频率之间的偏差，使用P-V电压降控制策略进行频率的初步同步；
在频率同步后，计算储能变流器当前输出电压和电网参考电压之间的偏差，通过双降控制策略进行电压的初步同步；
在电压同步后，计算储能变流器当前输出相位和电网参考相位之间的偏差，通过相位锁定环技术进行相位的初步同步；
在完成预同步调整后，使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步，控制公式为：
；
式中，J(t)是实时惯性系数，J0为初始惯性，为VSG与电网频率的偏差，bJ是阻尼调节系数，cJ是调节系数；
根据频率偏差调整功率输出，同步储能变流器和电网的频率：
；
式中，Pout(t)是实时输出功率，Pref是参考有功功率，Kd为频率下垂系数，为参考频率，表示VSG当前的输出频率；
通过Q-V下垂控制调整储能变流器的电压输出，与电网电压进行同步；
在负载变化变大的情况下，动态调整阻尼系数D(t)平滑频率波动，调节公式为：
；
式中，Pmax为最大功率输出，P(t)是实时功率输出，KD是阻尼调节系数。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式包括：设定储能变流器的频率、电压以及相位的误差范围，检测当前储能变流器的输出频率、电压以及相位与电网的参考频率和电压以及相位之间的匹配度，若储能变流器的输出频率、电压以及相位都在设定的误差范围内，则将储能变流器切换为离网模式，若储能变流器的输出频率、电压以及相位有未在设定的误差范围内的，则重新进行同步直到全部位于设定的误差范围内再切换为离网模式。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，包括：使用负载监测设备实时测量当前的负载需求L(t)，通过储能系统的监测设备获取储能变流器当前的储能状态，计算储能状态响应函数：
；
式中，S(t)是储能变流器当前储能容量，Sref是储能变流器的额定储能容量，δ是响应函数的陡度调节常数；
收集实时电价数据，计算电价时间变化函数：
；
式中，p0是初始电价，α是电价增长速率常数，β是电价波动频率常数，γ是波动幅度调节常数；
计算时间周期T内的电价平均值：
；
式中，dt是时间的微小变化量；
计算储能变流器的周期性波动项G(t)：
；
式中，pref是储能变流器的额定输出功率，gref是参考电价，ω1是角频率，φ是初相位；
综合构建充放电策略功率的计算公式表示为：
，
式中，C(t)是充放电策略功率；
根据实时电价和负载需求决定储能变流器的充放电策略，并根据计算得出的C(t)值调整储能变流器的输出功率。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源，包括：构建支持向量回归模型，将历史负载数据作为训练集，使用训练集和损失函数进行支持向量回归模型训练，调整支持向量回归模型最小化预测误差；
将实时负载数据输入支持向量回归模型预测储能变流器的未来负载；
根据负载的紧急程度和重要性确定优先级，根据该负载的历史停电影响程度以及性质对预测的未来负载进行分类：
若该负载对系统稳定性和安全性要求高并且不允许中断，则为高优先级；
若该负载允许短时中断的负载，则为中优先级；
若该负载允许在能源紧张时暂时中断，则为低优先级；
按照优先级别为不同负载分配能源。
作为本发明所述储能变流器的并离网切换方法的一种优选方案，其中：所述在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式，包括：实时监测电网的运行状态的稳定性，在确认电网参数在稳定范围内后，再次混合同步机制进行预同步，匹配储能变流器的输出和电网参数，在所有参数匹配后生成切换信号，逐步增加与电网的功率交换并同步控制电压和频率的微调将储能变流器切换至并网模式。
本发明的另外一个目的是提供一种储能变流器的并离网切换装置，其包括：
异常检测模块，用于收集电网运行数据进行异常检测，识别电网的异常状态；
切换控制模块，用于根据传感器确认储能变流器所有参数与电网参数的匹配状态，控制储能变流器切换至对应的模式；
同步控制模块，用于使用P-V电压降控制策略和双降控制策略进行初步同步后使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步；
能源管理模块，用于结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略并预测储能变流器短期内负载变化调整变流器输出根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源。
一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现储能变流器的并离网切换方法的步骤。
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储能变流器的并离网切换方法的步骤。
本发明有益效果为：本发明通过引入混合同步机制进行预同步调整结合VSG技术控制变流器输出，显著提升了变流器与电网的同步效果，降低了并离网切换时的冲击，基于实时电价、负载需求和储能状态动态调整充放电策略，优化了储能系统的能源分配和经济效益，确保了电力系统的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为储能变流器的并离网切换方法的流程示意图；
图2为储能变流器的并离网切换装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细地说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1，参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种储能变流器的并离网切换方法，储能变流器的并离网切换方法包括：
S1、实时监测电网运行状态，电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG（Virtual Synchronous Generator，虚拟同步发电机）控制变流器输出；
具体的，所述实时监测电网运行状态指在电网的主变压器接入点、负载接入点以及储能单元附件部署传感器收集实时电网运行数据，历史电网运行数据并对收集的数据进行预处理；
使用随机森林模型对电网运行数据进行异常检测，使用历史电网运行数据训练随机森林模型并通过RSO（Random Search Optimization，随机搜索优化）算法优化模型参数，将实时电网运行数据输入进优化后的随机森林模型中判断电网的运行状态，若模型输出结果为正常并且储能变流器当前为离网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为并网模式，若模型输出结果为异常并且储能变流器当前为并网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为离网模式。
通过在主变压器接入点、负载接入点及储能单元附近部署传感器，可以实现对电网运行状态的全面监测。实时监测能够在电网出现异常波动时迅速捕捉，并为后续的异常检测提供及时的数据支持。同时，通过多点部署传感器，确保了数据的多样性和准确性，这使得随机森林模型在异常检测时能够基于更全面的信息，减少误报或漏报的可能性，随机森林模型的应用显著提高了电网异常检测的准确性。传统的异常检测方法可能会受限于特定的规则或模型，而随机森林通过集成多个决策树，有效克服了单一模型易受噪声或极端值影响的缺点。其高准确率和鲁棒性使得该模型在电网状态判断中能够快速、准确地识别出异常情况，在降低误报率的同时提升了检测效率，RSO算法的使用有效提高了随机森林模型的分类性能，通过在参数空间中进行随机搜索，RSO算法能够找到最优的超参数组合，使得模型在面对电网运行数据时具有更强的适应性和更高的准确率。
进一步地，所述电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出，包括：对历史电网运行数据中的频率数据和电压数据进行均值计算得到频率均值和电压均值，使用欧拉公式将相位转换为复数形式并对所有相位复数进行均值计算，从平均复数中提取相位角度，将频率均值、电压均值以及相位角度作为电网参考频率、参考电压以及参考相位；
计算储能变流器当前输出频率和电网参考频率之间的偏差，使用P-V电压降控制策略进行频率的初步同步，P-V电压降控制策略是一种旨在通过调节有功功率（P）和电压（V）之间的关系来控制和减少电压降的策略，调整公式为：
；
式中，fout(t)是变流器在时间t的输出频率，M是惯性常数，Pref是参考有功功率，基于电网负载需求和变流器的容量设定，P(t)是实际有功功率，fref是电网的参考频率，P(t)在时间t时刻的实际有功功率，通过实时监测变流器的输出功率信号获得，dt是时间的微小增量；
在频率同步后，计算储能变流器当前输出电压和电网参考电压之间的偏差，通过双降控制策略进行电压的初步同步，调整公式为：
；
式中，Vout(t)是变流器在时间t的输出电压，Vref是电网的参考电压，D是阻尼系数，是参考无功功率，基于电网的无功需求和变流器的容量设定，Q是实际无功功率，通过实时监测变流器的无功功率输出信号获得；
在电压同步后，计算储能变流器当前输出相位和电网参考相位之间的偏差，通过相位锁定环技术进行相位的初步同步，调整公式为：
；
式中，Aout(t)是变流器在时间t的输出相位，Aref是电网的参考相位，ka为相位调整增益系数，通过应用控制理论中的PID（比例-积分-微分）控制策略，其中ka可以视为比例增益，对相位误差进行比例调整；
在完成预同步调整后，使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步，控制公式为：
；
式中，J(t)是实时惯性系数，J0为初始惯性，为VSG与电网频率的偏差，bJ是阻尼调节系数，用于调整系统对频率偏差的敏感度，通常通过实验数据或模拟确定，cJ是调节系数，用于调整惯性响应的基线，确保在小偏差时系统保持稳定响应;
根据频率偏差调整功率输出，同步储能变流器和电网的频率：
；
式中，Pout(t)是实时输出功率，Pref是参考有功功率，根据负载条件决定，Kd为频率下垂系数，根据实验数据确定的一个常数，反映了系统对频率变化的响应程度，具体数值可以通过实验调优确定，为参考频率，是理想状态下电网的运行频率，依据电网的标准频率设定，表示VSG当前的输出频率；
通过Q-V下垂控制调整储能变流器的电压输出，与电网电压进行同步：
其中，Q-V下垂控制是通过调节无功功率（Q）和电压（V）之间的关系，储能变流器能够根据系统需求自动调整其输出电压，从而维持系统电压的稳定性和电能质量；
；
式中，E是变流器在当前时刻t的输出电压，Kq为无功功率下垂系数，通过实验调优确定，为参考电压，在理想状态下电网的运行电压，根据电网的额定电压确定，是参考无功功率，依据负载需求和电网状态设定，Q是变流器的实际无功功率；
在负载变化变大的情况下，动态调整阻尼系数D(t)平滑频率波动，调节公式为：
；
式中，Pmax为最大功率输出，P(t)是在时间t时刻的实际有功功率，KD是阻尼调节系数，通过使用电力系统模拟软件（如MATLAB/Simulink）模拟不同的运行场景，通过模拟可以观察不同KD值对系统稳定性和频率响应的影响找到最优的值作为KD值。
通过对历史电网运行数据中的频率、相位和电压进行均值计算，得出电网的参考值，再与变流器的实时输出进行对比和调整。这一过程不仅能够快速响应电网的波动，确保变流器与电网的频率、相位和电压精确同步，还避免了传统技术中因简单控制策略带来的同步失效问题。VSG技术的引入使得变流器在电网频率波动时能够模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，大幅提升了系统的动态稳定性和响应速度，尤其在频率剧烈变化时，能够显著减少电网扰动，保障供电质量，在频率同步后，通过双降控制策略进行电压的初步同步，并使用相位锁定环技术进行相位的同步调整。这一组合不仅有效解决了变流器与电网之间的电压和相位不匹配问题，还通过调节参数D和ka，使得系统在同步过程中更为平稳和精准。相比于传统技术中单一的同步控制策略，本发明通过双重调节和锁定技术，显著提高了变流器在不同运行状态下的稳定性和精度，减少了并离网切换时的电压闪变和相位跳动。在负载变化较大的情况下，使用阻尼调节系数KD动态调整阻尼系数D(t)，以平滑频率波动，这一技术显著提高了系统应对大幅度负载波动的能力，传统技术中，固定阻尼系数往往无法适应动态变化的负载需求，导致系统在应对大负载波动时容易出现不稳定现象，而通过电力系统模拟软件对KD进行优化，本发明能够根据实际运行情况实时调整阻尼系数，使得系统在大负载波动时仍能保持频率的平稳性和电压的稳定性。
S2、使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式；
具体的，所述使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将PCS（PowerConversion System，电力转换系统）切换至离网模式指依据行业标准和规范设定储能变流器的频率、电压以及相位的误差范围，检测当前储能变流器的输出频率、电压以及相位与电网的参考频率和电压以及相位之间的匹配度，若储能变流器的输出频率、电压以及相位都在设定的误差范围内，则将储能变流器切换为离网模式，若储能变流器的输出频率、电压以及相位有未在设定的误差范围内的，则重新进行同步直到全部位于设定的误差范围内再切换为离网模式。
通过使用高精度传感器实时检测储能变流器的输出频率、电压和相位，本发明能够确保在切换至离网模式之前，所有输出参数都已调整到位。通过传感器的精确检测，可以实时捕捉到储能变流器的运行状态，确保在进行模式切换时，系统已经准备充分，能够以最小的风险进行切换，通过行业标准和规范设定储能变流器的频率、电压和相位的误差范围，确保了切换操作的安全性和标准化。这一标准化的设置，不仅使得系统能够与大多数电网环境兼容，还能在不同工况下保证系统的安全运行。设定合理的误差范围，有助于降低系统运行中的不确定性因素，从而提高了整个电力系统的稳定性，这一标准化操作与现有技术中的灵活或随意设置不同，在电网状态可能频繁变化的情况下，使用标准化的误差范围设置可以更好地适应多样化的电网条件，并在电网发生异常时迅速作出调整，避免因为参数超出允许范围而引发的系统故障，如果储能变流器的输出频率、电压和相位有任何一项未能达到设定的误差范围，系统将会重新进行同步操作，直到所有参数均满足要求后再切换至离网模式。这一反复确认的过程，显著提高了系统操作的可靠性和安全性。通过这种精确的控制，本发明能够确保在切换到离网模式时，各项参数均处于最佳状态，从而减少电力中断或设备损坏的风险。
S3、结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源；
具体的，所述结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略指使用负载监测设备（智能电表，负载传感器）实时测量当前的负载需求L(t)，通过储能系统的监测设备获取储能变流器当前的储能状态，计算储能状态响应函数：
；
式中，S(t)是储能变流器当前储能容量，Sref是储能变流器的额定储能容量，δ是响应函数的陡度调节常数，无量纲，反映储能状态响应的敏感度，通过调优试验确定；
收集实时电价数据，计算电价时间变化函数：
；
式中，p0是初始电价，α是电价增长速率常数，反映电价随时间的增长或衰减趋势，通过历史电价数据的拟合分析计算得出，β是电价波动频率常数，反映电价的短期波动频率，通过市场短期波动数据进行频谱分析确定，γ是波动幅度调节常数，控制短期波动幅度的变化速率，通过对电价波动幅度的历史数据进行统计分析计算得出；
计算时间周期T内的电价平均值：
；
式中，dt是时间的微小变化量；
计算储能变流器的周期性波动项G(t)：
；
式中，pref是储能变流器的额定输出功率，gref是参考电价，通过历史电价的均值计算得出，ω1是角频率，用于描述功率调节策略中的周期性波动，角频率根据周期性事件的频率计算出来的，它表示系统每秒钟完成多少弧度的周期性波动，φ是初相位，用于描述周期性波动的初始相位，由系统的初始条件或周期性事件的起点决定；
综合构建充放电策略功率的计算公式表示为：
；
式中，C(t)是充放电策略功率，表示储能变流器在时间t进行的充电或者放电功率；
根据实时电价和负载需求决定储能变流器的充放电策略，并根据计算得出的C(t)值调整储能变流器的输出功率。
通过将当前储能容量与额定容量进行比对，并结合响应函数调节常数δ，能够动态地反映储能系统的运行状态。与传统的固定阈值控制方法相比，采用响应函数的方式可以更加精准地调节充放电操作，提高了储能系统的适应性和灵活性，能够根据储能系统的实时状态，及时调整充放电策略，避免过度放电或过度充电的风险，从而延长储能系统的寿命并提高系统的整体效率，通过电价时间变化函数gp(t)对实时电价进行建模和分析，能够有效捕捉电价的增长趋势和波动特性。不仅考虑了电价的长期变化趋势（由α控制），还考虑了电价的短期波动（由β和γ控制）。这种对电价的多维度分析能够帮助储能系统在电价低谷时进行充电，在电价高峰时进行放电，从而最大化经济效益。此外，通过对电价波动的准确预测，可以有效避免因电价波动带来的系统运行风险，确保在市场条件变化时依然能够保持最优的运行策略。周期性波动项G(t)的引入，是为了更好地应对市场或负载的周期性变化，它能够帮助储能系统适应每日或每周的周期性变化，确保在这些变化下仍能维持稳定的供电和充放电操作。通过合理设定角频率ω1和初相位φ，系统能够精准预测并响应这些周期性波动，优化充放电时序，提高系统运行的经济效益和稳定性。通过结合实时电价、负载需求和储能状态，利用精确的数学模型和函数计算，显著提升了储能系统的充放电策略的智能化和经济性。
进一步地，所述预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源，包括：构建支持向量回归模型，将历史负载数据作为训练集，使用训练集和损失函数进行支持向量回归模型训练，调整支持向量回归模型最小化预测误差；
将实时负载数据输入支持向量回归模型预测储能变流器的未来负载；
根据负载的紧急程度和重要性确定优先级，根据该负载的历史停电影响程度以及性质（生命支持系统，数据中心，生产线等）对预测的未来负载进行分类：
若该负载对系统稳定性和安全性要求高并且不允许中断，则为高优先级；
若该负载允许短时中断的负载，则为中优先级；
若该负载允许在能源紧张时暂时中断，则为低优先级；
按照优先级别为不同负载分配能源。
使用SVR（Support Vector Regression，支持向量回归）模型来预测短期内的负载变化有效解决了负载变化中的复杂非线性问题，使得预测结果更加准确。尤其是在电网负载受多重因素影响的情况下，SVR模型能够更好地捕捉这些复杂关系，从而提供更可靠的负载预测结果。这直接改善了变流器的输出调整策略，确保系统能够根据准确的负载预测来合理分配电力资源。根据负载的历史停电影响以及其本质特征（如生命支持系统、数据中心、生产线等）进行分类，并设定优先级。使系统能够在能源紧张时优先保证关键负载的稳定运行，从而提升了系统的可靠性和安全性。例如，对于生命支持系统这样的高优先级负载，即使在电力资源紧张的情况下，也能够得到优先保障，从而避免因供电中断引发的严重后果。
S4、在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式；
具体的，所述在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式指实时监测电网的运行状态的稳定性，在确认电网参数在稳定范围内后，再次混合同步机制进行预同步，匹配储能变流器的输出和电网参数，在所有参数匹配后生成切换信号，逐步增加与电网的功率交换并同步控制电压和频率的微调将储能变流器切换至并网模式。
通过实时监测电网的频率、电压和相位等关键参数，系统能够动态跟踪电网状态的变化。相比于传统方法，该步骤不仅能在电网恢复后提供即时的状态反馈，还能在切换过程中对可能的异常波动做出迅速响应，从而避免潜在的系统不稳定风险。这种实时监测和确认的过程确保了系统在最合适的时机进行并网操作，提升了整体电网的稳定性。通过混合同步机制，系统能够在并网前对储能变流器的输出频率、电压和相位进行精确调整，使之与电网参数高度匹配。此步骤不仅减少了并网瞬间的电流冲击和电压波动，还显著提升了并网操作的平滑度和可靠性。相比于现有技术中较为单一的同步方法，混合同步机制能够综合考虑多项电网参数的匹配，大大降低了并网操作对电网造成的冲击。通过逐步增加功率交换，允许电网和储能变流器在一个可控的过程内逐步适应新的功率负荷，减少了对电网的瞬时冲击。此外，通过在功率交换的过程中同步控制电压和频率的微调，可以进一步优化并网过程中的参数匹配，确保在整个过程中电网和储能变流器都能保持稳定运行。
实施例2，参照图2，为本发明第二个实施例，该实施例不同于上一个实施例，提供了一种储能变流器的并离网切换装置，其包括：
异常检测模块，用于收集电网运行数据进行异常检测，识别电网的异常状态；
切换控制模块，用于根据传感器确认储能变流器所有参数与电网参数的匹配状态，控制储能变流器切换至对应的模式；
同步控制模块，用于使用P-V电压降控制策略和双降控制策略进行初步同步后使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步；
能源管理模块，用于结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略并预测储能变流器短期内负载变化调整变流器输出根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置）、便携式计算机盘盒（磁装置）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器）、光纤装置以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方案中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方案中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

Claims (9)

1.一种储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：包括：
实时监测电网运行状态，电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出；
使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式；
结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源；
在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式；
所述实时监测电网运行状态指在电网的主变压器接入点、负载接入点以及储能单元附件部署传感器收集实时电网运行数据，历史电网运行数据并对收集的数据进行预处理；
使用随机森林模型对电网运行数据进行异常检测，使用历史电网运行数据训练随机森林模型并通过RSO算法优化模型参数，将实时电网运行数据输入进优化后的随机森林模型中判断电网的运行状态，若模型输出结果为正常并且储能变流器当前为离网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为并网模式，若模型输出结果为异常并且储能变流器当前为并网模式，则生成切换指令，准备将储能变流器的模式切换为离网模式。
2.如权利要求1所述的储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：所述电网运行状态异常时使用混合同步机制进行预同步调整并使用VSG控制变流器输出，包括：对历史电网运行数据中的频率数据和电压数据进行均值计算得到频率均值和电压均值，使用欧拉公式将相位转换为复数形式并对所有相位复数进行均值计算，从平均复数中提取相位角度，将频率均值、电压均值以及相位角度作为电网参考频率、参考电压以及参考相位；
计算储能变流器当前输出频率和电网参考频率之间的偏差，使用P-V电压降控制策略进行频率的初步同步；
在频率同步后，计算储能变流器当前输出电压和电网参考电压之间的偏差，通过双降控制策略进行电压的初步同步；
在电压同步后，计算储能变流器当前输出相位和电网参考相位之间的偏差，通过相位锁定环技术进行相位的初步同步；
在完成预同步调整后，使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步，控制公式为：
；
式中，J(t)是实时惯性系数，J0为初始惯性，为VSG与电网频率的偏差，bJ是阻尼调节系数，cJ是调节系数；
根据频率偏差调整功率输出，同步储能变流器和电网的频率：
；
式中，Pout(t)是实时输出功率，Pref是参考有功功率，Kd为频率下垂系数，为参考频率，表示VSG当前的输出频率；
通过Q-V下垂控制调整储能变流器的电压输出，与电网电压进行同步；
在负载变化变大的情况下，动态调整阻尼系数D(t)平滑频率波动，调节公式为：
；
式中，Pmax为最大功率输出，P(t)是实时功率输出，KD是阻尼调节系数。
3.如权利要求2所述的储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：所述使用传感器确认所有参数调整到离网运行标准后将储能变流器切换至离网模式，包括：设定储能变流器的频率、电压以及相位的误差范围，检测当前储能变流器的输出频率、电压以及相位与电网的参考频率和电压以及相位之间的匹配度，若储能变流器的输出频率、电压以及相位都在设定的误差范围内，则将储能变流器切换为离网模式，若储能变流器的输出频率、电压以及相位有未在设定的误差范围内的，则重新进行同步直到全部位于设定的误差范围内再切换为离网模式。
4.如权利要求3所述的储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：所述结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略，包括：使用负载监测设备实时测量当前的负载需求L(t)，通过储能系统的监测设备获取储能变流器当前的储能状态，计算储能状态响应函数：
；
式中，S(t)是储能变流器当前储能容量，Sref是储能变流器的额定储能容量，δ是响应函数的陡度调节常数；
收集实时电价数据，计算电价时间变化函数：
；
式中，p0是初始电价，α是电价增长速率常数，β是电价波动频率常数，γ是波动幅度调节常数；
计算时间周期T内的电价平均值：
；
式中，dt是时间的微小变化量；
计算储能变流器的周期性波动项G(t)：
；
式中，pref是储能变流器的额定输出功率，gref是参考电价，ω1是角频率，φ是初相位；
综合构建充放电策略功率的计算公式表示为：
；
式中，C(t)是充放电策略功率；
根据实时电价和负载需求决定储能变流器的充放电策略，并根据计算得出的C(t)值调整储能变流器的输出功率。
5.如权利要求4所述的储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：所述预测短期内负载变化调整变流器输出并根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源，包括：构建支持向量回归模型，将历史负载数据作为训练集，使用训练集和损失函数进行支持向量回归模型训练，调整支持向量回归模型最小化预测误差；
将实时负载数据输入支持向量回归模型预测储能变流器的未来负载；
根据负载的紧急程度和重要性确定优先级，根据该负载的历史停电影响程度以及性质对预测的未来负载进行分类：
若该负载对系统稳定性和安全性要求高并且不允许中断，则为高优先级；
若该负载允许短时中断的负载，则为中优先级；
若该负载允许在能源紧张时暂时中断，则为低优先级；
按照优先级别为不同负载分配能源。
6.如权利要求5所述的储能变流器的并离网切换方法，其特征在于：所述在电网恢复正常后生成切换指令，将储能变流器切换回并网模式，包括：实时监测电网的运行状态的稳定性，在确认电网参数在稳定范围内后，再次混合同步机制进行预同步，匹配储能变流器的输出和电网参数，在所有参数匹配后生成切换信号，逐步增加与电网的功率交换并同步控制电压和频率的微调将储能变流器切换至并网模式。
7.一种储能变流器的并离网切换装置，其特征在于：应用于如权利要求1至6任一项所述的方法中，包括：
异常检测模块，用于收集电网运行数据进行异常检测，识别电网的异常状态；
切换控制模块，用于根据传感器确认储能变流器所有参数与电网参数的匹配状态，控制储能变流器切换至对应的模式；
同步控制模块，用于使用P-V电压降控制策略和双降控制策略进行初步同步后使用VSG模拟传统同步发电机的惯性和阻尼特性进行精确同步；
能源管理模块，用于结合实时电价、负载需求和储能状态调整充放电策略并预测储能变流器短期内负载变化调整变流器输出根据负载的紧急程度和重要性动态分配能源。
8.一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的储能变流器的并离网切换方法的步骤。
9.一种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权利要求1至6中任一项所述的储能变流器的并离网切换方法的步骤。
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