本發(fā)明一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略屬于分布式能源構(gòu)網(wǎng)變流器的，特別涉及一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制以提升并網(wǎng)耦合點電壓支撐能力的方法。
背景技術(shù)：
1、隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，光伏發(fā)電作為一種清潔、可持續(xù)的能源形式，已經(jīng)成為分布式能源系統(tǒng)中的重要組成部分，然而，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在電網(wǎng)電壓波動或電壓跌落等異常情況下，如何保持光伏逆變器的穩(wěn)定運行，保證電網(wǎng)的安全性和可靠性，成為亟待解決的技術(shù)難題；電網(wǎng)電壓跌落是指電網(wǎng)電壓在短時間內(nèi)出現(xiàn)明顯下降，通常由突發(fā)的負(fù)荷變化、設(shè)備故障或其他外部擾動引起，特別是電網(wǎng)發(fā)生對稱電壓跌落時，可能導(dǎo)致并網(wǎng)光伏系統(tǒng)失去并網(wǎng)能力，影響電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，甚至造成系統(tǒng)脫網(wǎng)或光伏系統(tǒng)的停機(jī)，這不僅影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，還可能對電力系統(tǒng)的安全性和電能質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。
2、如何在電網(wǎng)發(fā)生對稱電壓跌落時，增強光伏逆變器的電壓支撐能力，使其能夠穩(wěn)定運行并繼續(xù)并網(wǎng)，成為了提升分布式能源系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，針對這一問題，本發(fā)明提出了一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略，旨在通過優(yōu)化光伏逆變器的控制方式，在電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱跌落時，提高并網(wǎng)耦合點的電壓支撐能力。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明公開實施了一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略。
2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
3、本發(fā)明一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略具體如下：
4、一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略，其特征在于包括以下步驟：
5、步驟1：分析不接地三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱性跌落時的暫態(tài)過程；
6、步驟2：建立基礎(chǔ)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制模型；
7、步驟3：建立光伏陣列變步長控制模型；
8、步驟4：設(shè)計虛擬同步機(jī)的電壓前饋補償控制環(huán)節(jié)。
9、所述步驟1中，分析不接地三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱性跌落時的暫態(tài)過程，具體方法如下：
10、1)建立基于虛擬同步發(fā)電機(jī)vsg的三相電網(wǎng)簡化模型，假設(shè)pe+jqe為vsg輸出功率容量，rg+jxg為配電網(wǎng)內(nèi)阻抗，本地負(fù)荷消耗功率容量為pl+jql，計算得到并網(wǎng)耦合點電壓upcc為：
11、upcc-ug＝i(rg+jxg)??(1)；
12、式(1)中，i為通過并網(wǎng)耦合點的三相電流有效值，ug為電網(wǎng)電壓有效值，upcc為公共耦合點電壓；
13、2)根據(jù)公式(1)可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓ug跌落時，公共耦合點電壓upcc也會進(jìn)一步下降，同時，當(dāng)電網(wǎng)電壓ug恢復(fù)時，公共耦合點電壓upcc也會恢復(fù)，計算得到公共耦合點與配電網(wǎng)之間的電壓差值δupcc為：
14、
15、式(2)中，pg+jqg為配電網(wǎng)注入耦合點的功率；
16、在實際應(yīng)用中實軸分量由于效果較小而被忽略，因此式(2)可簡化為：
17、
18、3)由公式(3)得到公共耦合點電壓直接受配電網(wǎng)線路內(nèi)阻抗與注入耦合點的功率的影響，而線路阻抗不可變，本地負(fù)荷吸收功率由vsg與配電網(wǎng)共同發(fā)出，若負(fù)荷吸收功率已知，則配電網(wǎng)注入耦合點的功率可表示為：
19、
20、4)將公式(4)代入公式(5)可得：
21、
22、根據(jù)公式(5)可知，提升vsg的輸出容量se可抵抗電網(wǎng)電壓暫降時公共融合點電壓upcc的跌落程度，反之，降低vsg的輸出容量se有助于提高公共融合點電壓的恢復(fù)效果。
23、所述步驟2中，建立基礎(chǔ)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制模型，具體方法如下：
24、1)虛擬同步機(jī)vsg的有功功率-頻率、無功功率-電壓控制環(huán)節(jié)相應(yīng)的一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)子機(jī)械方程為：
25、
26、式(6)中，j為虛擬轉(zhuǎn)動慣量，d為虛擬阻尼系數(shù)，kp為有功頻率下垂系數(shù)，pm為虛擬機(jī)械功率，pref為輸入有功功率參考值，pe為實際輸出功率，w為實際輸出角頻率，w0為額定輸入角頻率，θ為vsg實際輸出功率角，t為時間；
27、2)虛擬同步機(jī)無功功率-電壓下垂控制方程為：
28、
29、式(7)中，kq為無功電壓積分系數(shù)，ku為無功電壓下垂系數(shù)，qref為額定輸入無功功率，qe為實際輸出無功功率，un為額定輸入相電壓，uo為實際輸出相電壓，e為vsg輸出電動勢幅值。
30、所述步驟3中，建立光伏陣列變步長控制模型，具體方法如下：
31、1)設(shè)置光伏陣列的初始儲備功率為：
32、sres0＝r0·smpp????????(8)；
33、式(8)中，sres0為光伏陣列的初始功率儲備，smpp為光伏陣列的最大輸出功率，r0為光伏陣列的初始減載比；
34、2)光伏陣列發(fā)出的初始功率spv0為：
35、spv0＝smpp-sres0????????(9)；
36、3)光伏虛擬同步機(jī)具有頻率支撐能力，因此使用虛擬同步機(jī)vsg輸出頻率控制光伏陣列的增發(fā)容量，控制公式如下：
37、
38、式(10)中，δr為光伏陣列的調(diào)節(jié)減載比，f0為光伏構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)的額定頻率，f為光伏構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)的實際輸出頻率，kfp和kfi分別為減載比例和積分系數(shù)，r0為光伏陣列的初始減載比；
39、4)由于頻率的差值通常在50±0.2hz的范圍內(nèi)，故需要對其進(jìn)行限幅，頻率差的極限值為±0.2hz，光伏陣列的輸出功率指令為：
40、
41、5)設(shè)置光伏陣列輸出功率與輸出電壓的相鄰采樣點差值為：
42、
43、式(12)中，spv(n)和upv(n)分別為當(dāng)前時刻的光伏陣列實際輸出功率與電壓值，ppv(n-1)和upv(n-1)分別為上一時刻的光伏陣列實際輸出功率與電壓值；
44、6)光伏陣列實際輸出功率的變化率kpv為|δspv/δupv|即功率與電壓的變化率，表示當(dāng)前工作點的調(diào)整方向與強度：
45、
46、7)壓控型光伏陣列為提升對外界環(huán)境的適應(yīng)性與靈敏度，通常采用變步長電壓追蹤算法，本文加入自適應(yīng)參數(shù)控制光伏陣列的電壓步長，在電壓步長中引入環(huán)境因子的影響，光照強度變化率(δir/δt)和溫度變化率(δt/δt)，電壓步長δu可以表示為：
47、δu＝δu0kpv(1+k1·|δir/δt|+k2·|δt/δt|)???????(14)；
48、式(14)中，k1和k2為調(diào)節(jié)系數(shù)，分別衡量光照和溫度對電壓步長的影響，δu0為初始步長基準(zhǔn)值，δir為光照強度變化值，δt為溫度變化值；
49、8)光伏陣列的輸出電壓步指令uref可以表示為：
50、uref＝upv(n)+δu???????(15)。
51、所述步驟4中，設(shè)計虛擬同步機(jī)的電壓前饋補償控制環(huán)節(jié)，具體方法如下：
52、當(dāng)電網(wǎng)電壓暫降時，無功功率的震蕩過程由vsg自身的電壓支撐特性完成，本發(fā)明選擇在無功-電壓回路中增加電壓前饋補償，改變電壓暫降期間的電壓參考值，以提升vsg的電壓支撐特性，為防止電網(wǎng)電壓跌落程度過大導(dǎo)致的沖擊電流，須采取必要的過電流抑制控制，極端故障條件下如三相短路則由繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行短路保護(hù)，電壓前饋補償能夠提前響應(yīng)電壓變化，防止電流環(huán)由于過高的電壓指令而導(dǎo)致過電流；
53、1)電壓下降比例分為電網(wǎng)電壓ug故障設(shè)置下降比例up與vsg電壓支撐后輸出電壓uo的實際下降比例ur，檢測原理如下：
54、
55、式(16)中，uo為vsg實際輸出電壓，un為vsg額定輸出電壓；
56、2)根據(jù)所述步驟2中公式(7)中無功功率與電壓控制回路中的特性關(guān)系，可知vsg輸出電壓uo以線路額定電壓un為參考,電壓暫降期間，改變參考電壓值可以有效提升vsg輸出無功功率的能力,忽略線路阻抗，理想條件下補償后的額定電壓u'n為：
57、u'n＝ug+up·un????(17)；
58、3)考慮到vsg輸出電壓實際下降比例，設(shè)計動態(tài)電壓前饋補償算法，根據(jù)電網(wǎng)電壓下降程度靈活調(diào)整補償電壓，實際補償后的額定電壓u'n為：
59、u'n＝ug+up·un+ur·un????(18)；
60、4)計算得到電網(wǎng)電壓對稱暫降期間的vsg輸出無功電流的參考值為：
61、式(19)中，in為vsg輸出側(cè)電網(wǎng)線路的額定電流；
62、5)以qref作為電壓暫降期間的無功功率參考值，根據(jù)公式(19)可得：
63、式(20)中，sn為vsg輸出的額定容量，本發(fā)明中同為光伏陣列發(fā)出的額定功率spv；
64、6)由公式(20)可計算得電壓暫降期間vsg輸出有功功率的參考值為：
65、
66、式(21)中，smax為電網(wǎng)側(cè)輸電線路所能承受的最大功率容量，min代表取兩者中的最小值。
67、根據(jù)步驟2中的結(jié)論提升vsg的輸出容量se可抵抗電網(wǎng)電壓暫降時公共融合點電壓upcc的跌落程度，結(jié)合步驟4得到具體方法如下：
68、vsg的輸出容量se≤smax，在qref已經(jīng)計算得到的條件下，根據(jù)pref的大小調(diào)動光伏陣列的功率儲備容量，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱性跌落時，通過光伏構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)的頻率控制提升應(yīng)vsg的電壓支撐能力。
69、本發(fā)明一種應(yīng)對電網(wǎng)電壓對稱跌落的光伏構(gòu)網(wǎng)變流器控制策略，技術(shù)效果如下：
70、1)根據(jù)電網(wǎng)電壓對稱跌落對公共耦合點pcc的擾動機(jī)理制定提升vsg電壓支撐措施；
71、2)引入光伏陣列變步長控制模型，通過vsg頻率調(diào)節(jié)調(diào)動光伏陣列的功率儲備容量，提升光伏構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)對電網(wǎng)電壓波動的靈活性；
72、3)加入虛擬同步機(jī)的電壓前饋補償控制環(huán)節(jié)，可提升vsg對電網(wǎng)電壓的支撐能力。