一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法及系統，屬于光伏發電控制技術領域。本發明專利技術根據傳統同步發電機通過單相勵磁機進行負序補償的機理，建立虛擬同步發電機機模型，對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制；并根據虛擬發電機模型生成光伏逆變器電流閉環控制的電流指令，使逆變器電流閉環控制對同步機定子電流進行跟蹤。本發明專利技術對虛擬同步發電機的內電勢采用分相控制，使光伏逆變器在三相電網電壓或負荷不平衡的工況下，自主補償無功，協助支撐并網點電壓的平衡。

Steady state voltage balance control method and system for photovoltaic inverter

The invention relates to a method and a system for controlling the steady-state voltage balance of a photovoltaic inverter, which belongs to the technical field of photovoltaic power generation control. According to the mechanism of traditional synchronous generator negative sequence compensation through single-phase exciter, virtual synchronous generator model, internal potential of virtual synchronous generator model with phase control; and according to the current instruction of virtual generator model generation photovoltaic inverter current closed-loop control, tracking control of synchronous machine stator current for the inverter current loop. In the invention, the internal potential of the virtual synchronous generator is controlled by the phase separation, so that the photovoltaic inverter can automatically compensate reactive power under the condition of unbalanced voltage or load of the three phase power network, and the voltage of the grid and the grid can be supported.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法及系統，屬于光伏發電控制

技術介紹
由太陽能資源固有特性所決定的分布式光伏間歇性、隨機性的大范圍出力波動，在分布式光伏集群性高滲透率并網情況下，會引起配電網潮流出現大范圍變化，變化的頻度和速度都超過一般性的負荷變化，從而導致配電網出現電壓偏差越限、電壓波動加大等問題，并且光伏并網點的電壓偏差和波動幅度都高于配電網側，僅依靠配電網調節變壓器分接頭和投切并聯電容器等常規措施將無法滿足全局性的無功電壓調節需求；另一方面，光伏逆變器本身又具有無功調節能力，如果能夠得到充分利用以提高其自適應控制能力和電網友好性，反而可以提高配電網的無功電壓調節能力。目前，分布式光伏電壓無功控制手段主要有恒定無功功率控制、功率因數控制以及瞬態無功支撐控制三種形式，在實際應用中，上述方式雖然能實現分布式光伏的電壓無功控制，但由于其無法模擬同步發電機勵磁調節系統工作原理，在并網點電壓無功調節的快速性、精確性、自主性方面均存在缺陷。為有效應對這些缺陷，國內外近幾年對虛擬同步發電機技術開展了大量研究，采用虛擬同步發電機技術能使光伏逆變器既可對并網點電壓進行穩態調節，同時還可實現對電網的動態無功支撐，但目前這方面的研究均基于三相電壓平衡的工況，電勢幅值為三相統一控制，當電網或負荷不對稱的時候，無法對電網進行平衡支撐。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法及系統，以優化光伏并網逆變器的無功運行特性。本專利技術為解決上述技術問題提供了一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，該控制方法包括以下步驟：1)建立虛擬同步發電機機模型，對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制；2)利用步驟1)中的虛擬發電機模型生成光伏逆變器電流閉環控制的電流指令，使逆變器電流閉環控制對同步機定子電流進行跟蹤。所述步驟1)中的所建立的虛擬同步機的模型為：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω為虛擬同步機角速度，ω0為額定角速度，H為虛擬同步機慣性時間常數即空載時，額定轉矩下電機從靜止到額定轉速的時間，Tm、Te分別為虛擬同步機機械轉矩、電磁轉矩，Kd為阻尼系數，R、L分別為虛擬同步機定子電阻和電感，eabc、uabc、iabc分別為虛擬同步機三相內電勢、機端電壓、定子電流。當機端電壓采用一次調節方式時，所述步驟1)中內電勢分相控制方式為：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步機空載內電勢幅值，kQ-E、ku-E分別為無功-電壓下垂系數、一次調壓系數，Qref、Q分別為同步機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步機機端電壓指令和相電壓有效值。逆變器容量足夠大時，機端電壓采用二次調節方式，所述步驟1)中內電勢分相控制方式為：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步機空載內電勢幅值，kQ-E為無功-電壓下垂系數，Qref、Q分別為同步機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步機機端電壓指令和相電壓有效值，HPI為PI控制器傳遞函數，Kp為比例系數，Ki為積分系數。本專利技術還提供了一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制系統，該控制系統包括內電勢分相控制器、虛擬同步發電機模型、電流閉環控制模塊和PWM模塊，所述的內電勢分相控制器用于對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制，所述的的虛擬同步發電機輸出端與電流閉環控制模塊的輸入端連接，電流閉環控制模塊的輸出端與PWM模塊的輸入端連接，PWM模塊的輸出端控制連接光伏逆變器，通過電流閉環控制模塊對同步機定子電流進行跟蹤，以實現對光伏逆變器的控制。所述的虛擬同步發電機的模型為：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω為虛擬同步發電機角速度，ω0為額定角速度，H為虛擬同步發電機慣性時間常數即為空載時，額定轉矩下電機從靜止到額定轉速的時間，Tm、Te分別為虛擬同步發電機機械轉矩、電磁轉矩，Kd為阻尼系數，R、L分別為虛擬同步發電機定子電阻和電感，eabc、uabc、iabc分別為虛擬同步發電機三相內電勢、機端電壓、定子電流。當機端電壓采用一次調節方式時，所述內電勢分相控制器采用的控制方式為：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步發電機空載內電勢幅值，kQ-E、ku-E分別為無功-電壓下垂系數、一次調壓系數，Qref、Q分別為同步發電機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步發電機機端電壓指令和相電壓有效值。當機端電壓采用二次調節方式時，所述內電勢分相控制器采用的控制方式為：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步發電機空載內電勢幅值，kQ-E為無功-電壓下垂系數，Qref、Q分別為同步發電機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步發電機機端電壓指令和相電壓有效值，HPI為PI控制器傳遞函數，Kp為比例系數，Ki為積分系數。本專利技術的有益效果是:本專利技術根據傳統同步發電機通過單相勵磁機進行負序補償的機理，建立虛擬同步發電機機模型，對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制；并根據虛擬發電機模型生成光伏逆變器電流閉環控制的電流指令，使逆變器電流閉環控制對同步機定子電流進行跟蹤。本專利技術對虛擬同步發電機的內電勢采用分相控制，使光伏逆變器在三相電網電壓或負荷不平衡的工況下，自主補償無功，協助支撐并網點電壓的平衡。附圖說明圖1是本專利技術基于虛擬同步發電機特性的光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法的原理圖；圖2是虛擬同步發電機模型；圖3是虛擬同步發電機內電勢分相控制框圖；圖4是電網不平衡時的控制效果。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做進一步的說明。本專利技術的一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法的實施例本專利技術的光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法針對的光伏并網系統如圖1所示，包括光伏陣列、光伏逆變器、并網開關和電網，光伏陣列通過光伏逆變器和并網開關接入電網，光伏逆變器內環采用電流閉環控制，本專利技術通過虛擬同步發電機模型的控制使光伏逆變器獲得與同步發電機類似的輸出特性，實現對光伏逆變器的控制，該方法的具體實現過程如下：1.建立虛擬同步發電機模型，逆變器電流閉環控制對同步發電機定子電流進行跟蹤。本實施例所建立的虛擬同步發電機的模型如圖2所示，具體描述如下：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔ本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，其特征在于，該控制方法包括以下步驟：1)建立虛擬同步發電機機模型，對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制；2)利用步驟1)中的虛擬發電機模型生成光伏逆變器電流閉環控制的電流指令，使逆變器電流閉環控制對同步機定子電流進行跟蹤。

【技術特征摘要】
1.一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，其特征在于，該控制方法包括以下步驟：1)建立虛擬同步發電機機模型，對虛擬同步發電機模型的內電勢采用分相控制；2)利用步驟1)中的虛擬發電機模型生成光伏逆變器電流閉環控制的電流指令，使逆變器電流閉環控制對同步機定子電流進行跟蹤。2.根據權利要求1所述的光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，其特征在于，所述步驟1)中的所建立的虛擬同步機的模型為：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω為虛擬同步機角速度，ω0為額定角速度，H為虛擬同步機慣性時間常數即空載時，額定轉矩下電機從靜止到額定轉速的時間，Tm、Te分別為虛擬同步機機械轉矩、電磁轉矩，Kd為阻尼系數，R、L分別為虛擬同步機定子電阻和電感，eabc、uabc、iabc分別為虛擬同步機三相內電勢、機端電壓、定子電流。3.根據權利要求1或2所述的光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，其特征在于，當機端電壓采用一次調節方式時，所述步驟1)中內電勢分相控制方式為：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步機空載內電勢幅值，kQ-E、ku-E分別為無功-電壓下垂系數、一次調壓系數，Qref、Q分別為同步機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步機機端電壓指令和相電壓有效值。4.根據權利要求1或2所述的光伏逆變器穩態電壓平衡控制方法，其特征
\t在于，逆變器容量足夠大時，機端電壓采用二次調節方式，所述步驟1)中內電勢分相控制方式為：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea為虛擬同步機A相內電勢幅值，E0為虛擬同步機空載內電勢幅值，kQ-E為無功-電壓下垂系數，Qref、Q分別為同步機無功調節指令和逆變器實際輸出無功，UN、Ua分別為同步機機端電壓指令和相電壓有效值，HPI為PI控制器傳遞函數，Kp為比例系數，Ki為積分系數。5.一種光伏逆變器穩態電壓平衡控制系統，其特征在于，該控制系統包括內電勢分相控制器、虛擬...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖飛，王林，張海龍，黃輝，曹建博，孫健，常乾坤，王存平，
申請(專利權)人：許繼集團有限公司，國網北京市電力公司，西安許繼電力電子技術有限公司，許繼電氣股份有限公司，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：河南;41