[发明专利]基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法

说明书

本发明公开了基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法。该方法采用功率叠加方程获得功率指令，并根据基于多项式拟合功率追踪方法获得直流侧参考电压，经过电压环获得光伏板参考功率后，通过功率外环获得d轴有功功率指令；通过一次调压方程获得无功功率指令，进而得到电流dq轴指令，进行电流闭环控制。通过控制直流侧参考电压的大小和方向进而达到对有功功率的灵活控制，并通过一次调压方程对无功功率进行调节。直流侧参考电压步长的大小通过多项式拟合方法获得，方向通过功率跟踪法获得。本发明对逆变器无需增加储能设备，可对电网频率和电压进行调节，且能保证系统的稳定和对频率电压较好的调节效果。

技术领域

本发明属于光伏逆变器并网调频调压控制领域，具体涉及一种基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法。

背景技术

随着环境恶化、能源危机的加重，光伏、风电等新能源在社会发展中起着越来越重要的作用，同时分布式发电技术迅速发展，成为国内外研究热点。

目前，随着光伏、风电等新能源不断接入电网，传统同步发电机的装机比例不断下降。因此新能源的渗透率逐渐增加，使电网的转动惯性和阻尼相对减少，这对电网的安全可靠运行产生严重威胁。一般地，光伏发电系统多采用最大功率跟踪方式，以电流源模式并网，和传统同步发电机相比，光伏发电系统响应速度快，控制简单灵活，同时能够最大程度利用光能。但是，光伏发电系统由于几乎不含惯性和阻尼，难以参与到电网频率和电压的调节过程中，同时，其大量接入也导致电网能量过剩。

为此，虚拟同步发电技术(virtual synchrinous generator,VSG)应运而生。因为传统的同步发电机对电力系统天然友好，虚拟同步技术借鉴其运行特性以及控制方式，模拟传统同步发电机的转动惯性和阻尼的外特性，实现友好并网。现今高渗透率电网的功率供需关系不再要求光伏发电系统时刻处于最大功率跟踪状态，也迫切希望其能够参与到电网调频调压的过程中来，光伏虚拟同步发电机将虚拟同步技术应用于光伏发电系统，实现了对电网的调频调压，具有很好的工程价值和现实意义。

目前，对于光伏虚拟同步发电机技术，已有多篇国内外学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

1、题为“应用于光伏微网的一种虚拟同步发电机结构及其动态性能分析”，王振雄，易皓，卓放，《中国电机工程学报》，2017年第34卷第2期444-453页)文章中将虚拟同步控制策略应用于光伏微网系统，对光伏波动加以抑制，并在负载波动时，有效改善母线的频率变化率，但此方案的不足为：额外增加储能设备增加了电站的成本，不容易对现有的光伏逆变器进行改造；只能以最大功率跟踪方式向电网输送能量，不能有效改善光伏系统灵活出力的问题。

2、题为“ANovel Control Strategy for Stand-alone Photovoltaic SystemBased on Virtual Synchronous Generator”，Guo Y,Chen L《Power and Energy SocietyGeneral Meeting》2016:1-5.(“一种基于虚拟同步发电机的孤岛光伏系统”，郭岩，陈来军，《电力和能源协会大会》，2016年第1-5页)文章将虚拟同步技术应用于光伏逆变器，光伏逆变器具有调频调压功能，当光伏板电压低于最大功率点电压时，则在功率和电压上增加负的增量保证光伏发电系统的稳定。但是文章存在以下不足：该文并未描述如何确定最大功率点的功率和电压值；通过限幅PI控制器增加负的增量值不容易确定，由于PI参数和P-U曲线有关，过大过小都容易导致系统震荡失稳。

3、题为“考虑源端动态特性的光伏虚拟同步机多模式运行控制”，郑天文，陈来军，刘炜,《中国电机工程学报》，2017年第37卷第2期第454-463页)文章中增加了虚拟同步发电机的电磁部分和机电特性，在运行特性上和传统同步发电机更接近。但此方法存在以下不足：对光伏虚拟同步发电机的稳定性控制方法未作更深入研究，针对在功率和电压上额外增加一个PI控制器，控制器的参数不易整定，且当光伏功率不足时，并网状态减小电压幅值容易造成逆变器脱网。

发明内容