[发明专利]基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法

说明书

本发明公开了基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法。该方法将光伏电站的光伏逆变器设置为主从控制模式，主逆变器执行最大功率追踪控制方法，从逆变器执行光伏虚拟同步控制方法，在主逆变器获得最大功率点的功率和电压通过通信发送给从逆变器，使从逆变器调整功率追踪的步长和调频参数。本发明改进原有光伏虚拟同步控制方法，使从逆变器始终处于调频状态，对电网频率有更好的调节效果。

技术领域

本发明属于光伏逆变器并网控制领域，具体涉及一种基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法。

背景技术

随着分布式发电技术逐步成熟，光伏、风电等新能源发电应用越来越广泛，但是分布式发电系统是通过逆变器等电力电子装置输出电能与电网相连，虽然暂态响应速度快，但其不具备惯性，也无法支撑电网的一次调频。大规模新能源的并网时电网渗透率不断增加，传统同步发电机的装机比例不断下降，这导致电力系统旋转惯量和系统阻尼的降低，使电网鲁棒性变弱。而且，光伏发电系统多采用最大功率跟踪方式并网，其“只管发电，不管电网”的特性，也导致电网能量过剩，加剧了电网频率的恶化。

近年来国内外学者提出了虚拟同步发电机(VSG)的控制方法，借鉴传统电力系统中对电网天然友好的同步发电机的运行特点和控制方式，使光伏并网系统模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，有助于其实现友好并网，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追踪状态，也迫切希望其能够参与到电网调频调压的过程中来，如何依托灵活可控的电力电子技术提高光伏系统的可靠性，使其成为共同维护电网安全稳定的“参与者”，具有非常重要的意义。

现有光伏虚拟同步技术改进传统光伏逆变器的控制策略，其控制独立，相互不干扰，但是由于为保证系统稳定，需隔一段时间进行最大功率追踪来确定备用功率点，然后在备用功率点处调频，以确保输出功率不会超过最大功率，但是由于不断在调频状态切换，最大功率追踪过程不能调频，影响调频效果。

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

1、题为(“基于虚拟同步发电机的光伏并网系统及仿真分析”，毛弋，向海燕，康伦，《湖南师范大学自然科学学报》，2013年第36卷第3期27-32页)文章中将虚拟同步控制策略应用于光伏并网系统，使光伏逆变器具有同步发电机的外特性，但文章对系统的稳定性问题并未做深入研究，同时也不能使光伏逆变器的出力灵活可控。

2、题为“A consensus-based frequency control for photovoltaic connectedvirtual synchronous generators in microgrid”，Guo Y,Chen L,《IEEE InternationalConference on Power System Technology》2016:1-6.(“一种基于一致性频率控制的光伏微网虚拟同步发电机”，郭岩，陈来军，IEEE电力系统技术国际会议，2016年第1-6页)文章将虚拟同步技术和光伏逆变器的最大功率追踪技术结合，使光伏逆变器在没有储能的情况下具有调频调压功能。但是文章存在以下不足：该文并未对最大功率追踪方法进行改进，使系统稳定性依靠限幅PI控制器来调节，但是参数不易整定。

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。但此方法存在对光伏虚拟同步发电机的稳定性未作过多研究，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