[发明专利]一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法

说明书

本发明公开一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法，根据同步发电机的转子运动方程及暂态电压方程进行建模，模拟同步发电机的励磁环节和调速环节，解决电力系统惯量小和阻尼小的问题，所述控制策略使光伏并网逆变器具有同步发电机的外特性，该控制结构摆脱了光伏并网使用PLL锁相环，使并网逆变器控制不依附于网络频率变化而变化，增加逆变器控制的自主性与抗扰性。Boost变换器实现MPPT控制的同时完成网侧逆变器的单位功率因数正弦波电压稳定控制；光伏并网逆变器起到频率稳定支撑作用，励磁器摆脱了根据无功‑电压下垂特性设置的无功反馈环对电压调整的作用，起到电压稳定支撑作用，提高光伏并网稳定性。

技术领域

本发明属于新能源并网技术领域，尤其涉及一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法。

背景技术

太阳能作为世界上最丰富的可再生能源之一，具有绿色环保无污染、储量丰富等优点，在众多可再生能源中脱颖而出，成为了国际上公认的最理想的替代能源。并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池所发电能转换成交流电并传输到大电网，是整个系统的核心装置，而光伏并网的控制策略是分布式电源的关键，一般情况下最大功率跟踪控制(MPPT)主要由前级的DC-DC变换器实现，而后级的DC-AC并网逆变器则主要维持前后两级母线间直流电压的恒定，以及实现电网功率调控，根据指令要求对其输出的有功、无功功率进行调节。

对于分布式电源来说，传统控制策略是基于旋转坐标系解耦的电流型控制策略。当工作在并网模式下，能够实现有功功率和无功功率的解耦控制，早期时大部分逆变器采用此种控制方法，因为其在稳态并网状态下表现出优异性能。但随着庞大的分布式电源接入，电网的安全隐患也随之增加，电力系统发生故障的概率不断上升，当系统处于故障等暂态情况下，若采用此种控制方法，使得逆变器不具有良好的动态性。

传统的解耦控制策略将系统近似为线性来控制，然而逆变器的数学模型实际上是呈现非线性特性，因此有学者提出了采用非线性的控制策略，从而在系统的本质上使得控制能够更加准确化。以上所述的解耦控制策略及非线性控制策略等常用在分布式电源工作在并网工作状态下。当整个电网系统下，电网仍然独自承担着系统的平衡和稳定。并且采用上述控制策略时，分布式逆变电源不能够对电力系统提供一定的支撑作用，相反的，某些情况下还会向电网注入谐波，且逆变器本身不具备旋转惯性与阻尼分量，随着分布式能源的大量接入，势必对电力系统的安全和稳定性带来挑战。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法，采用同步发电机的转子运动方程及暂态电压方程进行建模，引入虚拟调速器及调频器概念，使得并网逆变器模拟同步发电机的惯量和阻尼，即励磁环节和调速环节，对系统起到频率稳定支撑作用和电压稳定支撑作用，解决了电力系统惯量小和阻尼小的问题。该控制结构通过主动支撑控制器来模拟同步发电机的角速度，摆脱了光伏并网使用PLL锁相环，使得并网逆变器控制不依附于网络频率变化而变化，将光伏机组等效一个电压源型的VSG。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于同步发电机标准三阶模型的光伏并网逆变器主动支撑控制方法，包括Boost电路控制和光伏并网逆变器控制两部分，其中Boost变换器采用基于前级DC/DC变换器的MPPT控制；光伏并网逆变器采用标准三阶模型的VSG控制。

所述Boost变换器采用基于前级DC/DC变换器的MPPT控制，Boost变换器根据光伏电池输出电压电流检测，通过MPPT控制算法得出调节光伏电池工作点的电压指令U_erf，将U_ref与光伏电池输出电压的采样值U_PV相减，经过PI调节器进行Boost变换器的输入电压闭环控制，实现光伏电池的MPPT控制。