[发明专利]一种基于描述函数的光伏并网系统稳定控制方法

权利要求书

1.一种基于描述函数的光伏并网系统稳定控制方法，其特征在于，所述光伏并网系统包括光伏板、变流器、变流器控制器和直流电网；其中变流器控制器包含功率环、稳定控制环、电压环、电流环、阻尼环；所述稳定控制环为一超前校正环节，用以增强系统稳定性，避免发生振荡，所述功率环采用扰动观察法；该光伏并网系统稳定控制包括以下步骤：

步骤一：建立除功率环之外的光伏并网系统模型，将模型在稳态运行点进行线性化，得到光伏并网系统线性小信号模型；

步骤二：对功率环建立模型，模型中包含线性部分和非线性部分，将功率环的线性部分与步骤一中的光伏并网系统线性小信号模型联立，得到光伏并网系统模型线性部分传递函数G(s)；对功率环中的非线性部分采用描述函数建模，得到非线性环节的描述函数N(A)；

步骤三：基于描述函数法分析光伏并网系统的稳定性，若系统发生恒幅值振荡，则调整稳定控制环参数，使光伏并网系统稳定，调整方法包括如下子步骤：

3.1对光伏并网系统的小信号模型进行简化，忽略在振荡频段对系统稳定性影响较小的电流环和滤波电容，得到线性部分简化传递函数G_s(s)；

3.2推导得到简化传递函数G_s(s)穿越频率与直流电网等效阻抗的函数关系；

3.3结合步骤3.2得到的函数关系，根据实际电网强度变化调整稳定控制环参数；其中，稳定控制环的传递函数为

α为衰减因子，T为转角频率的倒数，s为拉普拉斯变化引入的参变量，K_c为一常数；简化传递函数G_s(s)的穿越频率为ω₁和ω₂，且ω₁＜ω₂，则按照如下关系设计稳定控制环

其中，ω_t为补偿目标频率，φ_t为补偿目标相角，最终稳定控制环参数α和T由下式计算获得：

其中，φ为附加补偿裕度，可按需要设置角度值。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光伏并网系统具体包括光伏板、直流稳压电容、BUCK直流变换器、LCL型滤波器和直流电网，则步骤一所述的光伏并网系统线性小信号模型包括变流器小信号模型、光伏板小信号模型和变流器控制器小信号模型；其中，变流器小信号模型包含直流稳压电容、BUCK直流变换器、LCL型滤波器及直流电网等效模型，具体为

其中，C_pv为直流稳压电容，v_pv为光伏板输出直流电压，i_pv为光伏板输出电流，L₁、₂和C分别为LCL型滤波器的滤波电感和滤波电容，流经它们的电流分别为i₁、i₂和i_C，v_C为滤波电容两端电压，直流电网等效阻抗为R_g和L_g；d表示控制器输出占空比，上标*及大写字母表示对应变量的稳态分量，Δ表示对应变量的小信号分量；稳态参数可以通过下式计算；

式中P^ref为光伏板输出功率的参考值，V_s为理想电压源；

光伏板小信号模型为

其中，N_P和N_S是光伏模组的并联数、串联数，I_sc和V_oc是光伏模组的短路电流和开路电压，V_t为光伏板热电压，a是等效二极管理想常数，T_Δ＝T_t-T_N，T_t和T_N分别是实际温度和基准温度，K_I和K_V分别是光伏模组电流和电压系数，ΔP表示光伏板输出功率的小信号分量；

变流器控制器小信号模型为

Δd＝P_D((PI_c(-PI_v(0-Δv_pv)-Δi₂))-Δi_C)

其中，为光伏板输出直流电压的参考值，由基于扰动观察法的功率环给出；PI_v＝k_vP+k_vI/s，为电压环PI控制，k_vP为电压环比例系数，k_vI为电压环积分系数；PI_c＝k_cP+k_cI/s，为电流环PI控制，k_cP为电流环比例系数，k_vI为电流环积分系数，P_D为阻尼环比例系数，s为拉普拉斯变化引入的参变量。