[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

说明书

本发明涉及一种基于描述函数的光伏并网系统稳定控制方法，本发明在系统中设置稳定控制环，建立光伏并网系统模型线性部分传递函数，基于描述函数法建立系统非线性环节的描述函数。描述函数可以很好地分析非线性不连续环节引发的系统失稳问题，同时可以量化地计算临界稳定状态下系统振荡的幅值和频率。基于描述函数法的分析结果，提出一种稳定控制方法，控制参数可以根据电网强度对应调整，可以有效增强系统稳定性，避免发生振荡。

技术领域

本发明涉及一种基于描述函数的光伏并网系统稳定控制方法，属于电力系统中新能源发电系统稳定性分析领域。

背景技术

可再生能源发电占比不断提升，光伏发电规模迅速增长。分布式光伏发电是太阳能利用的重要形式，一般通过光伏板采集太阳能，再通过变流器送入直流母线，与本地负荷等共同构成直流微电网或交直流混合微电网。基于扰动观察法的最大功率跟踪控制是光伏系统普遍采用的控制方法，但是该控制方法本身具有非线性、不连续特性，导致传统的小信号稳定性分析方法难以适用。描述函数法可以对功率控制中的非线性不连续环节进行建模，同时在稳定性分析过程中可以量化地计算振荡幅值和频率，是一种更为准确的稳定性分析方法。它的基本思想是：在正弦输入作用下，系统非线性环节的输出可用一次谐波分量来近似表示，从而获得非线性环节的近似等效频率特性。该方法的应用需满足以下条件：1)非线性系统可简化为一个非线性环节和一个线性部分闭环连接的典型结构；2)非线性环节的输出特性应是输入的奇函数；3)系统的线性部分应具有较好的低通滤波性能。所述光伏发电系统恰好满足上述条件，而描述函数法给出的振荡信息，可以帮助设计补偿控制器，进而增强系统稳定性，避免振荡事故发生。

发明内容

本发明旨在提出一种基于描述函数法的光伏并网系统稳定控制方法，将控制参数与电网强度参数关联起来，从而实现系统稳定控制，避免发生振荡事故。

本发明采用如下技术方案：

一种基于描述函数的光伏并网系统稳定控制方法，所述光伏并网系统主要包括光伏板、变流器、变流器控制器和直流电网。其中变流器控制器主要包含功率环、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推倒得到简化传递函数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