[发明专利]一种极弱电网下并网逆变器正交功率同步控制方法

说明书

本发明公开了一种极弱电网下并网逆变器正交功率同步控制方法，通过引入虚拟功率的概念，分析了在对虚拟功率进行直接控制时，逆变器的功角运行范围和稳定性提升的原理；进而，提出了一种正交功率同步控制策略，所提出的方法能够抑制故障期间VSC与电网之间的功角偏移，防止VSC失去静态工作点，避免同步失稳问题，提升了并网逆变器在极弱电网工况下的同步稳定性。本发明能避免并网逆变器在极弱电网出现电压跌落情况下的同步失稳问题，无需检测电网故障工况，且无需进行模式切换，提高了并网逆变器的暂态稳定性。

技术领域

本发明属于换流器的并网运行控制策略技术领域，尤其涉及一种极弱电网下并网逆变器正交功率同步控制方法。

背景技术

近年来，在全球能源危机和环境问题不断加剧的背景下，国内外风力、光伏等可再生能源得到了快速的发展。继巴黎协定之后，我国提出在2030年前二氧化碳排放量达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和,可再生能源产业在迎来大发展机遇的同时也面临着弱电网并网运行时的稳定性问题。多种新型稳定问题的存在，给电网的安全运行带来了极大的挑战，逆变器的稳定性对电网的安全稳定运行具有重要意义。

随着可再生能源渗透率的进一步提高，交流系统逐渐变弱，如矢量电流控制、直接功率控制、下垂控制等传统换流器控制策略在极弱电网下的安全稳定运行缺乏深入的研究。为了改善电压源换流器(voltage source converter,VSC)在弱交流电网下的控制性能，有学者提出了功率同步控制策略(power synchronization control,PSC)，通过模拟传统同步电机的同步机理，有效增强了VSC在弱电网工况下的稳定性。已有学者将其应用于高压直流输电弱受端换流器中，实现了弱电网条件下电压源换流器的并网稳定运行。

在高比例新能源电力系统中，电网故障时，相比逆变器脱网或者切换控制策略，保证逆变器的良好同步运行与稳定的输出更具有意义与价值。由于换流器在极弱电网工况下存在功角接近稳定运行极限功角稳定裕度低的问题，逆变器的工作状态更易受到电网故障的影响，造成换流器的暂态工作点丢失，进而引发同步失稳。因此，极弱电网下功率同步控制的暂态稳定性提升十分重要。

发明内容

为解决并网逆变器在极弱电网条件下功角稳定裕度低，易在电网电压跌落故障时发生暂态同步失稳的技术问题，本发明提供一种极弱电网下并网逆变器正交功率同步控制方法。

本发明的一种极弱电网下并网逆变器正交功率同步控制方法，通过引入虚拟功率，分析采用传统有功功率实现同步与采用虚拟功率实现同步的逆变器暂态稳定特性，进而提出了正交功率同步控制策略，所提出的方法能够抑制故障期间VSC与电网之间的功角偏移，防止VSC失去静态工作点，避免同步失稳问题。无需检测电网故障工况，且无需进行控制模式切换，提高了并网逆变器的控制性能。具体为：

(1)所述的虚拟功率的获得具体采用以下方式：

以电网电压相位为参考，将VSC输出电压u逆时针旋转π/2rad以虚拟正交电压u_v。在并网条件相同的情况下，可得输出电压为u_v的虚拟正交并网逆变器系统，该虚拟正交系统输出电压与VSC输出实际电压在αβ坐标系下有如下关系：

实际并网逆变器的输出电流i_gαβ可在αβ坐标系下记作：

虚拟正交并网逆变器的输出电流i_gvαβ的表达式为：

通过整理实际并网逆变器的输出电流与虚拟电流之间的关系，虚拟正交并网逆变器输出电流i_gvαβ可由实际并网电流表示：

其中线路阻抗L_g可以通过在线阻抗测量得到。