[发明专利]提高组网型并网逆变器暂态稳定性的控制方法及装置

说明书

本发明涉及一种提高组网型并网逆变器暂态稳定性的控制方法及装置，通过有功功率控制环、无功功率控制环、电流电压控制环对并网逆变器进行控制，有功功率控制环实现控制时，利用频率偏差Δω依次经过一个积分环节和一个比例环节，再与频率偏差Δω通过一个乘法器相乘，得到反馈功率ΔP，将反馈功率ΔP负反馈到有功功率控制环的前端。本发明能够有效提高组网型并网逆变器暂态稳定性，且易于实现。

技术领域

本发明涉及一种提高组网型并网逆变器暂态稳定性的控制方法及装置。

背景技术

电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)在可再生能源系统、分布式发电系统和电气化运输系统中被广泛用作电网接口，将直流电转换为交流电。但由于短路故障等原因，VSI可能会在严重的三相电压跌落下运行。

目前，关于电压骤降期间并网VSI暂态稳定性的研究主要集中在采用矢量控制的更网型VSI和组网型VSI。由于弱电网的短路比(short-circuit rate,SCR)较小，跟网型VSI中的锁相环在电网电压骤降期间容易失去稳定性。而组网型VSI不含锁相环，相当于受控电压源，使用不同的有功功率控制方案已有几种组网型VSI控制方法，包括下垂控制、功率同步控制、虚拟振荡器控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制。在这些方法中，VSG控制是最简单和最广泛使用的情况，其中VSI被控制以模拟同步发电机的动态。

VSG控制器的实现灵活性使得可以在了解暂态失稳机理的前提下设计相应的辅助控制方法来增强暂态稳定性。现有技术中，提出了向无功功率控制回路添加低通滤波器可以提高瞬态稳定性的方法，但这种方法增加了控制系统的阶数，使得系统分析更加复杂。现有技术中，还提出了一种自适应惯性方法，可以减少电网故障期间的频率偏差，以提高暂态稳定性。然而，该方法依赖微分元件来检测频率变化的方向，实现起来很复杂。现有技术中，还提出了一种VSG模式切换的方法，该方法可以在电网故障时改变VSG模式，即使没有平衡工作点也可以实现故障穿越，提高暂态稳定性。但是这种方法需要检测频率和有功功率的变化，也依赖于微分分量，实际实现起来比较复杂。现有技术中，还提出一种方法，基于锁相环估计的电网频率与 VSG的有功功率控制环中的角频率之间的差值，设计了一种瞬态阻尼器。然而，这种方法依赖于锁相环来获取电网的频率，而在电压骤降期间锁相环可能会失去稳定性。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种提高组网型并网逆变器暂态稳定性的控制方法及装置，能够有效提高组网型并网逆变器暂态稳定性，且易于实现。

基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：

1、一种提高组网型并网逆变器暂态稳定性的控制方法，通过有功功率控制环、无功功率控制环、电流电压控制环对并网逆变器进行控制，有功功率控制环实现控制时，利用频率偏差Δω依次经过一个积分环节和一个比例环节，再与频率偏差Δω通过一个乘法器相乘，得到反馈功率ΔP，将反馈功率ΔP负反馈到有功功率控制环的前端。

进一步地，反馈功率ΔP通过如下公式获得，

ΔP＝Δω·k_mi∫Δωdt

式中，Δω为频率偏差，k_mi为比例环节的比例系数。

进一步地，有功功率控制环的控制模型公式为，

式中，D_p是阻尼系数，J是虚拟惯量，Δω是频率偏差，ω₀是电网基准频率，ΔP是反馈功率，P是电网有功功率，P_ref是电网有功功率参考值，θ_ref是电网电压相角参考值，也是有功功率控制环的输出值。

进一步地，比例系数k_mi通过如下方法获得，