一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法及系统，属于光伏发电控制技术领域。本发明专利技术根据传统同步发电机通过单相励磁机进行负序补偿的机理，建立虚拟同步发电机机模型，对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制；并根据虚拟发电机模型生成光伏逆变器电流闭环控制的电流指令，使逆变器电流闭环控制对同步机定子电流进行跟踪。本发明专利技术对虚拟同步发电机的内电势采用分相控制，使光伏逆变器在三相电网电压或负荷不平衡的工况下，自主补偿无功，协助支撑并网点电压的平衡。

Steady state voltage balance control method and system for photovoltaic inverter

The invention relates to a method and a system for controlling the steady-state voltage balance of a photovoltaic inverter, which belongs to the technical field of photovoltaic power generation control. According to the mechanism of traditional synchronous generator negative sequence compensation through single-phase exciter, virtual synchronous generator model, internal potential of virtual synchronous generator model with phase control; and according to the current instruction of virtual generator model generation photovoltaic inverter current closed-loop control, tracking control of synchronous machine stator current for the inverter current loop. In the invention, the internal potential of the virtual synchronous generator is controlled by the phase separation, so that the photovoltaic inverter can automatically compensate reactive power under the condition of unbalanced voltage or load of the three phase power network, and the voltage of the grid and the grid can be supported.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法及系统，属于光伏发电控制

技术介绍
由太阳能资源固有特性所决定的分布式光伏间歇性、随机性的大范围出力波动，在分布式光伏集群性高渗透率并网情况下，会引起配电网潮流出现大范围变化，变化的频度和速度都超过一般性的负荷变化，从而导致配电网出现电压偏差越限、电压波动加大等问题，并且光伏并网点的电压偏差和波动幅度都高于配电网侧，仅依靠配电网调节变压器分接头和投切并联电容器等常规措施将无法满足全局性的无功电压调节需求；另一方面，光伏逆变器本身又具有无功调节能力，如果能够得到充分利用以提高其自适应控制能力和电网友好性，反而可以提高配电网的无功电压调节能力。目前，分布式光伏电压无功控制手段主要有恒定无功功率控制、功率因数控制以及瞬态无功支撑控制三种形式，在实际应用中，上述方式虽然能实现分布式光伏的电压无功控制，但由于其无法模拟同步发电机励磁调节系统工作原理，在并网点电压无功调节的快速性、精确性、自主性方面均存在缺陷。为有效应对这些缺陷，国内外近几年对虚拟同步发电机技术开展了大量研究，采用虚拟同步发电机技术能使光伏逆变器既可对并网点电压进行稳态调节，同时还可实现对电网的动态无功支撑，但目前这方面的研究均基于三相电压平衡的工况，电势幅值为三相统一控制，当电网或负荷不对称的时候，无法对电网进行平衡支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法及系统，以优化光伏并网逆变器的无功运行特性。本专利技术为解决上述技术问题提供了一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，该控制方法包括以下步骤：1)建立虚拟同步发电机机模型，对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制；2)利用步骤1)中的虚拟发电机模型生成光伏逆变器电流闭环控制的电流指令，使逆变器电流闭环控制对同步机定子电流进行跟踪。所述步骤1)中的所建立的虚拟同步机的模型为：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω为虚拟同步机角速度，ω0为额定角速度，H为虚拟同步机惯性时间常数即空载时，额定转矩下电机从静止到额定转速的时间，Tm、Te分别为虚拟同步机机械转矩、电磁转矩，Kd为阻尼系数，R、L分别为虚拟同步机定子电阻和电感，eabc、uabc、iabc分别为虚拟同步机三相内电势、机端电压、定子电流。当机端电压采用一次调节方式时，所述步骤1)中内电势分相控制方式为：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步机空载内电势幅值，kQ-E、ku-E分别为无功-电压下垂系数、一次调压系数，Qref、Q分别为同步机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步机机端电压指令和相电压有效值。逆变器容量足够大时，机端电压采用二次调节方式，所述步骤1)中内电势分相控制方式为：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步机空载内电势幅值，kQ-E为无功-电压下垂系数，Qref、Q分别为同步机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步机机端电压指令和相电压有效值，HPI为PI控制器传递函数，Kp为比例系数，Ki为积分系数。本专利技术还提供了一种光伏逆变器稳态电压平衡控制系统，该控制系统包括内电势分相控制器、虚拟同步发电机模型、电流闭环控制模块和PWM模块，所述的内电势分相控制器用于对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制，所述的的虚拟同步发电机输出端与电流闭环控制模块的输入端连接，电流闭环控制模块的输出端与PWM模块的输入端连接，PWM模块的输出端控制连接光伏逆变器，通过电流闭环控制模块对同步机定子电流进行跟踪，以实现对光伏逆变器的控制。所述的虚拟同步发电机的模型为：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω为虚拟同步发电机角速度，ω0为额定角速度，H为虚拟同步发电机惯性时间常数即为空载时，额定转矩下电机从静止到额定转速的时间，Tm、Te分别为虚拟同步发电机机械转矩、电磁转矩，Kd为阻尼系数，R、L分别为虚拟同步发电机定子电阻和电感，eabc、uabc、iabc分别为虚拟同步发电机三相内电势、机端电压、定子电流。当机端电压采用一次调节方式时，所述内电势分相控制器采用的控制方式为：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步发电机空载内电势幅值，kQ-E、ku-E分别为无功-电压下垂系数、一次调压系数，Qref、Q分别为同步发电机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步发电机机端电压指令和相电压有效值。当机端电压采用二次调节方式时，所述内电势分相控制器采用的控制方式为：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步发电机空载内电势幅值，kQ-E为无功-电压下垂系数，Qref、Q分别为同步发电机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步发电机机端电压指令和相电压有效值，HPI为PI控制器传递函数，Kp为比例系数，Ki为积分系数。本专利技术的有益效果是:本专利技术根据传统同步发电机通过单相励磁机进行负序补偿的机理，建立虚拟同步发电机机模型，对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制；并根据虚拟发电机模型生成光伏逆变器电流闭环控制的电流指令，使逆变器电流闭环控制对同步机定子电流进行跟踪。本专利技术对虚拟同步发电机的内电势采用分相控制，使光伏逆变器在三相电网电压或负荷不平衡的工况下，自主补偿无功，协助支撑并网点电压的平衡。附图说明图1是本专利技术基于虚拟同步发电机特性的光伏逆变器稳态电压平衡控制方法的原理图；图2是虚拟同步发电机模型；图3是虚拟同步发电机内电势分相控制框图；图4是电网不平衡时的控制效果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的说明。本专利技术的一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法的实施例本专利技术的光伏逆变器稳态电压平衡控制方法针对的光伏并网系统如图1所示，包括光伏阵列、光伏逆变器、并网开关和电网，光伏阵列通过光伏逆变器和并网开关接入电网，光伏逆变器内环采用电流闭环控制，本专利技术通过虚拟同步发电机模型的控制使光伏逆变器获得与同步发电机类似的输出特性，实现对光伏逆变器的控制，该方法的具体实现过程如下：1.建立虚拟同步发电机模型，逆变器电流闭环控制对同步发电机定子电流进行跟踪。本实施例所建立的虚拟同步发电机的模型如图2所示，具体描述如下：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：1)建立虚拟同步发电机机模型，对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制；2)利用步骤1)中的虚拟发电机模型生成光伏逆变器电流闭环控制的电流指令，使逆变器电流闭环控制对同步机定子电流进行跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：1)建立虚拟同步发电机机模型，对虚拟同步发电机模型的内电势采用分相控制；2)利用步骤1)中的虚拟发电机模型生成光伏逆变器电流闭环控制的电流指令，使逆变器电流闭环控制对同步机定子电流进行跟踪。2.根据权利要求1所述的光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，其特征在于，所述步骤1)中的所建立的虚拟同步机的模型为：Δω(t)=12H∫0t(Tm-Te)dt-KdΔω(t)ω(t)=Δω(t)+ω0Ldiabcdt=eabc-uabc-Riabc]]>其中ω为虚拟同步机角速度，ω0为额定角速度，H为虚拟同步机惯性时间常数即空载时，额定转矩下电机从静止到额定转速的时间，Tm、Te分别为虚拟同步机机械转矩、电磁转矩，Kd为阻尼系数，R、L分别为虚拟同步机定子电阻和电感，eabc、uabc、iabc分别为虚拟同步机三相内电势、机端电压、定子电流。3.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，其特征在于，当机端电压采用一次调节方式时，所述步骤1)中内电势分相控制方式为：Ea＝E0+kQ-E(Qref-Q)+ku-E(UN-Ua)其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步机空载内电势幅值，kQ-E、ku-E分别为无功-电压下垂系数、一次调压系数，Qref、Q分别为同步机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步机机端电压指令和相电压有效值。4.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器稳态电压平衡控制方法，其特征
\t在于，逆变器容量足够大时，机端电压采用二次调节方式，所述步骤1)中内电势分相控制方式为：Ea=E0+kQ-E(Qref-Q)+HPI(UN-Ua)HPI=Kp(1+Kis)]]>其中Ea为虚拟同步机A相内电势幅值，E0为虚拟同步机空载内电势幅值，kQ-E为无功-电压下垂系数，Qref、Q分别为同步机无功调节指令和逆变器实际输出无功，UN、Ua分别为同步机机端电压指令和相电压有效值，HPI为PI控制器传递函数，Kp为比例系数，Ki为积分系数。5.一种光伏逆变器稳态电压平衡控制系统，其特征在于，该控制系统包括内电势分相控制器、虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，王林，张海龙，黄辉，曹建博，孙健，常乾坤，王存平，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，国网北京市电力公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继电气股份有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41