一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法及系统，利用信息模块建立光伏虚拟同步发电机并网小信号模型；分析模块结合小信号模型，利用状态空间策略分析光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理，构建状态空间矩阵；计算模块求解状态空间矩阵的特征值和左右特征向量，获取光伏虚拟同步发电机并网谐振发生时各节点的谐振参与因子，分别进行计算处理；分析模块利用李雅普诺夫分析策略、谐振参与因子分析元件参数对谐振稳定性的影响，获得谐振的影响规律。本发明专利技术通过状态空间策略分析光伏虚拟同步发电机并网谐振机理，准确参数、元件对稳定性的影响，为实际工程中光伏虚拟同步发电机参数设计与优化、评估光伏并网电能质量提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法及系统
本专利技术涉及新能源并网稳定性
，尤其涉及一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法及系统。
技术介绍
大型光伏电站在投入运行之前必须满足电网稳定运行的要求，即光伏电站必须具有电源性能特征，可以参与系统频率和电压的调节，传统的光伏逆变器并网，由于光伏阵列不如风力发电系统具有旋转部件为系统提供惯量响应特性，不能进行自调频、自调压。光伏虚拟同步发电机通过光伏与储能的协调配合，实现系统一次调频的功能，提高系统的阻尼特性和干扰抑制能力，被大量投入使用。与传统虚拟同步发电机相比，储能变流器的接入增加了光伏虚拟同步发电机系统的复杂性。大容量光伏虚拟同步发电机接入弱电网后，容易引发振荡问题。所以研究光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理对新能源发展有着重大的实际意义。现有的光伏并网谐振分析存在以下问题：目前国内外对大容量光伏电站的研究，主要集中在：一、传统的光伏逆变器并网稳定性分析；二、多逆变器并网的建模与大电网的交互作用；建立的模型较简单，极少考虑虚拟同步发电机的参数、以及光伏虚拟同步发电机特殊复杂结构对并网系统的稳定性影响。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法及系统，解决了现有谐振分析理论没有对具有复杂结构的光伏虚拟同步发电机进行准确可靠地进行谐振机理分析、无法确定谐振发生的准确激励元件问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：利用信息模块建立光伏虚拟同步发电机并网小信号模型；分析模块结合所述小信号模型，利用状态空间策略分析所述光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理，构建状态空间矩阵；计算模块求解所述状态空间矩阵的特征值和左右特征向量，并获取所述光伏虚拟同步发电机并网谐振发生时各节点的谐振参与因子，分别进行计算处理；所述分析模块利用李雅普诺夫分析策略、所述谐振参与因子分析元件参数对谐振稳定性的影响，获得所述谐振的影响规律。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：所述小信号模型包括，光伏电源模型、DC/DC升压型变流器模型、锁相环模型、逆变器模型、控制模型、频率滤波模型。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：建立所述光伏电源模型、所述DC/DC升压型变流器模型、所述锁相环模型具体包括，所述信息模块(100)利用标准试验条件下电路参数构建所述光伏电源模型，如下，其中，Iscref,Uocref,Imref,Umref,(Sref＝1000W/m2,Tref＝25℃)，光伏阵列在MPPT控制下，短路电流为Iscref，开路电压为Uocref，Imref,和Umref为光伏板获得最大功率时实际电流和电压；将DC/DC设置于boost条件下构建所述DC/DC升压型变流器模型，如下，其中，Cin、RCin为输入电容及其寄生电阻，Co、RCo为输出滤波电容及其寄生电阻，L、RL为输入滤波电感及其寄生电阻，IL为BOOST部分初始电流给定值，D’为占空比，fN为电网额定频率50Hz，f0为电网实际频率，PN为光伏虚拟同步机额定功率500kW，Kf为有功调频系数，Tj为虚拟同步机惯性时间常数；构建所述锁相环模型如下，其中，ωg为额定角速度；xpl为锁相环积分器的输出；θpl为锁相锁得的相角；Kppl、Kipl分别为锁相环比例控制器系数和积分控制器系数。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：建立所述逆变器模型、所述控制模型、所述频率滤波模型包括，构建所述逆变器模型如下，其中，Lg、Cg分别为光伏虚拟同步发电机的滤波电感和电容，L1、R1分别为PCC点与无穷大电网间线路的电感和电阻，uid、uiq、iid、iiq分别为VSG输出电压和电流的d-q轴分量，uod、uoq分别为PCC点电压的d-q轴分量，iod、ioq分别为传输线路电流d-q轴分量，ugd、ugp分别为无穷大电网电压的d-q轴分量，udc为直流侧电压，Cdc为直流侧稳态电容；构建所述控制模型如下，其中，Φd为直流电压控制环节引入的状态变量，γd、γq分别为电流环d-q轴引入的状态变量，分别为d-q轴电流参考值；udc为直流侧电压，Kvp1、Kkvi1、Kp1、Ki1、Kp2、Ki2分别为双环PI控制器的比例和积分控制系数；构建所述频率滤波模型如下，其中，fpl、dfpl/t分别为锁相环锁得的系统频率和频率的微分；fpl_f、dfpl_f/t分别为经过低通滤波的分量；ωc2为低通滤波器的截止频率。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：所述分析模块利用公式构建状态空间方程，获得状态方程矩阵，将所述状态方程矩阵的系数作为所述状态空间矩阵，包括，所述分析模块结合所述小信号模型，利用状态空间策略分析所述光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理，构建所述状态空间矩阵如下，其中，Δx为系统状态变量；Δu为输入量；A和B为系数矩阵。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：将所述状态空间矩阵化成线性方程A，求解特征根值，判断是否属于振荡模态包括，分析所述状态空间矩阵内的线性化方程A确定所述小信号模型的稳定性，所述线性化方程A如下，其中，令λi为状态方程的第i个特征值，λi的大小决定系统不同的特征模态，例如λi为实数，则表示相关模态为非振荡模态，若λi为正实数，表示相关模态为非周期性不稳定，若λi为负实数，表示相关模态为衰减模态。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法的一种优选方案，其中：计算所述特征值包括，定义计算的所述特征值为一对复数，公式如下，λ＝σ±jω所述特征值与振荡模态相关，所述特征值的实部刻画了所述小信号模型对振荡的阻尼，而虚部则指出所述振荡的频率，负实部表示衰减所述振荡，正实部表示增幅所述振荡，所述振荡的频率为，定义阻尼比，如下，其决定了振荡幅值的衰减率和衰减特性，所述阻尼比越低则所述谐振频率越不稳定。作为本专利技术所述的一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法，其特征在于：包括，/n利用信息模块(100)建立光伏虚拟同步发电机并网小信号模型；/n分析模块(200)结合所述小信号模型，利用状态空间策略分析所述光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理，构建状态空间矩阵；/n计算模块(300)求解所述状态空间矩阵的特征值和左右特征向量，并获取所述光伏虚拟同步发电机并网谐振发生时各节点的谐振参与因子，分别进行计算处理；/n所述分析模块(200)利用李雅普诺夫分析策略、所述谐振参与因子分析元件参数对谐振稳定性的影响，获得所述谐振的影响规律。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法，其特征在于：包括，
利用信息模块(100)建立光伏虚拟同步发电机并网小信号模型；
分析模块(200)结合所述小信号模型，利用状态空间策略分析所述光伏虚拟同步发电机的并网谐振机理，构建状态空间矩阵；
计算模块(300)求解所述状态空间矩阵的特征值和左右特征向量，并获取所述光伏虚拟同步发电机并网谐振发生时各节点的谐振参与因子，分别进行计算处理；
所述分析模块(200)利用李雅普诺夫分析策略、所述谐振参与因子分析元件参数对谐振稳定性的影响，获得所述谐振的影响规律。


2.如权利要求1所述的基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法，其特征在于：所述小信号模型包括，
光伏电源模型、DC/DC升压型变流器模型、锁相环模型、逆变器模型、控制模型、频率滤波模型。


3.如权利要求1或2所述的基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法，其特征在于：建立所述光伏电源模型、所述DC/DC升压型变流器模型、所述锁相环模型具体包括，
所述信息模块(100)利用标准试验条件下电路参数构建所述光伏电源模型，如下，









其中，Iscref,Uocref,Imref,Umref,(Sref＝1000W/m2,Tref＝25℃)，光伏阵列在MPPT控制下，短路电流为Iscref，开路电压为Uocref，Imref,和Umref为光伏板获得最大功率时实际电流和电压；
将DC/DC设置于boost条件下构建所述DC/DC升压型变流器模型，如下，


















其中，Cin、RCin为输入电容及其寄生电阻，Co、RCo为输出滤波电容及其寄生电阻，L、RL为输入滤波电感及其寄生电阻，IL为BOOST部分初始电流给定值，D’为占空比，fN为电网额定频率50Hz，f0为电网实际频率，PN为光伏虚拟同步机额定功率500kW，Kf为有功调频系数，Tj为虚拟同步机惯性时间常数；
构建所述锁相环模型如下，






其中，ωg为额定角速度；xpl为锁相环积分器的输出；θpl为锁相锁得的相角；Kppl、Kipl分别为锁相环比例控制器系数和积分控制器系数。


4.如权利要求2所述的基于光伏虚拟同步发电机并网谐振分析的方法，其特征在于：建立所述逆变器模型、所述控制模型、所述频率滤波模型包括，
构建所述逆变器模型如下，
























其中，Lg、Cg分别为光伏虚拟同步发电机的滤波电感和电容，L1、R1分别为PCC点与无穷大电网间线路的电感和电阻，uid、uiq、iid、iiq分别为VSG输出电压和电流的d-q轴分量，uod、uoq分别为PCC点电压的d-q轴分量，iod、ioq分别为传输线路电流d-q轴分量，ugd、ugp分别为无穷大电网电压的d-q轴分量，udc为直流侧电压，Cdc为直流侧稳态电容；
构建所述控制模型如下，


















其中，Φd为直流电压控制环节引入的状态变量，γd、γq分别为电流环d-q轴引入的状态变量，分别为d-q轴电流参考值；udc为直流侧电压，Kvp1、Kkvi1、Kp1、Ki1、Kp2、Ki2分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华昕，李丝雨，赵永熹，刘美娜，褚启迪，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31