一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法技术

本发明专利技术公开了一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，该方法是在光伏并网逆变器电压控制环节中引入虚拟阻抗改变参考信号，通过限制网侧电压突变造成的电流越限现象，起到故障期间电压支撑作用，进一步的通过分析发生对称和不对称短路障后的正、负序电压、电流，得出虚拟阻抗幅值及阻感比。本发明专利技术在光伏并网逆变器电压控制环节中引入虚拟阻抗改变参考信号，通过限制网侧电压突变造成的电流越限现象，可以有效提供故障期间的电压支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法


[0001]本专利技术涉及一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，该方法在光伏并网逆变器电压控制环节中引入虚拟阻抗改变参考信号的方法，起到故障期间电压支撑作用。

技术介绍

[0002]随着电网容量不断增加，光伏等新能源发电大规模接入，其间歇性、不稳定性会影响电力系统稳定性。尤其是随着光伏并网规模的增大，如何保证电站安全稳定运行，不会因为网侧接地故障引起系统阻抗降低、线路过流，或者故障切除后无功过剩、并网电压骤升等现象，成为最近光伏并网控制领域研究热点。
[0003]为了提高光伏并网逆变器故障发生和切除后的电压、电流变化应对能力，目前有两类方案，一种是添加主动、被动硬件设备，比如：无功补偿装置、储能设备、crowbar电路来稳定电压、限制过流，但这些成套硬件设备，使改造成本大幅增加，与本身发电设备之间的协调控制也较为复杂。一种是通过改进控制算法，实现光伏并网逆变器输出电流限制和并网点电压支撑。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，具体是在光伏并网逆变器电压控制环节中引入虚拟阻抗改变参考信号，通过限制网侧电压突变造成的电流越限现象，起到故障期间电压支撑作用，进一步的通过分析发生对称和不对称短路障后的正、负序电压、电流，得出虚拟阻抗幅值及阻感比。
[0005]本专利技术采取如下技术方案来实现的：
[0006]一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，包括以下步骤：/>[0007]1)根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型；
[0008]2)对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型；
[0009]3)根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，忽略并网逆变器自身损耗，得到电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式；
[0010]4)根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；
[0011]5)当网侧接地后，线路等效阻抗迅速降低，用步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数中dq两相坐标系下电压表示等效下降阻抗压降；
[0012]6)采用虚拟阻抗就是补偿步骤5)等效下降阻抗压降，定义虚拟阻抗表达式，并在dq坐标系下得到虚拟阻抗压降表达式；
[0013]7)为了抑制谐波对虚拟电抗参数的影响，在虚拟电抗电压控制中引入低通滤波器
对步骤6)输入电流进行滤波处理，得到虚拟阻抗压降低通滤波表达式；
[0014]8)根据步骤7)虚拟阻抗压降低通滤波表达式，分析不对称短路，对称短路时，正、负序电流，进一步的得到虚拟阻抗幅值；
[0015]9)当发生对称短路故障后，根据步骤8)对称短路时，正、负序电流，得到故障点电压表达式，进一步的得到对称短路故障阻感比；
[0016]当发生不对称短路故障后，根据步骤8)不对称短路时，正、负序电流，得到正、负序电压与并网点电压表达式，进一步的得到对称短路故障阻感比。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型：
[0018]其中：L表示线路等效电感；R表示线路等效电阻；U
abc
、i
abc
为逆变器输出交流三相电压、电流；e
abc
为网侧三相电压。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型：
[0020]其中：
[0021]其中，T
abc
→
dq0
为Park变换矩阵，ω为电角速度；并网逆变器电压方程在dq坐标系下存在交叉耦合项，采用前馈解耦控制，将交叉耦合项视为扰动，作为后续电流控制系统中的前馈补偿项。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，忽略并网逆变器自身损耗，得到电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式：
[0023]其中：d轴与电压合成矢量E
s
为同一方向，e
d
＝E
s
，e
q
＝0；e
d
恒定时，i
d
控制并网逆变器有功功率和直流母线电压；i
q
控制并网逆变器无功功率。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数：
[0025]其中：K
p
和K
I
分别为电流PI控制中的比例调节系数和积分调节系数，i
d*
和i
q*
为电
流参考值；光伏并网逆变器正常工作时，并网点电压准确跟踪电压基准值，即u
d
＝u
d*
、u
q
＝u
q*
。
[0026]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：当网侧接地后，线路等效阻抗迅速降低，用步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数中dq两相坐标系下电压表示等效下降阻抗压降：
[0027]其中：u
Vd
、u
Vq
为发生故障后，线路等效下降阻抗的压降。
[0028]本专利技术进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：采用虚拟阻抗就是补偿步骤5)等效下降阻抗压降，定义虚拟阻抗表达式：Z
V
(s)＝-R
V
+sL
V
；
[0029]其中：R
V
、L
V
为虚拟电阻、虚拟电感；并在dq坐标系下得到虚拟阻抗压降表达式：
[0030]本专利技术进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：为了抑制谐波对虚拟电抗参数的影响，在虚拟电抗电压控制中引入低通滤波器对步骤6)输入电流进行滤波处理，得到虚拟阻抗压降低通滤波表达式：
[0031]其中：ω
c.lpf
为一阶低通滤波器的截止频率。
[0032]本专利技术进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：根据步骤7)虚拟阻抗压降低通滤波表达式，定义正序电压、电流为u
f1
、i
f1
；负序电压、电流为u
f2
、i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型；2)对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型；3)根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，忽略并网逆变器自身损耗，得到电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式；4)根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；5)当网侧接地后，线路等效阻抗迅速降低，用步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数中dq两相坐标系下电压表示等效下降阻抗压降；6)采用虚拟阻抗就是补偿步骤5)等效下降阻抗压降，定义虚拟阻抗表达式，并在dq坐标系下得到虚拟阻抗压降表达式；7)为了抑制谐波对虚拟电抗参数的影响，在虚拟电抗电压控制中引入低通滤波器对步骤6)输入电流进行滤波处理，得到虚拟阻抗压降低通滤波表达式；8)根据步骤7)虚拟阻抗压降低通滤波表达式，分析不对称短路，对称短路时，正、负序电流，进一步的得到虚拟阻抗幅值；9)当发生对称短路故障后，根据步骤8)对称短路时，正、负序电流，得到故障点电压表达式，进一步的得到对称短路故障阻感比；当发生不对称短路故障后，根据步骤8)不对称短路时，正、负序电流，得到正、负序电压与并网点电压表达式，进一步的得到对称短路故障阻感比。2.根据权利要求1所述的一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型：其中：L表示线路等效电感；R表示线路等效电阻；U
abc
、i
abc
为逆变器输出交流三相电压、电流；e
abc
为网侧三相电压。3.根据权利要求2所述的一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型：其中：其中，T
abc
→
dq0
为Park变换矩阵，ω为电角速度；并网逆变器电压方程在dq坐标系下存在交叉耦合项，采用前馈解耦控制，将交叉耦合项视为扰动，作为后续电流控制系统中的前馈
补偿项。4.根据权利要求3所述的一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，忽略并网逆变器自身损耗，得到电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式：其中：d轴与电压合成矢量E
s
为同一方向，e
d
＝E
s
，e
q
＝0；e
d
恒定时，i
d
控制并网逆变器有功功率和直流母线电压；i
q
控制并网逆变器无功功率。5.根据权利要求4所述的一种利用虚拟阻抗提高光伏故障电压支撑能力方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电压定向dq坐标系下有功功率P和无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数：其中：K
p
和K
I
分别为电流PI控制中的比例调节系数和积分调节系数，i
d*
和i
q*
为电流参考值；光伏并网逆变器正常工作时，并网点电压准确跟踪电压基准值，即u
d
＝u
d*
、u
q
＝u
q*
。6.根据权利要求5所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨沛豪，寇水潮，王小辉，高峰，孙梦瑶，赵俊博，贺婷，李志鹏，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：