用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，属于新能源发电控制领域，包括：对直流侧电容电压实际值和直流侧电容电压指令值之间的差值进行积分调节，得到频率调节量；直流侧电容电压指令值通过对频率调节量进行比例控制并引入有功备用点处直流电压得到；计算频率调节量和逆变器输出频率指令值之和，得到逆变器实际输出频率并转换为相角指令信号；检测光伏系统的输出无功功率以进一步计算滤波电容电压在dq轴下的指令值；根据相角指令信号和滤波电容电压在dq轴下的指令值生成PWM信号以控制光伏系统中的功率器件。实现无储能单元的新能源光伏系统处于有功备用模式参与电网的一次调频。有功备用模式参与电网的一次调频。有功备用模式参与电网的一次调频。

【技术实现步骤摘要】
用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法


[0001]本专利技术属于新能源发电控制领域，更具体地，涉及一种用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法。

技术介绍

[0002]为了应对气候变化和能源危机等问题，近年来，风力、光伏等清洁能源装机容量不断增加。传统的光伏逆变器多以最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)方式运行，以实现光伏电池的功率利用最大化，但是在电网频率事件中无法提供额外的有功出力，不能进行有功调频和实现有功功率的灵活可控，因而，电力系统在低惯性弱阻尼下很容易受到功率波动与系统故障的影响。基于此，虚拟同步发电机技术应运而生，可控制光伏逆变器在一定程度上模拟同步发电机的运行特征，具有其转动惯性与阻尼的外特性。
[0003]国内外研究者提出了诸多将虚拟同步发电机控制技术应用到光伏系统中的控制方法。目前，广泛使用的是光伏系统直流侧配备储能设备，以满足动态调节过程能量的吸收与释放，实现多种能源优势互补，增强系统稳定性。但是，在光伏系统中配备储能单元，会受到储能电池成本昂贵，硬件电路改造复杂的限制。文献“一种有功备用式光伏虚拟同步控制策略”提出一种有功备用式的光伏虚拟同步发电机控制策略，但是其采用的是电流源控制方式，仍然受到锁相环所带来的弱电网稳定性问题，并且无法应用到孤岛系统中。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，其目的在于实现无储能单元的新能源光伏系统处于有功备用模式参与电网的一次调频。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，包括：S1，对直流侧电容电压实际值和直流侧电容电压指令值之间的差值进行积分调节，得到频率调节量；其中，所述直流侧电容电压指令值通过对所述频率调节量进行比例控制并引入有功备用点处直流电压后得到；S2，计算所述频率调节量和逆变器输出频率指令值之和，得到逆变器实际输出频率，并将所述逆变器实际输出频率转换为相角指令信号；S3，检测光伏系统的输出无功功率，并根据所述输出无功功率，依次进行无功功率
‑
电压下垂控制、励磁调节控制和虚拟阻抗控制，得到滤波电容电压在dq轴下的指令值；S4，根据所述相角指令信号和滤波电容电压在dq轴下的指令值生成PWM信号，并根据所述PWM信号控制光伏系统中的功率器件。
[0006]更进一步地，所述直流侧电容电压指令值通过对所述频率调节量进行比例控制并引入有功备用点处直流电压、以及引入附加直流电压指令值后得到；其中，所述附加直流电压指令值通过对系统频率与所述逆变器输出频率指令值之间的差值进行微分反馈控制后得到。
[0007]更进一步地，所述直流侧电容电压指令值为：
[0008]u
dcref
＝u
dcN
+K
f
Δf+Δu
dc2
[0009][0010]其中，u
dcref
为所述直流侧电容电压指令值，u
dcN
为有功备用点处直流电压，Δu
dc2
为所述附加直流电压指令值，K
f
为第一比例系数，Δf为所述频率调节量，f
ref
为逆变器输出频率指令值，M为微分系数，τ为一阶惯性环节时间常数，f
g
为系统频率。
[0011]更进一步地，在所述S1之前还包括：根据光伏系统的PV特性曲线，利用最大功率跟踪算法确定最大功率点处的功率和电压，控制光伏系统运行在最大功率点处的电压和光伏电源开路电压之间；根据最大功率点处的功率以及光伏系统备用容量占比计算有功备用点处功率，调节直流侧电容电压指令值使得光伏系统输出为所述有功备用点处功率，从而得到有功备用点处直流电压。
[0012]更进一步地，当光伏系统由孤岛运行切换为并网运行时，调节逆变器输出频率指令值和所述无功功率
‑
电压下垂控制得到的机端输出电压幅值指令值，以控制公共耦合点电压与电网电压的幅值、频率和相位一致。
[0013]更进一步地，调节后的逆变器输出频率指令值为：
[0014][0015]其中，f
r
'
ef
为调节后的逆变器输出频率指令值，f
ref
为调节前的逆变器输出频率指令值，K
pt
为第二比例系数，K
it
为第二积分系数，θ
g
为电网电压的相位，θ
pcc
为公共耦合点电压的相位；所述逆变器实际输出频率为调节后的逆变器输出频率指令值与所述频率调节量之和。
[0016]更进一步地，调节后的机端输出电压幅值指令值为：
[0017][0018]其中，u'
cref
为调节后的机端输出电压幅值指令值，u
cref
为调节前的机端输出电压幅值指令值，K
pu
为第三比例系数，K
iu
为第三积分系数，u
g
为电网电压的幅值，u
pcc
为公共耦合点电压的幅值；所述S3中根据调节后的机端输出电压幅值指令值再依次进行励磁调节控制和虚拟阻抗控制，得到滤波电容电压在dq轴下的指令值。
[0019]更进一步地，所述滤波电容电压在dq轴下的指令值为：
[0020][0021][0022]其中，u
cdref
、u
cqref
分别为滤波电容电压在d、q轴下的指令值，L
v
为虚拟电感，i
od
、i
oq
分别为逆变器输出电流在d、q轴下的值，t为时间，ω为逆变器输出的角频率，E为光伏系统的空载电势。
[0023]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同
步机控制方法。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0025](1)提出用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，无需对光伏系统的源端进行储能单元配置和硬件电路改造，大大降低了改造成本；在此基础上，对直流侧电压进行调控，引入频率电压比例控制，实现光伏系统工作在有功备用模式，具备参与电网的一次调频的能力，满足光伏系统的虚拟同步改造需求，且方法操作简单、易于工程实施；
[0026](2)通过设计频率的微分反馈环节，可以在光伏系统遭受大功率缺额时为系统提供惯性支撑，有利于系统的频率稳定；
[0027](3)通过设计幅值同步控制和相位同步控制，实现光伏系统输出电压跟踪电网电压，从而实现并网与离网两种模式下无缝切换运行，提高了本地负载的供电可靠性，同时减少了对电网的冲击。
附图说明
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：S1，对直流侧电容电压实际值和直流侧电容电压指令值之间的差值进行积分调节，得到频率调节量；其中，所述直流侧电容电压指令值通过对所述频率调节量进行比例控制并引入有功备用点处直流电压后得到；S2，计算所述频率调节量和逆变器输出频率指令值之和，得到逆变器实际输出频率，并将所述逆变器实际输出频率转换为相角指令信号；S3，检测光伏系统的输出无功功率，并根据所述输出无功功率，依次进行无功功率
‑
电压下垂控制、励磁调节控制和虚拟阻抗控制，得到滤波电容电压在dq轴下的指令值；S4，根据所述相角指令信号和滤波电容电压在dq轴下的指令值生成PWM信号，并根据所述PWM信号控制光伏系统中的功率器件。2.如权利要求1所述的用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述直流侧电容电压指令值通过对所述频率调节量进行比例控制并引入有功备用点处直流电压、以及引入附加直流电压指令值后得到；其中，所述附加直流电压指令值通过对系统频率与所述逆变器输出频率指令值之间的差值进行微分反馈控制后得到。3.如权利要求2所述的用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述直流侧电容电压指令值为：u
dcref
＝u
dcN
+K
f
Δf+Δu
dc2
其中，u
dcref
为所述直流侧电容电压指令值，u
dcN
为有功备用点处直流电压，Δu
dc2
为所述附加直流电压指令值，K
f
为第一比例系数，Δf为所述频率调节量，f
ref
为逆变器输出频率指令值，M为微分系数，τ为一阶惯性环节时间常数，f
g
为系统频率。4.如权利要求1所述的用于源端无储能配置的光伏系统的虚拟同步机控制方法，其特征在于，在所述S1之前还包括：根据光伏系统的PV特性曲线，利用最大功率跟踪算法确定最大功率点处的功率和电压，控制光伏系统运行在最大功率点处的电压和光伏电源开路电压之间；根据最大功率点处的功率以及光伏系统备用容量占比计算有功备用点处功率，调节直流侧电容电压指令值使得光伏系统输出为所述有功备用点处功率，从而得到有功备用点处直流电压。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的用于源端无储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：林新春，孙慧强，陈松柏，柳丹，冀肖彤，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：