基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法，涉及并网逆变器控制技术领域。本发明专利技术将每个控制流程分为N+M个控制周期，其中，N个控制周期并网逆变器运行在电压源模式，M个控制周期并网逆变器运行在电流源模式，并通过计数的方式进行切换。本发明专利技术针对现有并网逆变器控制技术难以实现SCR大幅波动下稳定运行的问题，通过并网逆变器融合控制，并通过控制算法实现电压源模式和电流源模式的分时控制，融合两者模式的特性，提高并网逆变器稳定性，实现SCR大幅波动下的稳定运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法


[0001]本专利技术涉及并网逆变器控制
，具体涉及一种基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电渗透率的不断提高和位置的不断分散，需要用长距离输电线路以及多台变压器将新能源发电连接到配电网。因此，由于不可忽略的电网阻抗，公共电网一般呈现出弱电网特征。电网强弱一般根据短路比（SCR）来定义，当SCR>3时，是强电网，当2<SCR≤3时，是弱电网，当SCR≤2时，是极弱电网。此外，新能源发电的间歇性和波动性会导致SCR的大幅波动，这将严重威胁并网逆变器的稳定高效运行。并网逆变器的控制方式主要有两种：电流源模式和电压源模式。电流源模式控制的并网逆变器在强电网下具有较好的稳定性，而在弱电网以及极弱电网下稳定性较弱；相反的，电压源模式控制的并网逆变器在弱电网甚至极弱电网下，稳定性较好，而在强电网下难以稳定运行。
[0003]针对SCR大幅波动条件下并网逆变器的稳定性问题，已有多篇学术论文以及专利进行了研究，例如：1）文献“Impedance Adaptive Dual
‑
Mode Control of Grid
‑
Connected Inverters With Large Fluctuation of SCR and Its StabilityAnalysis Based on D
‑
Partition Method”.2021，36:14420
‑
14435.（“SCR大幅波动下并网逆变器阻抗自适应双模式控制及其基于D分割法的稳定性分析”，36卷14420
‑
14435页）中提出一种阻抗自适应双模式控制策略：在弱电网下采用电压源模式，在强电网下采用电流源模式，实现了SCR变化条件下的并网逆变器稳定运行。然而这种双模式控制策略依赖于精确的电网阻抗在线测量以及控制模式实时切换，这在大规模系统中应用十分困难。
[0004]2）文献“Hierarchical Mode
‑
Dispatching Control for Multi
‑
Inverter Power Stations”.2023，70:10044
‑
10054.（“多逆变器电站的分层模式调度控制”，2023年70卷10044
‑
10054页）中提出一种基于电流源和电压源双模式的多并网逆变器场站分层调度控制策略，能够根据SCR变化实时调度运行在电流源模式以及电压源模式并网逆变器的数量。然而，在多并网逆变器系统中，SCR没有准确的定义，其检测十分困难。
[0005]3）文献“Control and Capacity Planning for Energy Storage Systems to Enhance the Stability of Renewable Generation Under Weak Grids”.2022，16:761
‑
780.（“弱电网下提高可再生能源发电稳定性的储能系统控制和容量规划”，2022年16卷761
‑
780页）中提出一种混合模式场站的策略，通过向电流源模式场站中接入一定量的电压源模式并网逆变器，提升场站的稳定性。然而这种方式，需要对电压源模式并网逆变器进行改造，文献中通过虚拟电感增强电压源模式并网逆变器的强网稳定性，但是这种方式会显著降低并网逆变器侧电压，为此需要更多的无功响应去维持电压工作点。
[0006]4）文献“Hybrid Control Scheme for VSC Presenting Both Grid
‑
Forming and Grid
‑
Following Capabilities”.2022，37:4570
‑
4581.（“同时具有构网型和跟网型能力的
VSC混合控制方案”，2022年37卷4570
‑
4581页）中提出一种电流源模式和电压源模式混合控制策略，通过混合控制变换器模拟两个独立的虚拟并网逆变器并联工作，使其同时具备电流源模式并网逆变器和电压源模式并网逆变器的特征。然而该方案中的混合控制变换器本质上呈现的是电流源模式并网逆变器和电压源模式并网逆变器的并联特征，无法在SCR大幅波动条件下稳定运行。
[0007]5）中国专利文献CN110021959A于2019年7月16日公开的《弱电网下基于短路比的并网逆变器双模式控制方法》，提出了一种弱电网下基于短路比的并网逆变器双模式控制方法，能够准确直观反映出弱电网的状态，为并网逆变器的电流源、电压源并网双模式切换提供依据，保证了并网逆变器的稳定运行。然而这种双模式控制策略依赖于精确的电网阻抗在线测量以及控制模式实时切换，这在大规模系统中应用十分困难。
[0008]综合以上文献，现有技术中存在以下不足：1.现有的文献提出的基于模式切换的方法，一方面需要电网阻抗精确的在线测量，另一方面需要频繁的模式切换，这在大规模系统中应用十分困难；2.现有的文献提出的基于混合模式的方法，本质上是电流源模式和电压源模式的并联，其稳定性仍取决于电压源模式，并不能在SCR大幅波动时稳定运行。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题为现有技术存在的并网逆变器传统控制无法适应SCR大幅变化，并网稳定性受到威胁等问题，具体的，本专利技术针对SCR大幅波动下，电流源模式、电压源模式均难以实现稳定运行，但是两种控制模式的稳定性具有一定的互补性，提出了一种基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法。所述控制方法通过电压源模式和电流源模式分时控制，即电压源和电流源模式轮流控制并网逆变器一定周期，保证了SCR大幅波动下并网逆变器的稳定运行，大幅度的改善了并网逆变器并网质量。
[0010]本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提供了一种基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法，所述融合控制方法所涉及的每个控制流程中均包含N+M个控制周期，其中，N为并网逆变器运行在电压源模式的控制周期个数，M为并网逆变器运行在电流源模式的控制周期个数；令并网逆变器首先运行在电压源模式，且并网逆变器每个控制周期计数一次，记计数值为T，一个控制流程的步骤如下：步骤1，并网逆变器运行在电压源模式，且每个控制周期结束时，进行如下比较及处理：当T＜N时，并网逆变器持续运行在电压源模式；当T=N时，并网逆变器切换为电流源模式，将计数值T赋值为零，进入步骤2；步骤2，并网逆变器运行在电流源模式，且每个控制周期结束时，进行如下比较及处理：当T＜M时，并网逆变器持续运行在电流源模式；当T=M时，并网逆变器切换为电压源模式，将计数值T赋值为零，进入步骤3；步骤3，返回步骤1，进入下一控制流程。
[0011]优选地，步骤1所述电压源模式的控制步骤如下：
步骤1.1，设置有功功率指令信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法，其特征在于，所述融合控制方法所涉及的每个控制流程中均包含N+M个控制周期，其中，N为并网逆变器运行在电压源模式的控制周期个数，M为并网逆变器运行在电流源模式的控制周期个数；令并网逆变器首先运行在电压源模式，且并网逆变器每个控制周期计数一次，记计数值为T，一个控制流程的步骤如下：步骤1，并网逆变器运行在电压源模式，且每个控制周期结束时，进行如下比较及处理：当T＜N时，并网逆变器持续运行在电压源模式；当T=N时，并网逆变器切换为电流源模式，将计数值T赋值为零，进入步骤2；步骤2，并网逆变器运行在电流源模式，且每个控制周期结束时，进行如下比较及处理：当T＜M时，并网逆变器持续运行在电流源模式；当T=M时，并网逆变器切换为电压源模式，将计数值T赋值为零，进入步骤3；步骤3，返回步骤1，进入下一控制流程。2.根据权利要求1所述的基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法，其特征在于，步骤1所述电压源模式的控制步骤如下：步骤1.1，设置有功功率指令信号P
ref
和无功功率指令信号Q
ref
；步骤1.2，采样并网逆变器输出的并网三相电流i
ga
,i
gb
,i
gc
，采样公共耦合点的三相电压u
pcca
,u
pccb
,u
pccc
，并经过三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换得到并网电流αβ轴分量i
gα
,i
gβ
和公共耦合点电压αβ轴分量u
pccα
,u
pccβ
；步骤1.3，根据并网电流αβ轴分量i
gα
,i
gβ
和公共耦合点电压αβ轴分量u
pccα
,u
pccβ
，通过平均功率计算方程得到有功并网功率P
e
和无功并网功率Q
e
；步骤1.4，根据有功并网功率P
e
和无功并网功率Q
e
，经过下垂控制方程得到并网逆变器输出角频率ω和d轴电压指令信号u
dref
；根据并网逆变器输出角频率ω得到并网逆变器输出角θ，θ=ω/s，s为拉普拉斯算子；步骤1.5，根据并网三相电流i
ga
,i
gb
,i
gc
、公共耦合点三相电压u
pcca
,u
pccb
,u
pccc
和并网逆变器输出角度θ，经三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换得到电压源模式并网电流dq轴分量i
gd1
,i
gq1
和电压源模式公共耦合点电压dq轴分量u
pccd1
,u
pccq1
；步骤1.6，设置q轴电压指令信号u
qref
，根据d轴电压指令信号u
dref
和电压源模式公共耦合点电压dq轴分量u
pccd1
,u
pccq1
，经过电压源模式电压闭环控制方程得到电压源模式电流指令信号dq轴分量i
dref1
,i
qref1
；步骤1.7，根据电压源模式并网电流dq轴分量i
gd1
,i
gq1
和电压源模式电流指令信号dq轴分量i
dref1
,i
qref1
，经过电压源模式电流闭环控制方程得到电压源模式控制信号dq轴分量u
d1
,u
q1
；步骤1.8，将电压源模式控制信号dq轴分量u
d1
,u
q1
，经过两相旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，得到三相静止坐标系下的电压源模式控制信号u
a1
,u
b1
,u
c1
。3.根据权利要求2所述的基于电压源和电流源分时的并网逆变器融合控制方法，其特征在于，步骤2所述电流源模式的控制步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，韩峰，战祥对，付新鑫，王继磊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：