一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法技术

本发明专利技术公开了一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，包括：建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型；得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型；得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式；得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；得到虚拟同步机VSG转子运动方程及无功调节表达式；得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式及无功电流取值范围；当故障切除后，为实现由LVRT控制切换为VSG控制时的平滑切换，在VSG转子运动方程基础上，引入电路模拟器，采用切换时刻MPC电流环输出电流作为VSG控制电流初始值，得到切换电流初始值及输出相位初始值限值条件。本发明专利技术实现了无差跟随平滑切换。明实现了无差跟随平滑切换。明实现了无差跟随平滑切换。

【技术实现步骤摘要】
一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法


[0001]本专利技术涉及一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，该方法在光伏并网系统中采用虚拟同步机，采用电路模拟器和输出变量一致算法实现伏并网系统低电压穿越后控制系统平滑切换。

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，势必会对电力系统稳定性造成影响。为实现光伏友好型并网，使光伏电站参与网侧调节，目前广泛采用虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制为网侧提供更多动态频率支撑。但传统VSG控制不具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力，当电网发生电压跌落事故，会造成光伏逆变装置用到的电力电子元器件损坏。因此需要开展采用VSG控制的光伏并网装置LVRT研究
[1-3]。
[0003]采用VSG控制的光伏并网装置，面对网侧跌落事故，目前有两种研究思路：一种是增加辅助设备如储能装置、Crowbar电路来提供无功支撑进而稳定电压实现LVRT。一种是由VSG控制快速切换至LVRT控制，故障解除后再稳定切换至VSG控制的LVRT方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，为实现低电压穿越控制和VSG控制的平滑、稳定切换，采用无暂态控制，分析切换前后的电流指令和调制波相位，实现无差跟随平滑切换。
[0005]本专利技术采取如下技术方案来实现的：
[0006]一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率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光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率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)根据步骤3)LCL光伏并网逆变器瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，模拟成同步发电机模型，得到虚拟同步机VSG转子运动方程及无功调节表达式；
[0012]6)为实现光伏电站低电压穿越LVRT，根据步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式和步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数，得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式及无功电流取值范围；
[0013]7)当故障切除后，为实现由LVRT控制切换为VSG控制时的平滑切换，在步骤5)VSG
转子运动方程基础上，引入电路模拟器，采用切换时刻MPC电流环输出电流作为VSG控制电流初始值，得到切换电流初始值及输出相位初始值限值条件。
[0014]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：
[0015]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。
[0016]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：
[0017]其中：
[0018]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，通常做法是采用前馈解耦控制，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。
[0019]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，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式：得到：瞬时有功功率P与i
d
有关；瞬时无功功率Q与i
q
有关。
[0020]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光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数：
[0021]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*
分别为电流参考值，光伏并网逆变器稳定平衡状态下，用标幺值表示：i
d*
＝i
d
＝1，i
q*
＝i
q
＝0。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：根据步骤3)LCL光伏并网逆变器瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，模拟成同步发电机模型，得到虚拟同步机
(VSG)转子运动方程：
[0023]其中：J为虚拟转动惯量；ω为电角速度；T
m
、T
e
、T
d
分别为VSG机械转矩、电磁转矩、阻尼转矩；P
ref
为有功功率参考值；P
e
有功功率实际输出值；D为阻尼系数；ω0为额定角速度；θ为同步机虚拟电角度；无功调节表达式为：
[0024]其中：u为VSG中虚拟内电势；U0为额定电压有效值；Δu为虚拟内电势与额定电压之间偏差；K为无功积分调节系数；Q
e
为无功功率实际输出值；Q
ref
为无功功率参考值。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：为实现光伏电站低电压穿越，光伏并网电压需保持在发生电压跌落光伏电站不脱网最低电压至少1s时间，使光伏电站具有低电压穿越能力，需要在电压跌落工况下，对i
d
和i
q
进行控制，在并网稳定状态下，i
d
对应的有功功率与视在功率相同，i
q
对应的无功功率为0，为穿越过低电压状态，需要控制系统按照有功、无功电流参考值i
d*
和i
q*
进行有功、无功功率调节，根据步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式和步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数，得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式：及无功电流取值范围：
[0026]其中：U为光伏并网点电压标幺值。
[0027]本专利技术进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率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光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；5)根据步骤3)LCL光伏并网逆变器瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，模拟成同步发电机模型，得到虚拟同步机VSG转子运动方程及无功调节表达式；6)为实现光伏电站低电压穿越LVRT，根据步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式和步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数，得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式及无功电流取值范围；7)当故障切除后，为实现由LVRT控制切换为VSG控制时的平滑切换，在步骤5)VSG转子运动方程基础上，引入电路模拟器，采用切换时刻MPC电流环输出电流作为VSG控制电流初始值，得到切换电流初始值及输出相位初始值限值条件。2.根据权利要求1所述的一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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所述的一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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，通常做法是采用前馈解耦控制，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所述的一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式：得到：瞬时有功功率P与i
d
有关；瞬时无功功率Q与i
q
有关。5.根据权利要求4所述的一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，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光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率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*
分别为电流参考值，光伏并网逆变器稳定平衡状态下，用标幺值表示：i
d*
＝i
d
＝1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨沛豪，孙钢虎，兀鹏越，柴琦，王小辉，寇水潮，高峰，姜宁，郭新宇，孙梦瑶，李志鹏，赵俊博，薛磊，贺婷，张立松，李元钊，
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：