一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法技术

本发明专利技术公开了一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法，属于新能源电力控制领域。该控制包括：新能源并网逆变器根据系统有功和无功功率给出了具有与大电网自同步特性的频率和电压主动支撑控制方法；然后为调节新能源并网逆变器自同步电压源的内电势与大电网电压之间的阻抗特性，采用了一种阻抗适配控制算法，同时给出了自同步电压源的电流指令；最后在两相同步旋转坐标系中采用基于谐振控制器的电流闭环控制算法，使得新能源并网逆变器在实现白同步特性的同时兼顾了并网电流性能的提高，并提升了电网不平衡条件下的电流控制能力，提高了新能源并网逆变器的整体性能。提高了新能源并网逆变器的整体性能。提高了新能源并网逆变器的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法


[0001]本专利技术属于新能源电力控制领域，涉及一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法。

技术介绍

[0002]双碳背景下，未来的电力系统将呈现以新能源为主体的新型电力系统特征，新能源占比预计会超高50％。然而，光伏、风电等新能源发电具有随机性、弱电网支撑特性和低抗扰性能，这严重削弱了并网点电压主动支撑电网电压幅值和频率的能力，给新型电力系统安全稳定运行带来极大挑战。因此，深入研究新能源高比例渗透下的主动支撑技术与系统稳定运行控制方法，对于新能源电力系统具有重要意义。
[0003]近年来，国内外专家学者从不同的角度探讨新能源高比例接入新型电力系统问题，同时新的并网标准也将会对新能源发电单元的电压和频率支撑能力提出更高要求，下垂控制、虚拟同步发电机控制、自同步电压源控制等技术不断得到应用。自同步电压源并网运行时，需要对电网的电压和频率稳定性进行一定的支撑，并保证新能源大规模并网的波形质量。
[0004]针对上述问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：
[0005]题为“虚拟同步发电机暂态功角响应优化控制方法、设备及系统”的中国专利技术专利申请说明书(CN110912192A)给出了一种弱电网远端故障下的暂态功角控制方法，并通过功率调节算法实现了故障条件下的暂态功角优化控制，然而这种方法无法调节电网与新能源发电单元之间的阻抗特性，给新能源大规模并入复杂电网应用带来一定困难。
[0006]题为“PQ模式虚拟同步发电机控制方法、装置及下垂控制器”的中国专利技术专利申请说明书(CN110854915A)公开的技术方案中给出了一种PQ模式下的虚拟同步发电机控制策略，根据电压异常状态设置无功功率参考值和下垂系数，并据此调节并网点电压。这种方法可以根据电网状态改变频率调节特性，但是无法保证实现大规模并网的自同步组网运行。
[0007]题为“一种虚拟同步发电机控制方法、装置及终端设备”的中国专利技术专利申请说明书(CN111799844A)给出了一种多虚拟同步发电机虚拟惯量分配方法，根据各个虚拟同步发电性能差异计算总的虚拟惯量和分配权重系数，进而计算各个虚拟同步发电机的评价指标，从而确定其虚拟惯量分配值。这种控制方法有利于多个虚拟同步发电机的大规模集中并网，单控制算法复杂且无法兼顾电流控制性能。
[0008]总之，现有自同步电压源技术难以同时兼顾电网自同步特性与电流性能的控制能力，尤其是大电网电压不平衡状态下的电流控制性能，不利于复杂电网条件下的自同步电压源并网电流性能的提高。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对并网模式下的自同步电压源主动支撑、并网电流性能提升、电压不平衡条件下的并网电流控制等问题，提
供一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法。
[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新能源并网逆变器自同步电压源控制方法，所述新能源并网逆变器的拓扑包括直流源U
dc
、直流侧滤波电容C
dc
、三相全桥逆变电路、滤波电感L、滤波电容C0、并网等效电阻R
g
、并网等效电感L
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
，直流侧滤波电容C
dc
并接在直流源U
dc
和三相全桥逆变电路之间，三相全桥逆变电路串接在直流侧电源U
dc
和滤波电感L之间，滤波电容C0先串联无源阻尼电阻R
C
，再并接在滤波电感L和并网等效电阻R
g
之间，并网等效电感L
g
串接在并网等效电阻R
g
和三相电网 e
a
、e
b
、e
c
之间；
[0011]所述控制方法的步骤如下：
[0012]步骤1，采样及坐标变换；
[0013]所述采样包括采集以下数据：新能源并网逆变器直流侧滤波电容C
dc
处的电压并记为滤波电容电压u
Ca
，u
Cb
，u
Cc
，新能源并网逆变器滤波电感L处的电流并记为桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
，新能源并网逆变器并网点电压并记为并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
，新能源并网逆变器并网点电流并记为并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
；
[0014]所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对滤波电容电压 u
Ca
，u
Cb
，u
Cc
、桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
分别进行单同步旋转坐标变换得到滤波电容电压dq分量U
Cd
，U
Cq
、桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
；
[0015]步骤2，根据步骤1中得到的滤波电容电压dq分量U
Cd
，U
Cq
，通过微分离散化方程计算滤波电容电流dq分量I
Cd
，I
Cq
，再根据滤波电容电流dq分量I
Cd
，I
Cq
和步骤1得到的桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
，经过输出电流计算方程得到输出电流dq分量I
od
，I
oq
，并经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q；
[0016]步骤3，根据步骤2中得到的平均有功功率P和新能源并网逆变器给定的有功功率指令P0，经过功角控制方程得到自同步电压源的角频率ω，所述功角控制方程的表达式如下：
[0017][0018]其中，ω0为新能源并网逆变器给定的有功功率指令P0时的额定角频率， m为功角控制下垂系数，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子；
[0019]对自同步电压源的角频率ω积分得到自同步电压源的矢量角θ；
[0020]步骤4，根据步骤2中得到的平均无功功率Q和新能源并网逆变器给定的无功功率指令Q0，经过无功控制方程得到自同步电压源的端电压幅值指令 E
*
，再根据步骤3中得到的自同步电压源的矢量角θ和端电压幅值指令E
*
通过指令合成方程得到自同步电压源的三相端电压指令
[0021]所述无功控制方程和指令合成方程的表达式分别如下：
[0022]E
*
＝U0+n(Q0‑
Q)
[0023][0024][0025][002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源并网逆变器自同步电压源控制方法，所述新能源并网逆变器的拓扑包括直流源U
dc
、直流侧滤波电容C
dc
、三相全桥逆变电路、滤波电感L、滤波电容C0、并网等效电阻R
g
、并网等效电感L
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
，直流侧滤波电容C
dc
并接在直流源U
dc
和三相全桥逆变电路之间，三相全桥逆变电路串接在直流侧电源U
dc
和滤波电感L之间，滤波电容C0先串联无源阻尼电阻R
C
，再并接在滤波电感L和并网等效电阻R
g
之间，并网等效电感L
g
串接在并网等效电阻R
g
和三相电网e
a
、e
b
、e
c
之间；其特征在于，所述控制方法的步骤如下：步骤1，采样及坐标变换；所述采样包括采集以下数据：新能源并网逆变器直流侧滤波电容C
dc
处的电压并记为滤波电容电压u
Ca
，u
Cb
，u
Cc
，新能源并网逆变器滤波电感L处的电流并记为桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
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Lc
，新能源并网逆变器并网点电压并记为并网电压u
oa
，u
ob
，u
oc
，新能源并网逆变器并网点电流并记为并网电流i
oa
，i
ob
，i
oc
；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对滤波电容电压u
Ca
，u
Cb
，u
Cc
、桥臂侧电感电流i
La
，i
Lb
，i
Lc
分别进行单同步旋转坐标变换得到滤波电容电压dq分量U
Cd
，U
Cq
、桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
；步骤2，根据步骤1中得到的滤波电容电压dq分量U
Cd
，U
Cq
，通过微分离散化方程计算滤波电容电流dq分量I
Cd
，I
Cq
，再根据滤波电容电流dq分量I
Cd
，I
Cd
和步骤1得到的桥臂侧电感电流dq分量I
Ld
，I
Lq
，经过输出电流计算方程得到输出电流dq分量I
od
，I
oq
，并经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q；步骤3，根据步骤2中得到的平均有功功率P和新能源并网逆变器给定的有功功率指令P0，经过功角控制方程得到自同步电压源的角频率ω，所述功角控制方程的表达式如下：其中，ω0为新能源并网逆变器给定的有功功率指令P0时的额定角频率，m为功角控制下垂系数，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子；对自同步电压源的角频率ω积分得到自同步电压源的矢量角θ；步骤4，根据步骤2中得到的平均无功功率Q和新能源并网逆变器给定的无功功率指令Q0，经过无功控制方程得到自同步电压源的端电压幅值指令E
*
，再根据步骤3中得到的自同步电压源的矢量角θ和端电压幅值指令E
*
通过指令合成方程得到自同步电压源的三相端电压指令所述无功控制方程和指令合成方程的表达式分别如下：E
*
＝U0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，徐韫钰，李研，刘威，袁耿涛，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：