[发明专利]一种抑制下垂控制逆变器暂态虚拟功角曲线偏移的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种逆变器控制方法，尤其是涉及一种抑制下垂控制逆变器暂态虚拟功角曲线偏移的控制方法

背景技术

近年来，风力、光伏等可再生能源得到了快速发展，国内建立了以逆变器为接口的大型风力、光伏电站，因此，逆变器的稳定性对电网的安全运行有重要意义。

下垂控制使得逆变器呈现出电压源的特性，在实际中得到广泛的应用，尤其是新能源接入微网或弱电网时，下垂控制可为系统提供电压和频率支撑。研究表明，在大干扰下，下垂控制的逆变器具有与传统同步发电机相似的功角特性，且由于输出功率中正弦函数的非线性，导致逆变器与同步发电机一样存在潜在的同步稳定问题。

目前，逆变器的稳定性研究主要集中于微网中逆变器的小干扰稳定性的研究，而对其在大干扰下的暂态稳定问题研究相对较少(本发明研究的内容特指功角稳定或同步稳定)，其稳定机理尚不清晰。

发明内容

为了解决背景技术中由于三环控制(下垂控制–电压外环–电流内环)影响了逆变器的电压跟踪性能，暂态过程中的虚拟功角曲线会发生偏移，从而导致逆变器暂态稳定裕度下降的技术问题，本发明提出了一种抑制下垂控制逆变器暂态虚拟功角曲线偏移的控制方法，以控制逆变器暂态虚拟功角曲线偏移，提高逆变器的暂态稳定性。

本发明的技术方案采用：

本发明针对暂态虚拟功角δ′(即矢量d轴与无穷大电网电压综合矢量的夹角)的偏移问题，采用加入前馈参量的方法对逆变器输出电流进行计算并将其进行前馈控制，以提高逆变器的电压跟踪性能，从而保持逆变器的暂态稳定。

虽然通过整定外环控制器参数可以改善逆变器的暂态电压响应，但是外环控制是在逆变器输出电压发生变化时才会作用，会有滞后，且参数取值也受到整个系统环路的约束。但本发明考虑到逆变器输出电压的变化是由电流扰动引起的，因此可以使用前馈输出电流来加速外环控制器的响应，提高暂态电压跟踪性能，进而提高逆变器的大干扰稳定性。

如图2所示，在逆变器原电压外环产生的两个电流参考值和基础上，分别加入两个前馈输出电流的估计值I_do,est和I_qo,est，得到新电流参考值和即采用以下公式：

其中，F为前馈系数。

所述的两个前馈输出电流的估计值I_do,est和I_qo,est采用以下公式进行计算：

其中，T_I和T_V分别为电流和电压的滤波时间常数，ω是逆变器的角速度，V_d,V_q是逆变器电压矢量的d轴与q轴分量，I_d,I_q是逆变器电流矢量的d轴与q轴分量，C_F是逆变器的电容。

本发明的有益效果是：

本发明解决了逆变器的暂态虚拟功角偏移的技术问题，使用估计的逆变器输出电流进行前馈控制，以控制逆变器暂态虚拟功角曲线偏移，提高逆变器的暂态稳定性。

本发明方法可提高逆变器电压的暂态跟踪性能，有效抑制虚拟功角曲线的暂态偏移，且不需要增加额外的传感器，并不会改变系统的稳态运行特性。

本发明的控制方法也可应用于其他采用双环控制的逆变器，如虚拟同步机等，也可进一步推广运用于多机被动孤网、孤网大负荷投切等大干扰场景，提高系统暂态稳定性。

附图说明

图1为本发明的单逆变器并入无穷大电网的系统控制结构图。

图2为本发明中针对下垂控制逆变器提出的输出电流前馈控制策略框图。

图3为本发明的单逆变器并入无穷大电网的系统中各角度的定义示意图。

图4为本发明示例中逆变器输出电流不饱和时的稳态虚拟功角特性曲线。

图5为本发明示例中逆变器输出电流饱和时的稳态虚拟功角特性曲线。

图6为本发明示例中逆变器暂态过程中的矢量图。

图7为本发明示例中暂态下逆变器的非饱和虚拟功角曲线与饱和虚拟功角曲线。

图8本发明示例中逆变器功率指令发生阶跃后考虑暂态虚拟功角曲线偏移的虚拟功角轨迹图。

图9为本发明的仿真验证中采用不同前馈值时逆变器dq轴的电压幅值。

图10为本发明的仿真验证中采用不同前馈值时逆变器dq轴的电流幅值。

图11为本发明的仿真验证中采用不同前馈值时逆变器暂态虚拟功角曲线偏移量。

图12为本发明的仿真验证中采用不同前馈值时逆变器的功率响应。