[发明专利]基于拉格朗日插值预测的光伏虚拟同步控制方法

说明书

本发明公开了基于拉格朗日插值预测的光伏虚拟同步控制方法。该方法采用功率叠加方程获得功率指令，并通过拉格朗日插值预测法预测功率，根据基于多项式拟合功率追踪方法获得直流侧参考电压，经过电压环和功率外环后获得d轴有功功率指令；通过一次调压方程获得无功功率指令，进而得到电流dq轴指令，进行电流闭环控制。本发明通过拉格朗日插值预测法可以减小因锁相环低带宽和滤波器造成的延迟，达到超前控制，对电网频率有更好的调节效果。

技术领域

本发明属于光伏逆变器并网控制领域，具体涉及一种基于拉格朗日插值预测的光伏虚拟同步控制方法。

背景技术

随着环境恶化、能源危机的加重以及技术进步、器件生产成本降低，光伏、风电等新能源发电技术迅速发展，成为国内外研究热点。

分布式发电系统是通过逆变器等电力电子装置输出电能与电网相连，虽然暂态响应速度快，但其不具备惯性，也无法支撑电网的一次调频。大规模新能源的并网时电网渗透率不断增加，传统同步发电机的装机比例不断下降，这导致电力系统旋转惯量和系统阻尼的降低，使电网鲁棒性变弱。目前，光伏发电系统多采用最大功率跟踪方式并网，和传统同步发电机相比，光伏发电系统响应速度快，控制简单灵活，同时能够最大程度利用光能。但是，光伏发电系统“只管发电，不管电网”，导致电网能量过剩，同时自身几乎不含惯性和阻尼，难以参与到电网调频过程中来。

近年来国内外学者提出了虚拟同步发电机(VSG)的控制方法，借鉴传统电力系统中对电网天然友好的同步发电机的运行特点和控制方式，使光伏并网系统模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，有助于其实现友好并网，虚拟同步技术借鉴其运行特性以及控制方式，模拟传统同步发电机的转动惯性和阻尼的外特性，实现友好并网。现今高渗透率电网的功率供需关系不再要求光伏发电系统时刻处于最大功率追踪状态，也迫切希望其能够参与到电网调频调压的过程中来，如何依托灵活可控的电力电子技术提高光伏系统的可靠性，使其成为共同维护电网安全稳定的“参与者”，具有非常重要的意义。

应用于弱电网的光伏虚拟同步技术，由于弱电网条件下负荷对电网影响比较大，电网频率电压波动比较严重，为保证光伏虚拟同步发电机的稳定性，锁相环的带宽较低，同时对锁相频率也需增加滤波环节，这两者使得控制系统延时增大，对虚拟同步发电机表现为输出有功功率滞后，不能及时有效的调节弱电网的频率，影响系统性能。

目前，对于光伏虚拟同步发电机技术，已有多篇学术论文进行分析并提出解决方案，例如：

1、题为(“基于虚拟同步发电机的光伏并网系统及仿真分析”，毛弋，向海燕，康伦，《湖南师范大学自然科学学报》，2013年第36卷第3期27-32页)文章中将虚拟同步控制策略应用于光伏并网系统，使光伏逆变器具有同步发电机的外特性，但文章对系统的稳定性问题并未做深入研究，同时也不能使光伏逆变器的出力灵活可控。

2、题为“A consensus-based frequency control for photovoltaic connectedvirtual synchronous generators in microgrid”，Guo Y,Chen L,《IEEE InternationalConference on Power System Technology》2016:1-6.(“一种基于一致性频率控制的光伏微网虚拟同步发电机”，郭岩，陈来军，IEEE电力系统技术国际会议，2016年第1-6页)文章将虚拟同步技术和光伏逆变器的最大功率追踪技术结合，使光伏逆变器在没有储能的情况下具有调频调压功能。但是文章存在以下不足：该文并未对MPPT的方法进行改进，使系统稳定性依靠限幅PI控制器来调节，但是参数不易整定。