[发明专利]一种考虑功率控制影响的光伏发电系统稳定性分析方法

说明书

本发明涉及一种基于描述函数法考虑功率控制影响的光伏发电系统稳定性分析方法。光伏发电系统多采用扰动观察法实现最大功率控制，针对其非线性、不连续的特点，本发明利用描述函数建立基于扰动观察法的功率控制模型，结合光伏发电系统小信号建模，形成完整的考虑功率控制影响的系统模型，进而运用描述函数法分析光伏发电系统的稳定性。此种方法解决了小信号稳定性分析无法适用于不连续、非线性环节的问题，在系统稳定性分析中引入扰动观察法的相关参数，使分析更加全面准确，同时为功率控制器参数设定提供依据。

技术领域

本发明涉及一种基于描述函数法考虑功率控制影响的光伏发电系统稳定性分析方法，属于光伏系统控制领域中的稳定性分析范畴。

背景技术

近年来，光伏发电占比不断提高，装机容量持续增长，光伏发电系统的稳定控制问题逐渐受到重视。为了更好地利用光能，必须采用合适的控制方法实现最大功率点跟踪，其中扰动观察法应用最为广泛。然而，扰动观察法具有非线性、不连续的特点，导致传统的小信号稳定性分析方法难以适用。目前已知的分析方法包括阻抗分析法、状态空间法都对系统模型进行了一定程度的化简，从而使光伏发电系统的动态特性不能被完全体现，尤其是包含非线性环节的功率控制器影响被忽略。

描述函数法的基本思想是：当系统满足一定假设条件时，在正弦输入作用下，系统非线性环节的输出可用一次谐波分量来近似表示，从而获得非线性环节的近似等效频率特性。描述函数法是分析非线性系统稳定性的有效方法，尤其是系统中包含不连续环节时。应用描述函数法时，系统应该满足三个条件：1)非线性系统可简化为一个非线性环节和一个线性部分闭环连接的典型结构；2)非线性环节的输出特性应是输入的奇函数；3)系统的线性部分应具有较好的低通滤波性能。描述函数分析系统稳定性是本发明的重要理论基础，所述完整的考虑功率控制影响的光伏发电系统模型满足以上条件。

发明内容

本发明旨在提出一种基于描述函数法考虑功率控制影响的光伏发电系统稳定性分析方法，以解决采用扰动观察法实现最大功率控制时存在非线性、不连续环节，传统稳定性分析方法难以应用的问题。

本发明采用如下技术方案：

(1)获取待分析的光伏发电系统的拓扑结构，建立数学模型；在稳态运行点对该数学模型线性化，计算系统稳定运行参数，得到小信号模型；

(2)基于步骤1得到的小信号模型，推导其传递函数G(s)。

(3)实时采集待分析的光伏发电系统的电流值和电压值，获得实时功率值；对所述基于扰动观察法的功率控制器建立数学模型如下：

其中，ε为电压扰动增量，T_P为功率调节周期，sgn(x)为符号函数，如果x≥0，sgn(x)＝1，如果x＜0，sgn(x)＝-1；P^ref为功率控制的参考值，P_n为按照扰动观察法在n时刻采集的功率值；ΔP_n为n时刻采集的功率值与第n-1时刻采集的功率值之差，Δv_n为n时刻采集的电压值与第n-1时刻采集的电压值之差，为电压控制参考值；

根据光伏组件的电压-功率运行特性，可将功率控制器数学模型化简为：

其中，v_MPP为最大功率点对应的电压值。

(4)步骤3中的符号函数sgn(x)采用描述函数N(A)表示；

(5)根据传递函数G(s)和描述函数N(A)，利用描述函数法对所述光伏发电系统的稳定性进行分析。