[发明专利]一种基于相位优化的并网逆变器锁相环方法

说明书

本发明涉及一种基于相位优化的并网逆变器锁相环方法，包括以下步骤：步骤S1：将采样得到的三相电压信号经过Park变换，得到旋转坐标系下的和；步骤S2：对采用PID控制和积分控制得到角频率值；步骤S3：将所述角频率值和初始角频率进行求和并积分运算得到锁相环输出的相位值；步骤S4：利用小信号dq阻抗分析求出考虑锁相环动态的并网逆变器输出阻抗，并通过奈奎斯特判据判断系统稳定性。对于并网逆变器通过锁相环(PLL)连接到弱网的系统，特别是大功率海上风电经柔直送出系统，锁相环的动态严重影响系统的稳定性，本发明可大幅减小锁相环的负面影响，提高传输能力和增强系统稳定。

技术领域

本发明涉及大功率电力变换装置并网的锁相环技术领域，特别是一种基于相位优化的并网逆变器锁相环方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭及其带来的环境问题日益严重，光伏、风电等新能源已经成为解决人类可持续发展的重要能源形式。由于风电和光伏的波动性和随机性，采用交-直-交并网逆变器的发电系统是其普遍选择。在大规模海上风电接入方面，对于离岸超过80km的海上风电，目前主流的输电方案是采用柔性直流输电技术，其受端逆变站也是一种并网逆变器。在新能源发电及柔性交直流输电系统中，并网逆变器作为其中的关键组成部分，其稳定性对于电力系统的安全稳定运行具有重要的影响。

对于并网逆变器装置而言，最重要和最基本的要求是与电网保持同步以便连接到电网和传输功率。采用锁相环(PLL)技术与电网保持实时精确同步是目前最普遍的方法。然而，当电网短路比较小时，并网点电压容易受到扰动而快速变化，这严重影响并网设备的稳定性，进而影响到整个电网的安全和稳定。

当扰动出现时，PLL的动态特性对并网逆变器的性能有负面影响，严重影响系统稳定性，甚至导致持续的谐波振荡。具体来说，在dq坐标系下，当扰动出现时，由于PLL的动态，使得整个并网换流器系统的输出阻抗Z_qq具有低频负阻抗特性，影响系统稳定性；并随着PLL带宽的增加，低频负阻抗带宽也相应增加。虽然可以通过减慢PLL跟踪速度来避免谐波振荡，但是慢速PLL将导致电流控制达到稳定状态并且缺乏鲁棒性的长时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于相位优化的并网逆变器锁相环方法，与传统的PLL相比，相位优化的锁相环(PO-PLL)采用PID控制和积分器来优化低频阻抗的相位，从而降低负阻抗频率范围，提高系统的稳定性，而不影响其跟踪速度。

本发明采用以下方案实现：一种基于相位优化的并网逆变器锁相环方法，包括以下步骤：

步骤S1：将采样得到的三相电压信号u_a,u_b,u_c经过Park变换，得到旋转坐标系下的u_d和u_q；

步骤S2：对u_q采用PID控制和积分控制得到角频率值ω₁；

其中，k_ppll，k_ipll和k_d分别为比例，积分和微分增益；

步骤S3：将所述角频率值ω₁和初始角频率ω₀进行求和并积分运算得到锁相环输出的相位值θ；

步骤S4：利用小信号dq阻抗分析求出考虑锁相环动态的并网逆变器输出阻抗，并通过奈奎斯特判据判断系统稳定性。

进一步地，所述步骤S1的具体内容为：