[发明专利]基于锁相环的逆变器主动支撑电网控制方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于锁相环的逆变器主动支撑电网控制方法及系统，包括：通过锁相环实时获取电网频率以及电网电压，根据电网状态的波动实时改变逆变器输出电流的给定值，通过调整逆变器输出功率对电网频率及电压进行主动支撑。本方法利用锁相环自身特性与输出，实现对电网频率及电压的检测，锁相环作为跟网型控制策略中不可或缺的元件，利用其附加功能取代了测量元件，能够实现电网状态的实时准确监测。

技术领域

本发明涉及交流发、输、配、用电的技术领域，具体地，涉及一种基于锁相环的逆变器主动支撑电网控制方法和系统，尤其是涉及包含并网逆变器的主动支撑电网控制方法和系统。

背景技术

随着“3060目标”的提出，风能、太阳能、生物质能等新能源的发电上网率呈现爆发式增长，这不仅有利于电力系统一次能源结构的调整，也有助于降低发电的碳排放水平，促进电能的清洁化并网。新能源发电在电力系统中的高比例渗透已成为新型电力系统的一大特征，这部分电能需要经过逆变器等电力电子变换设备接入电网。由此可见，逆变器作为新能源与电网交互的主要接口，其稳定运行与控制性能直接决定了可再生能源能否得到高效利用。

逆变器作为电能变换的重要设备，包含主电路与控制部分。目前常用的控制为跟网型控制策略，包括矢量电流环与锁相环。其中，矢量电流环用于输出电流的快速控制，而锁相环则用于并网同步，可跟踪机端电压的频率与相位，逆变器以此为基础，再根据电流控制需求调整内电势幅值与相位。因此，锁相环是逆变器控制中的关键。但现有研究标明，跟网型控制策略中，锁相环的引入不可避免地为逆变器带来负阻，容易引发次/超同步振荡从而产生系统失稳现象。

为解决此问题，模拟或部分模拟同步机特性的无锁相环构网型控制策略被提出，包括下垂控制和虚拟同步机控制(virtual synchronous generator,VSG)。其中，下垂控制可实现无通信下并联逆变器间的功率自主分配，应用时间相对较早。与此同时，VSG通过模拟同步机转子运动方程，利用控制策略实现对同步机阻尼和惯量的类比，其电网支撑特性优于下垂控制。二者均可实现电网负载波动时的有功及无功功率支撑，但目前对于构网型逆变器的控制参数设计，并未给出统一准则，对于其电网支撑能力的衡量，尚未给出通用标准，对于其响应特性与同步机之间的差异，尚未厘清。

因此构网型设备在实际电力系统中应用较少，大部分还都是跟网型设备。但常规跟网型控制策略下，逆变器输出有功及无功功率不响应系统频率及电压的变化，因此当系统存在频率及电压波动时，难以为系统提供功率支撑。为使跟网型逆变器输出功率与电网频率及电压耦合，需采用附加控制，例如通过虚拟惯量响应为电网提供惯量，即暂态支撑，通过频率-有功及电压-无功的下垂控制为系统提供功率，即稳态支撑，但上述下垂控制需增加额外的电网频率及电压采集测量元件，其支撑能力很大程度上取决于测量的精度，准确性受限且实现较为复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于锁相环的逆变器主动支撑电网控制方法和系统。

根据本发明提供的一种基于锁相环的逆变器主动支撑电网控制方法，包括：通过锁相环实时获取电网频率以及电网电压，根据电网状态的波动实时改变逆变器输出电流的给定值，通过调整逆变器输出功率对电网频率及电压进行主动支撑。

优选地，所述通过锁相环实时获取电网频率及电网电压包括：将锁相环输入的电网电压信号在abc坐标下表示为：

其中，u_a、u_b和u_c为abc三相的电网电压，U₁为输入电压信号的幅值，θ为电网电压相位，经过Clark变换后，电网电压在两相静止αβ坐标下的电压表示为：

其中，u_α、u_β为αβ坐标轴的电压分量，则在同步旋转dq坐标系下的电压表示为：