一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法

本发明涉及光伏弱网并网，具体为一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法。

背景技术：

1、传统太阳能光伏发电系统经电压源变流器接入电网，换流器控制策略将其等效为恒定电源，无法响应电网频率波动，由于缺乏发电机转子惯量支撑，电力电子化电力系统整体惯量水平降低，系统安全稳定运行受到影响。

2、经检索到中国专利cn112821445a 并公开了基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法，该发明相比于传统的虚拟同步发电机的控制方法，不仅充分利用了虚拟惯量的特性，而且引入了虚拟阻尼，得到了惯量与阻尼的自适应变化公式，在转子的加速过程中适当增大惯量，同时也适当减小阻尼，使得频率的超调量更小的同时也减小了震荡时间，使得逆变器更加稳定，从而输出更高的电能质量，然而在高比例电力电子设备弱电网中，基于锁相环pll控制方式的直流电压控制型变流器难以适应复杂多变的运行工况和电网强度，容易发生小干扰同步稳定问题，现有方案在一定程度上可提升变流器并网稳定性，但仍依赖于pll且无法为电力系统提供惯量支撑，且控制策略仍需pll实现并网同步且易受干扰，不适用于弱电网，因此需研究适用于弱电网，可为光伏系统提供适宜虚拟惯量阻尼的直流电压控制型变流器组网控制策略，以提高对电网强度的适应性，鉴于此，提出了一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，具备电网强度适应性高的优点，解决了不适用于弱电网的问题。

2、为实现上述电网强度适应性高的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，包括以下步骤：

3、步骤一：直流电容以动态方程同步控制调节变流器内频率；

4、步骤二：直流电容模拟同步发电机转子动态特性，对直流电容动态方程与同步发电机转子运动方程进行对比，向变流器引入自适应虚拟惯量；

5、步骤三：对模拟过程进行惯量可变性分析。

6、进一步，所述变流器内频率为弱网并网时变流器提供的实际并网频率。

7、进一步，步骤一中所述cdc为直流电容大小，udc为直流电容电压，ppv为低压直流侧注入直流电容功率，pinv为高压直流侧直流电容输入逆变器功率，iin为直流电容输入电流，iout为直流电容输出电流。

8、进一步，步骤一所述直流电容动态方程作拉普拉斯变换可得 ，s为直流电容cdc电压平方增量，可得。

9、进一步，步骤二中所述tjsg为惯量时间常数，ωsg为发电机转子转速，dsg为等效机电阻尼系数，ωgrid为电网频率，pm为原动机机械功率，pe为同步发电机电磁功率。

10、进一步，对比和，可得、。

11、进一步，所述ω*为变流器内频率即dp坐标系旋转频率，单位为标幺值p.u.，ωg为频率参考值，ωg的表达式为，ωpll为锁相环检测电网静态频率输出值，ω0为频率额定值1.0p.u.，m为权重系数。

12、进一步，步骤三中所述惯量可变性分析的公式为：；。

13、进一步，所述为虚拟惯量调节控制参数，为虚拟惯量稳态值，为自适应虚拟惯量系数，为虚拟惯量最大调节倍数，为基于虚拟惯量的虚拟转子角频率偏差变化率调节阈值。

14、进一步，所述为等效阻尼调节控制参数，所述为虚拟阻尼稳态值，为自适应虚拟阻尼系数，为虚拟阻尼最大调节倍数，为基于虚拟阻尼的虚拟转子角频率偏差变化率调节阈值。

15、与现有技术相比，本发明提供了一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，具备以下有益效果：

16、1、该基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，通过直流电容动态自同步单元无需pll可实现光伏自同步并网，使直流电压控制型变流器运行于组网模式，避免由pll与其他回路发生强耦合出现的小干扰同步失稳问题，提高直流电压控制型变流器的电网适应性。

17、2、该基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，通过同步发电机转子旋转特性，以系统能量缺额为媒介对虚拟惯量可变性进行分析，证明直流电容虚拟惯量异于同步发电机恒定转动惯量，其参数存在可调节区间。

18、3、该基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，通过虚拟惯量和虚拟阻尼频率响应特性，将所提出的虚拟惯量阻尼分阶段自适应控制应用于直流电容自同步单元，实现直流电压控制型变流器组网，仿真结果表明本发明提出的基于自适应虚拟惯量阻尼的直流电容动态自同步并网控制方法在电网频率暂态变化过程中可稳定运行于组网模式。

技术特征：

1.一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：所述变流器内频率为弱网并网时变流器提供的实际并网频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：步骤一中所述cdc为直流电容大小，udc为直流电容电压，ppv为低压直流侧注入直流电容功率，pinv为高压直流侧直流电容输入逆变器功率，iin为直流电容输入电流，iout为直流电容输出电流。

4.根据权利要求3所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：步骤一所述直流电容动态方程作拉普拉斯变换可得，s为直流电容cdc电压平方增量，可得。

5.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：步骤二中所述tjsg为惯量时间常数，ωsg为发电机转子转速，dsg为等效机电阻尼系数，ωgrid为电网频率，pm为原动机机械功率，pe为同步发电机电磁功率。

6.根据权利要求4所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：对比和，可得、。

7.根据权利要求6所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：所述ω*为变流器内频率即dp坐标系旋转频率，单位为标幺值p.u.，ωg为频率参考值，ωg的表达式为，ωpll为锁相环检测电网静态频率输出值，ω0为频率额定值1.0p.u.，m为权重系数。

8.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：步骤三中所述惯量可变性分析的公式为：

9.根据权利要求8所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：所述为虚拟惯量调节控制参数，为虚拟惯量稳态值，为自适应虚拟惯量系数，为虚拟惯量最大调节倍数，为基于虚拟惯量的虚拟转子角频率偏差变化率调节阈值。

10.根据权利要求8所述的一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，其特征在于：所述为等效阻尼调节控制参数，所述为虚拟阻尼稳态值，为自适应虚拟阻尼系数，为虚拟阻尼最大调节倍数，为基于虚拟阻尼的虚拟转子角频率偏差变化率调节阈值。

技术总结
本发明涉及光伏弱网并网技术领域，且公开一种基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，包括以下步骤，步骤一：直流电容以动态方程同步控制调节变流器内频率；步骤二：直流电容模拟同步发电机转子动态特性，对直流电容动态方程与同步发电机转子运动方程进行对比，向变流器引入自适应虚拟惯量；步骤三：对模拟过程进行惯量可变性分析。该基于自适应控制的直流电容动态光伏并网控制方法，通过直流电容动态自同步单元无需PLL可实现光伏自同步并网。

技术研发人员：田爱娜,吴洋,胡钊瑞,杜亨昱,张霄,吴铁洲,姜久春
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14