新能源并网逆变器模拟同步调相机运行的控制方法及系统

本发明属于新能源并网逆变器控制，具体涉及新能源并网逆变器模拟同步调相机运行的控制方法。

背景技术：

1、随着电力系统中以电力电子装置为接口的可再生能源比例的不断提高，新能源应承担起维持电力系统稳定的重任。为避免电网故障情况下，由于并网逆变器输出端口的电压跌落，短路电流输出受限，导致继电保护不能及时动作，造成故障范围的进一步扩大，以及短路的暂态过程中端口电压跌落程度越深，越容易导致电力系统暂态失稳等问题，研究新能源并网逆变器在短路故障期间维持端口电压稳定，提升高比例新能源电力系统的暂态稳定性能，维持继电保护动作逻辑的控制策略具有重要研究意义与价值；

2、为提升短路时并网逆变器端口电压稳定性能，目前有两种主流的解决思路。一是增加动态无功补偿装置如同步调相机，以提升电力系统的电压稳定性能。然而，同步调相机瞬时无功支撑由于依赖于系统参数设计调节复杂，考虑一次成本与维护成本，同步调相机难以应用在大规模分布式新能源并网中。另一种思路是改进新能源并网逆变器的控制方式，并网逆变器通过在控制环节模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，使新能源具有类似于同步发电机的外特性，能够为电网提供一定的频率和电压支撑。但由于该控制方式侧重模拟同步发电机正常运行特性，且受限于电力电子器件的过载能力，在短路期间并网逆变器端口电压依旧存在电压跌落程度深、短路瞬间提供无功功率不足等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供新能源并网逆变器模拟同步调相机运行的控制方法及系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、新能源并网逆变器模拟同步调相机运行的控制方法，包括以下步骤：

4、根据并网逆变器端口的三相电压和输出三相电流进行功率计算，得到实际输送到电网的有功功率；

5、将实际输送到电网的有功功率输送到有功频率环控制中，得到并网逆变器内电势的相位；

6、将并网逆变器端口三相电压经过幅值计算得到三相电压幅值，再将三相电压幅值输送到强励磁控制中，输出模拟同步调相机外特性的内电势的幅值；

7、将内电势的相位和内电势的幅值输入到内电势生成模块中，得到三相内电势调制波；

8、将三相内电势调制波输送到空间矢量调制svpwm中得到并网逆变器各开关管的触发脉冲信号。

9、进一步地，所述有功频率控制步骤包括：

10、s21，将额定角频率ωn与有功频率环节生成的角频率ω做差得到频率误差信号；

11、s22，将频率误差信号乘以有功频率环的下垂系数dp与额定角频率ωn的乘积，将频率误差信号放大；

12、s23，将频率误差信号与参考有功功率pref叠加并减去实际输送到电网的有功功率pe，通过调整输出频率在适应不同的实际有功功率输出，得到的信号与积分器输入端口相连，积分器输出端信号为有功频率环节生成的角频率ω，通过调整积分系数1/(jωn)的大小，改变有功频率回路的时间常数；

13、s24，将有功频率环节生成的角频率ω经过一个积分器即可得到内电势的相位θ。

14、进一步地，所述有功频率控制方程为：

15、

16、式中，pref为参考有功功率；pe为实际输送到电网的有功功率；j为有功频率控制的转动惯量；ωn为额定角频率；dp为有功频率环的下垂系数。

17、进一步地，所述并网逆变器输出端口的三相电压幅值uo的计算方程为：

18、

19、

20、式中，uα、uβ为并网逆变器端口三相电压在αβ坐标系下电压分量。

21、进一步地，所述强励磁控制的过程包括：

22、s31，将额定的并网逆变器输出端口的电压幅值uo,ref与实际的并网逆变器输出端口的电压幅值uo做差，得到端口电压的误差信号，再将该误差信号乘以放大系数k0后传递到积分器的输入端，积分器的输出结果为内电势幅值e的暂态量，积分器通过将电压误差累积调整内电势幅值e的大小；

23、s32，将实际并网逆变器输出端口的电压幅值uo与增益系数k1相乘后，经过设定时间常数τ的惯性环节后的结果与乘以放大系数k2的实际并网逆变器输出端口的电压幅值uo结果做差，得到随着并网逆变器输出端口的电压幅值uo动态变化时内电势幅值e的次暂态量；

24、s33，将内电势幅值e的暂态量和内电势幅值e的次暂态量叠加得到内电势幅值e。

25、进一步地，所述调相机的电压方程为：

26、

27、式中，x、x′、x″分别为定子等效的稳态、暂态及次暂态电抗；t′、t″分别为暂态及次暂态对应的时间常数；e′、e″分别为次暂态及暂态对应的内电势幅值分量；il为相电流幅值；ef为空载励磁相电压幅值。

28、进一步地，在强励磁控制中，增益系数k0的计算式为：

29、

30、其中，τv为电压回路的时间常数，在电网侧发生短路时τv可认为是暂态时间常数；

31、时间常数τ的计算式为：

32、τ＝τva％

33、其中，a％为次暂态时间常数占暂态控制的百分比；

34、增益系数k1的计算式为：

35、

36、增益系数k2的计算式为：

37、

38、其中，δq表示发生短路时，并网逆变器端口输出无功功率增量；当并网逆变器端口电压变化量为δuo时，输出无功功率变化δq。

39、进一步地，进一步地，所述三相内电势eabc的计算表达式为：

40、

41、式中，θ为内电势的相位，e为内电势的幅值。

42、进一步地，所述控制方法所应用并网逆变器电路包括：直流电源、三相逆变器、三相lc滤波器；直流电源与三相逆变器的直流输入端相连，三相逆变器输出端与三相滤波电感的一端相连，三相滤波电感的另一端与三相滤波电容的一端以及大电网相连，三相滤波电容的另一端短接。

43、新能源并网逆变器模拟同步调相机运行的控制系统，包括：

44、功率计算模块：根据并网逆变器端口的三相电压和输出三相电流进行功率计算，得到实际输送到电网的有功功率；

45、内电势相位计算模块：将实际输送到电网的有功功率输送到有功频率控制中，得到并网逆变器内电势的相位；

46、内电势幅值计算模块：将并网逆变器端口三相电压经过幅值计算得到三相电压幅值，再将三相电压幅值输送到强励磁控制中，输出模拟同步调相机外特性的内电势的幅值；

47、调制波生成模块：将内电势的相位和内电势的幅值输入到内电势生成中，得到三相内电势调制波；

48、以及，触发脉冲生成模块：将三相调制波输送到空间矢量调制svpwm中得到并网逆变器各开关管的触发脉冲信号。

49、本发明的有益效果：

50、1、在发生电网侧短路故障时，利用本发明的控制方法可将并网逆变器端口输出三相电压能够快速恢复到额定值。

51、2、在发生电网侧短路故障时的瞬间，可根据对强励磁环节控制参数进行设计，从而调节瞬时无功补偿，便于分布式新能源并网应用。