本发明一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略属于分布式能源构网变流器的，特别涉及一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制以提升并网耦合点电压支撑能力的方法。
背景技术：
1、随着全球能源结构转型和可再生能源的快速发展，光伏发电作为一种清洁、可持续的能源形式，已经成为分布式能源系统中的重要组成部分，然而，光伏发电系统的并网运行面临着诸多挑战，尤其是在电网电压波动或电压跌落等异常情况下，如何保持光伏逆变器的稳定运行，保证电网的安全性和可靠性，成为亟待解决的技术难题；电网电压跌落是指电网电压在短时间内出现明显下降，通常由突发的负荷变化、设备故障或其他外部扰动引起，特别是电网发生对称电压跌落时，可能导致并网光伏系统失去并网能力，影响电力供应的稳定性，甚至造成系统脱网或光伏系统的停机，这不仅影响光伏发电系统的经济性，还可能对电力系统的安全性和电能质量产生不良影响。
2、如何在电网发生对称电压跌落时，增强光伏逆变器的电压支撑能力，使其能够稳定运行并继续并网，成为了提升分布式能源系统稳定性和可靠性的关键技术，针对这一问题，本发明提出了一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略，旨在通过优化光伏逆变器的控制方式，在电网电压发生对称跌落时，提高并网耦合点的电压支撑能力。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施了一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略。
2、本发明采取的技术方案为：
3、本发明一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略具体如下：
4、一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略，其特征在于包括以下步骤：
5、步骤1：分析不接地三相电网电压发生对称性跌落时的暂态过程；
6、步骤2：建立基础虚拟同步发电机控制模型；
7、步骤3：建立光伏阵列变步长控制模型；
8、步骤4：设计虚拟同步机的电压前馈补偿控制环节。
9、所述步骤1中，分析不接地三相电网电压发生对称性跌落时的暂态过程，具体方法如下：
10、1)建立基于虚拟同步发电机vsg的三相电网简化模型，假设pe+jqe为vsg输出功率容量，rg+jxg为配电网内阻抗，本地负荷消耗功率容量为pl+jql，计算得到并网耦合点电压upcc为：
11、upcc-ug＝i(rg+jxg) (1)；
12、式(1)中，i为通过并网耦合点的三相电流有效值，ug为电网电压有效值，upcc为公共耦合点电压；
13、2)根据公式(1)可知，当电网电压ug跌落时，公共耦合点电压upcc也会进一步下降，同时，当电网电压ug恢复时，公共耦合点电压upcc也会恢复，计算得到公共耦合点与配电网之间的电压差值δupcc为：
14、
15、式(2)中，pg+jqg为配电网注入耦合点的功率；
16、在实际应用中实轴分量由于效果较小而被忽略，因此式(2)可简化为：
17、
18、3)由公式(3)得到公共耦合点电压直接受配电网线路内阻抗与注入耦合点的功率的影响，而线路阻抗不可变，本地负荷吸收功率由vsg与配电网共同发出，若负荷吸收功率已知，则配电网注入耦合点的功率可表示为：
19、
20、4)将公式(4)代入公式(5)可得：
21、
22、根据公式(5)可知，提升vsg的输出容量se可抵抗电网电压暂降时公共融合点电压upcc的跌落程度，反之，降低vsg的输出容量se有助于提高公共融合点电压的恢复效果。
23、所述步骤2中，建立基础虚拟同步发电机控制模型，具体方法如下：
24、1)虚拟同步机vsg的有功功率-频率、无功功率-电压控制环节相应的一次调频的转子机械方程为：
25、
26、式(6)中，j为虚拟转动惯量，d为虚拟阻尼系数，kp为有功频率下垂系数，pm为虚拟机械功率，pref为输入有功功率参考值，pe为实际输出功率，w为实际输出角频率，w0为额定输入角频率，θ为vsg实际输出功率角，t为时间；
27、2)虚拟同步机无功功率-电压下垂控制方程为：
28、
29、式(7)中，kq为无功电压积分系数，ku为无功电压下垂系数，qref为额定输入无功功率，qe为实际输出无功功率，un为额定输入相电压，uo为实际输出相电压，e为vsg输出电动势幅值。
30、所述步骤3中，建立光伏阵列变步长控制模型，具体方法如下：
31、1)设置光伏阵列的初始储备功率为：
32、sres0＝r0·smpp (8)；
33、式(8)中，sres0为光伏阵列的初始功率储备，smpp为光伏阵列的最大输出功率，r0为光伏阵列的初始减载比；
34、2)光伏阵列发出的初始功率spv0为：
35、spv0＝smpp-sres0 (9)；
36、3)光伏虚拟同步机具有频率支撑能力，因此使用虚拟同步机vsg输出频率控制光伏阵列的增发容量，控制公式如下：
37、
38、式(10)中，δr为光伏阵列的调节减载比，f0为光伏构网系统的额定频率，f为光伏构网系统的实际输出频率，kfp和kfi分别为减载比例和积分系数，r0为光伏阵列的初始减载比；
39、4)由于频率的差值通常在50±0.2hz的范围内，故需要对其进行限幅，频率差的极限值为±0.2hz，光伏阵列的输出功率指令为：
40、
41、5)设置光伏阵列输出功率与输出电压的相邻采样点差值为：
42、
43、式(12)中，spv(n)和upv(n)分别为当前时刻的光伏阵列实际输出功率与电压值，ppv(n-1)和upv(n-1)分别为上一时刻的光伏阵列实际输出功率与电压值；
44、6)光伏阵列实际输出功率的变化率kpv为|δspv/δupv|即功率与电压的变化率，表示当前工作点的调整方向与强度：
45、
46、7)压控型光伏阵列为提升对外界环境的适应性与灵敏度，通常采用变步长电压追踪算法，本文加入自适应参数控制光伏阵列的电压步长，在电压步长中引入环境因子的影响，光照强度变化率(δir/δt)和温度变化率(δt/δt)，电压步长δu可以表示为：
47、δu＝δu0kpv(1+k1·|δir/δt|+k2·|δt/δt|) (14)；
48、式(14)中，k1和k2为调节系数，分别衡量光照和温度对电压步长的影响，δu0为初始步长基准值，δir为光照强度变化值，δt为温度变化值；
49、8)光伏阵列的输出电压步指令uref可以表示为：
50、uref＝upv(n)+δu (15)。
51、所述步骤4中，设计虚拟同步机的电压前馈补偿控制环节，具体方法如下：
52、当电网电压暂降时，无功功率的震荡过程由vsg自身的电压支撑特性完成，本发明选择在无功-电压回路中增加电压前馈补偿，改变电压暂降期间的电压参考值，以提升vsg的电压支撑特性，为防止电网电压跌落程度过大导致的冲击电流，须采取必要的过电流抑制控制，极端故障条件下如三相短路则由继电保护设备进行短路保护，电压前馈补偿能够提前响应电压变化，防止电流环由于过高的电压指令而导致过电流；
53、1)电压下降比例分为电网电压ug故障设置下降比例up与vsg电压支撑后输出电压uo的实际下降比例ur，检测原理如下：
54、
55、式(16)中，uo为vsg实际输出电压，un为vsg额定输出电压；
56、2)根据所述步骤2中公式(7)中无功功率与电压控制回路中的特性关系，可知vsg输出电压uo以线路额定电压un为参考,电压暂降期间，改变参考电压值可以有效提升vsg输出无功功率的能力,忽略线路阻抗，理想条件下补偿后的额定电压u'n为：
57、u'n＝ug+up·un (17)；
58、3)考虑到vsg输出电压实际下降比例，设计动态电压前馈补偿算法，根据电网电压下降程度灵活调整补偿电压，实际补偿后的额定电压u'n为：
59、u'n＝ug+up·un+ur·un (18)；
60、4)计算得到电网电压对称暂降期间的vsg输出无功电流的参考值为：
61、式(19)中，in为vsg输出侧电网线路的额定电流；
62、5)以qref作为电压暂降期间的无功功率参考值，根据公式(19)可得：
63、式(20)中，sn为vsg输出的额定容量，本发明中同为光伏阵列发出的额定功率spv；
64、6)由公式(20)可计算得电压暂降期间vsg输出有功功率的参考值为：
65、
66、式(21)中，smax为电网侧输电线路所能承受的最大功率容量，min代表取两者中的最小值。
67、根据步骤2中的结论提升vsg的输出容量se可抵抗电网电压暂降时公共融合点电压upcc的跌落程度，结合步骤4得到具体方法如下：
68、vsg的输出容量se≤smax，在qref已经计算得到的条件下，根据pref的大小调动光伏阵列的功率储备容量，当电网电压发生对称性跌落时，通过光伏构网系统的频率控制提升应vsg的电压支撑能力。
69、本发明一种应对电网电压对称跌落的光伏构网变流器控制策略，技术效果如下：
70、1)根据电网电压对称跌落对公共耦合点pcc的扰动机理制定提升vsg电压支撑措施；
71、2)引入光伏阵列变步长控制模型，通过vsg频率调节调动光伏阵列的功率储备容量，提升光伏构网系统应对电网电压波动的灵活性；
72、3)加入虚拟同步机的电压前馈补偿控制环节，可提升vsg对电网电压的支撑能力。