[发明专利]考虑光伏电源动态特性的虚拟同步发电机控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电控制技术领域，特别是涉及一种考虑光伏电源动态特性的新型虚拟同步发电机控制方法及系统。

背景技术

能源在社会发展中起着重要的推动作用。电力作为清洁高效的能源形式，关乎国计民生。为应对能源危机和环境压力，风能、太阳能等分布式能源受到越来越广泛的关注。

大力发展分布式发电，在改善电网运行经济性、优化电力系统运行方式以及构建环境友好型电力系统等方面均具有重要意义。2015年7月，国家发改委、能源局颁布的《关于促进智能电网发展的指导意见》明确指出，“将推广具有即插即用、友好并网特点的并网设备，满足新能源、分布式电源广泛接入要求”。一般地，分布式电源主要通过并网逆变器接入电网，相比传统同步发电机，其具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足。

随着分布式电源渗透率的不断增加，传统同步发电机的装机比例将逐渐降低，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，这对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战。再者，并网逆变器控制策略各异，加之分布式电源输出功率具有波动性、不确定性等特点，很难实现其即插即用与自主协调运行。在此背景下，如何通过控制并网逆变器以实现分布式电源友好接入已成为亟待解决的关键问题。

同步发电机具有对电网天然友好的优势，若借鉴传统电力系统运行经验，使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性，则可实现分布式电源的友好接入并提高电力系统稳定性。此外，传统同步发电机的相关控制策略与理论分析方法也可有效地引入其中。

为此，国内外学者提出了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术，可使并网逆变器模拟同步发电机运行机理。具体而言，主要通过模拟同步发电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步发电机相比拟。虚拟同步发电机因集成了同步发电机的优点而备受学者青睐，其在现代电力系统中的应用也将日益广泛。

为缓解能源危机和坏境压力，新能源发电发展越来越受到关注。这其中，光伏发电作为新能源发电的重要组成部分，近年来发展十分迅速。随着光伏发电的大规模开发和利用，传统电力系统的备用容量或旋转惯量相对减少，系统的稳定性将受到严重威胁。为了增加光伏电源接入电力系统不减少系统的惯量，可采用虚拟同步发电机技术。将光伏电源通过虚拟同步发电机接入电网，将极大地提高系统的稳定性。然而，传统虚拟同步发电机控制方法主要针对直流侧为恒定电源情况，应用范围有限。光伏电源出力受到光照强度、温度等环境因素的影响，具有较强的随机性、不确定性和有限性，其直流侧电压也是波动的，因此难以直接将光伏电源与传统虚拟同步发电机相连接而并入电网。

发明内容

针对上述问题，本发明充分考虑光伏电源的动态特性，然后将该特性引入到虚拟同步发电机控制器中，提出一种考虑光伏电源动态特性的新型虚拟同步发电机控制方法及系统，使得光伏电源可以通过虚拟同步发电机直接并入电网，提高系统的惯量水平，并降低光伏发电接入对电力系统稳定性的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种考虑光伏电源动态特性的新型虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A：所述光伏电源动态分析；B：获得光伏电源可行的稳定运行区域；C：核心控制单元保证所述光伏电源可行的稳定运行区域运行。

可选的，光伏电源动态分析包括以下步骤：A1：获得光伏电源出力特性曲线，得到最大功率点处对应的光伏电源最大功率Ppv-max以及此点对应的光伏电源输出的直流电压Vdc-min；A2：分析光伏电源运行的稳定区域，

设定光伏电源出力为P_pv,直流电压为V_dc,光伏电源直流侧电容为C，电容上的功率为P_c，虚拟同步发电机的输出功率为P_VSG，根据电路原理有：

则其中，表示直流电压对时间的微分；

假设光伏电源工作点电压为V_dc0，则将式(1)在处线性化，可得：

上式可改写为：

其中，表示光伏电源输出功率对时间的微分；

因此，式(3)的特征方程为：

其中，表示光伏电源输出功率对直流电压的微分，其物理意义为光伏出力特性曲线(P-V曲线)上某点处切线的斜率；m表示特征方程的特征根；根据式(4)可以求得特征根m为：