[发明专利]一种提高逆变器暂态稳定性的增强型下垂控制方法

说明书

本发明公开了一种提高逆变器暂态稳定性的增强型下垂控制方法。采用将非定向轴电压分量作为反馈量引入下垂控制的方法，改变逆变器的虚拟功角特性，使逆变器在电流饱和的暂态过程中达到平衡，且在电流饱和时也可以实现电压定向，从而保证逆变器的暂态稳定性，避免其进入电流源模式而失去稳定。本发明避免其进入电流源失稳模式，且本发明方法不改变下垂控制的功率均分特性，其控制方法也可应用于其他采用双环控制的逆变器，如虚拟同步机等，也可进一步推广运用于多机被动孤网、孤网大负荷投切等大干扰场景，提高系统的暂态稳定性。

技术领域

本发明涉及一种针对提高逆变器暂态稳定性的控制方法，尤其涉及了一种提高逆变器暂态稳定性的增强型下垂控制方法。

背景技术

作为风电、光伏等分布式电源与储能设备的并网接口，逆变器的稳定性对电网的安全稳定运行具有重要意义。下垂控制因可实现微电网中并联逆变器间的功率均分而得到了广泛的应用，并且在弱网或者微网中，下垂控制逆变器可以为电网提供频率与电压支撑。研究表明，由于逆变器内部的限流控制，在大干扰下逆变器会因为电流的限幅而褪变成一个电流源，该特性使得逆变器的暂态失稳过程更为复杂。

目前，逆变器的稳定性研究主要集中于微网中逆变器的小干扰稳定性的研究，而对其在大干扰下的暂态稳定性方面，已有研究指出，逆变器在大干扰下会因为内环的电流饱和而发生虚拟功角暂态失稳。

发明内容

为了解决现有技术中含有三环控制(下垂控制—电压外环—电流内环)逆变器因电流内环饱和而导致的逆变器虚拟功角容易失稳且稳定裕度会降低的技术问题，本发明提出了一种提高逆变器暂态稳定性的增强型下垂控制方法，改变逆变器的虚拟功角特性，使逆变器在电流饱和的暂态过程中具有可达的稳定平衡点，防止逆变器进入电流源模式后失去暂态稳定。

如图1所示，本发明的技术方案采用以下技术方案：

本发明针对逆变器电流内环饱和导致的虚拟功角失稳问题，采用在下垂控制中加入非定向轴电压分量反馈信号的方法，改变逆变器的虚拟功角特性且不影响下垂控制的功率均分特性，使逆变器在电流饱和的暂态过程中达到预定的平衡点，防止逆变器进入电流源模式后失去暂态稳定。

如图2所示，在逆变器的有功功率-频率下垂控制中引入非定向轴电压分量反馈信号V_q(V_q同时也是电压环的控制输入量)，反馈量V_q的引入改变逆变器的虚拟功角特性，使逆变器在电流饱和的情况下也可以实现电压定向，避免逆变器进入电流源模式运行后失去暂态稳定。

所述虚拟功角δ′是通过对角速度差(ω^*-ω_g)积分获得，所述的逆变器的输出角速度ω^*通过以下方式控制：

ω^*＝ω_g+K_P(P₀-P_E)+K_PLV_q

其中，ω^*是逆变器输出的角速度，ω_g是无穷大电网的角速度，K_P是正常下垂控制时的下垂系数，P_E是逆变器输出有功功率的实际值，P₀是逆变器输出有功功率的给定值，K_PL是增强型下垂控制方法的稳定增强系数，V_q是逆变器输出电压的非定向轴电压分量(q轴分量)。

增强型下垂控制的稳定增强系数K_PL，可以替换为特定的传递函数，使所述逆变器的输出角速度ω^*通过以下方式控制：

ω^*＝ω_g+K_P(P₀-P_E)+f(s)V_q