[发明专利]一种光伏发电系统低电压穿越特性分析方法

权利要求书

1.一种光伏发电系统低电压穿越特性分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建基于集合理论的光伏发电系统动态模型；

步骤2，选择光伏发电系统动态集合模型可达性集的表示方法；

步骤3，对光伏发电系统动态集合模型的可达性分析；

步骤4，确定算例及必要特征，采用matlab/simulink软件对算例进行仿真分析。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电系统低电压穿越特性分析方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：

1-1，构建基于集合理论的光伏发电系统动态模型

研究集合运算的法则，以光伏发电系统常规动态模型为基础，利用各部分组成数学模型等效建立对应集合模型；

建立正常运行情况光伏逆变器动态方程集合模型

假设故障发生之前，电网电压正常，利用基于q轴电网电压定向矢量控制方法，通过控制电流实现对系统有功、无功功率输出的控制，q轴方向电流由直流环节能量与给定值之间的偏差来控制，d轴方向电流通过外界无功功率控制，故障前的电压大小假设保持在正常值的±5％以内，即其中V_nom是母线与中性点之间的电压；假设初始情况下注入有功功率和无功功率是临界值，即可得

PI调节器通过改变变流器电压控制dq轴方向电流；为了减弱各坐标轴间的耦合作用，加入了前馈调速调压环节；

式中，为比例系数，为积分时间常数，为PI调节器积分结果，为PI调节器积分结果；其中x＝{d,q}，PI调节器的积分电路状态、常量不会随着故障前后参考坐标系的变化而改变，e表示PI调节器在dq轴方向的误差，正常运行情况下，电压表示为

式中，分别为变流器dq轴输出电压，分别为网侧dq轴电流，分别为电网dq轴电压；

因此，滤波器的动态电流可以表示为

式中，L_f为DC/AC逆变器与电网之间的连接电感，r_f为DC/AC逆变器与电网之间的等值电阻；

1-2，故障期间光伏逆变器动态方程集合模型

在故障发生瞬间，参考坐标系中相位角由变为在输电网中，断路器发生动作切除故障时，电压相位角都会发生变化，故障发生后dq轴方向的电流为

同理可得

式中，^eK^f从故障之前到故障期间参考坐标系之间的变换矩阵；^fK^c从故障期间到故障期间清除参考坐标系之间的变换矩阵；

故障过程中，电网侧变流器根据随动误差：f/c表示把abc相电流转换到f或c的参考坐标系中；采用一种电流控制策略，变流器接收到的电压指令为：

所以，在电网电压跌落期间，滤波器电流的动态变化为

1-3，故障期间扰动变量集合模型

在故障发生瞬间和故障清除时(即t＝0和t＝tc时)，假设三相母线与中性点之间的电压是突变的，如下

在dq轴坐标系中低电压穿越边界是由一个时变的齐诺多面体表示，则由上式所表示的所有电压以及低电压穿越边界范围内的abc三相电压轨迹的集合在时变齐诺多面体内可表达为：

式中，

1-4，直流环节模型

直流环节的动态系统包括斩波器和制动电阻器，在一个电容器中，利用能量存储系统通过连续的平均值模型将其表示为一个状态变量，即：

式中，E_c为直流环节耗能，P_s为光伏发电系统注入功率，r_c为卸荷电阻，斩波器的占空比γ∈[0,1]，在随后的分析中为简单起见，假设此式是一个等式，故障期间由光伏发电系统功率输入到直流环节动态系统，其是未知但有界的量，利用区间分析法计算，表示为

假设直流环节能量给定值为则其初值为

式中δ_E自由定义的参数；

斩波器占空比与直流环节能量之间关系如下：

由上式可得，斩波器占空比与直流环节能量之间是一个线性控制逻辑导致的s型函数，当电容器容量超过时激活斩波器，每千焦耳以k的倍数增加占空比，直到占空比为1；s型函数使得系统模型连续，当电网侧变流器注入到电网的有功功率值接近故障前时，占空比为0。