[发明专利]一种两级式光伏发电系统的光伏虚拟同步发电机控制策略

说明书

本发明公开了一种两级式光伏发电系统的光伏虚拟同步发电机(PVVSG)控制策略。前级DC/DC环节采用光伏阵列虚拟阻抗特性扰动与灵活功率点跟踪控制相结合的控制策略，当光照条件发生变化时，根据源、荷功率供需平衡关系对光伏阵列稳定工作点进行定位，保持直流母线电压稳定。后级DC/AC环节采用基于导前微分控制的改进虚拟同步发电机控制策略，抑制暂态过渡过程中系统功频振荡。

技术领域

本发明属于分布式光伏发电控制技术领域，尤其涉及一种两级式光伏发电系统的光伏虚拟同步发电机(PVVSG)控制策略。

背景技术

随着经济的飞速发展，社会生产对能源的需求量越来越大，传统的化石能源日益减少，环境污染日益严重，能源与环境问题日渐显现，开发绿色可再生能源以取代化石能源已经成为能源发展的必然趋势。

作为典型的绿色可再生能源，太阳能可解决因传统化石能源枯竭而引发的能源危机，而光伏发电则是目前太阳能开发利用的一种主要形式。光伏阵列的输出具有较强的非线性，其输出功率易受外界环境条件(光照强度和温度)影响，传统虚拟同步发电机(CVSG)控制运用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Track，MPPT)控制技术对两级式光伏发电系统的前级DC/DC环节进行控制以提高光伏发电系统能量转换效率。但MPPT控制不管外部负荷的功率需求大小，始终令光伏阵列保持在最大功率输出状态，在光伏发电高渗透率接入情况下，容易造成系统功率过剩，从而引起电力系统频率不稳定和其他电能质量问题。

分布式光伏逆变器本身不具备旋转惯性与阻尼，当其对于电网渗透率较高时，不利于维持电力系统稳定运行。CVSG控制对两级式光伏发电系统的后级DC/AC环节引入虚拟惯性与阻尼控制，有利于提高电力系统在分布式光伏发电高渗透率情况下的运行稳定性，但基于CVSG控制的光伏逆变器在暂态过程中易产生功率波动。

因此，需要提出有利于维持光伏系统功率供需平衡并能兼顾其动态调节特性与稳态性能的PVVSG控制策略。在系统储能容量不足情况下，保证光伏系统稳健运行，抑制暂态过渡过程功率振荡。

发明内容

本发明的目的在于克服目前广泛应用的两级式光伏发电系统控制方法的缺点与不足，综合考虑光伏阵列输出功率随机波动特征与功率供需平衡，并计及光伏逆变器的动态调节特性与稳态性能，提供一种两级式光伏发电系统的PVVSG控制策略，实现无储能情况下分布式光伏系统的稳定入网，有效提高系统的动态响应速度、减小稳态功率波动并降低功率损耗。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种两级式光伏发电系统的PVVSG控制策略，包括以下步骤：

(1)对光伏阵列输出电压U_PV、输出电流I_PV以及逆变器直流母线电压U_DC进行测量；

(2)计算光伏阵列实时输出功率P(k)＝U_PV(k)×I_PV(k)；

(3)设直流母线电压实际值、给定值分别为U_DC、U_{DC_REF}，U_thr为直流母线电压扰动误差阈值。当U_DC＜U_{DC_REF}-U_thr时，直流母线电压小于参考值，光伏阵列功率供给不足，电压扰动量为正值。当|U_DC-U_{DC_REF}|≤U_thr时，直流母线电压与参考值相同，直流母线两端功率守恒，电压扰动量为零。当U_DC＞U_{DC_REF}+U_thr时，直流母线电压大于参考值，光伏阵列发出的功率大于负载所需功率，电压扰动量为负值。