[发明专利]一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法

说明书

本发明公开了一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，包括：建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型；得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型；得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式；得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；得到虚拟同步机VSG转子运动方程及无功调节表达式；得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式及无功电流取值范围；当故障切除后，为实现由LVRT控制切换为VSG控制时的平滑切换，在VSG转子运动方程基础上，引入电路模拟器，采用切换时刻MPC电流环输出电流作为VSG控制电流初始值，得到切换电流初始值及输出相位初始值限值条件。本发明实现了无差跟随平滑切换。

技术领域

本发明涉及一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，该方法在光伏并网系统中采用虚拟同步机，采用电路模拟器和输出变量一致算法实现伏并网系统低电压穿越后控制系统平滑切换。

背景技术

随着电网容量不断增加，光伏等新能源发电大规模接入，势必会对电力系统稳定性造成影响。为实现光伏友好型并网，使光伏电站参与网侧调节，目前广泛采用虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制为网侧提供更多动态频率支撑。但传统VSG控制不具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力，当电网发生电压跌落事故，会造成光伏逆变装置用到的电力电子元器件损坏。因此需要开展采用VSG控制的光伏并网装置LVRT研究^[1-3]。

采用VSG控制的光伏并网装置，面对网侧跌落事故，目前有两种研究思路：一种是增加辅助设备如储能装置、Crowbar电路来提供无功支撑进而稳定电压实现LVRT。一种是由VSG控制快速切换至LVRT控制，故障解除后再稳定切换至VSG控制的LVRT方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，为实现低电压穿越控制和VSG控制的平滑、稳定切换，采用无暂态控制，分析切换前后的电流指令和调制波相位，实现无差跟随平滑切换。

本发明采取如下技术方案来实现的：

一种具备平滑切换功能的光伏VSG低电压穿越方法，包括以下步骤：

1)根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型；

2)对步骤1)LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型进行Park变换，得到光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型；

3)根据步骤2)LCL光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型，将交叉耦合项视为扰动，采用网侧电压定向矢量控制，得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式；

4)根据步骤2)光伏并网逆变器在dq两相坐标系下的数学模型和步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，得到光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数；

5)根据步骤3)LCL光伏并网逆变器瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式，模拟成同步发电机模型，得到虚拟同步机VSG转子运动方程及无功调节表达式；

6)为实现光伏电站低电压穿越LVRT，根据步骤3)LCL光伏并网逆变器电瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q表达式和步骤4)光伏并网逆变器电流PI控制的传递函数，得到有功和无功电流参考值与额定电流关系式及无功电流取值范围；

7)当故障切除后，为实现由LVRT控制切换为VSG控制时的平滑切换，在步骤5)VSG转子运动方程基础上，引入电路模拟器，采用切换时刻MPC电流环输出电流作为VSG控制电流初始值，得到切换电流初始值及输出相位初始值限值条件。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：根据基尔霍夫电压定律，建立LCL光伏并网逆变器三相坐标系下数学模型：