[发明专利]基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双曲正弦函数下垂的新能源变流器控制方法，属于新能源发电变流器控制领域。该控制方法首先计算得到变流器输出有功和无功功率平均值，然后对有功功率进行双曲正弦函数下垂控制，得到输出电压的角频率指令；对无功功率进行线性下垂控制，得到输出电压的幅值指令。最后进行dq坐标系下的输出电压和电感电流双闭环控制。本发明使新能源变流器无需自适应调节下垂系数，即可在下垂控制并网和并联运行时具有较快的有功响应速度，从而缩短了有功调节时间，加速了变流器达到稳态。

技术领域

本发明属于电力控制领域，具体涉及一种基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法。

背景技术

发展光伏和风电等新能源发电技术，是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要途径。新能源变流器作为新能源并网的电力电子接口，采用基于有功功率-频率、无功功率-电压幅值的下垂控制模拟同步发电机的电压和频率一次调节特性，可在电网故障时主动提供电压和频率支撑，相较于传统电流控制型新能源变流器，在高比例新能源并网发电和高比例电力电子化电力系统中具有更高的并网友好性和系统稳定性。此外，下垂控制还可应用于孤岛运行的微电网系统中，实现分布式电源的有效利用，并为用户提供可靠的电能。

然而，电网中电压谐波和非线性负载的影响，以及下垂控制功率环自身特性，使得采用下垂控制的新能源变流器在并网和并联运行时，其输出有功存在响应和跟随速度慢、动态超调大甚至振荡失稳等问题。因此，如何提高基于下垂控制的新能源变流器输出有功的响应速度、减小其动态过程中的有功振荡和超调，是实现新能源变流器并网和并联模式下稳定可靠运行急需解决的问题。

目前，关于新能源变流器的改进下垂控制方案，已有多篇学术论文进行分析报道，例如：

1、题为“基于改进下垂控制的多逆变器功率分配控制”，《电气传动》，2020年第50卷第12期83-87页文章在传统下垂控制一次调频和调压基础上，通过逆变器实际输出功率与预期功率差值的积分以调整下垂系数大小，从而实现频率和电压偏差的自愈；题为“自适应调节下垂系数的微电网控制策略”，《电力系统自动化》，2013年第37卷第07期06-11页文章提出一种根据微网逆变器输出功率自适应调节下垂系数的控制策略，实现逆变器在孤岛运行时频率无静差、电压偏差减小，在并网运行时输出功率恒定的控制目标。

2、题为“基于双馈风电机组的变下垂系数控制策略”，《电力系统自动化》，2015年第39卷第11期126-132页文章针对采用传统固定下垂系数控制的风机变流器无法根据风速变化自适应调整风电机组的实时可用容量问题，提出根据实时风速整定下垂系数以充分利用风电机组可用容量的控制策略。

3、题为“微电网逆变器自适应下垂控制策略”，《电网技术》，2014年第38卷第9期2386-2391页文章将分布式电源逆变器输出功率传送到中央控制器，根据中央控制器计算的功率指令自动调节下垂系数，以消除线路阻抗和本地负荷对功率均分的影响，实现复杂结构微电网中分布式电源的精确功率均分。

然而，上述改进下垂控制方案存在以下问题：

1)上述改进下垂系数控制方案主要针对减小微电网频率和电压的稳态偏差或微网中并联逆变器的功率均分问题，提出基于下垂系数自适应调节的改进下垂控制方案，并未从提高变流器输出有功响应速度和动态特性的角度对下垂控制进行优化；

2)上述文献重点对采用改进下垂控制的逆变器并网和并联系统的频率和功率的稳态特性进行分析，并未关注改进下垂控制策略对系统动态特性的影响。

发明内容

本发明目的是针对基于下垂控制的新能源变流器在并网运行时的有功动态跟随特性、在并联运行时的有功均分动态特性问题，提供一种基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法，可加快变流器并网和并联运行时的有功动态响应速度、减小动态过程中的功率振荡，提高系统的运行稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于双曲正切函数下垂的新能源变流器控制方法，包括以下步骤：