[发明专利]新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法

说明书

本发明涉及一种新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，包括：获取传统电力系统控制框图简化后的传递函数；根据简化后的传递函数计算频率调节的性能指标，类比同步发电机和直流母线电容，利用直流母线电容模拟同步发电机产生虚拟惯量，并导出虚拟惯量常数的表达式；确定目标惯性常数，根据虚拟惯量常数的表达式确定直流母线电容、电压额定值和最大电压偏差，引入高通滤波器实现直流母线电容的电压自恢复功能，在频率达到稳态时，禁用逆变器的惯量模拟功能，直流母线电容的电压开始恢复至额定值；搭建附加虚拟惯量控制的电力系统模型进行仿真。本发明可以为连续的频率事件提供惯量支持，并且不会增加系统硬件成本和复杂性。

技术领域

本发明涉及新能源电力系统技术领域，尤其是指一种新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法。

背景技术

面对日益严峻的环境问题和能源危机，新能源发电成为研究热点。在传统电力系统中，通常使用同步发电机作为主要的电网接口，其运行速度与电网频率同步。当发电和用电需求不平衡导致频率发生改变时，同步发电机根据电网频率自动减速或加速，补偿频率失调。然而新能源通常通过不含任何惯量的电力电子器件耦合到电网，导致电力系统惯量大幅减小，对电力系统频率稳定提出了挑战。在惯量不足的情况下，电网频率或者频率变化率在严重的频率事件下可能超出可接受的范围，导致不必要的减载或停电。

由此可见，新能源并网导致的惯量减小问题亟待解决。目前在惯量控制技术领域已经取得了一定的成果，其中有一种简单直接的方式是改变发电机对于频率变化率的承受能力，但发电机的测试成本过高，且没有增强电力系统惯量，无法从根本上解决惯量不足的问题。还有一种是虚拟同步发电机技术，该技术利用并网逆变器模拟同步发电机的调频调压特性，使并网逆变器在运行机制和外特性上与同步发电机相比拟，从而增加电力系统的虚拟惯量，提高电力系统的抗扰动能力，但是常规的虚拟同步发电机存在功率分配不均的问题，严重时会破坏电网稳定。与同步发电机类似，风力涡轮机也具有旋转质量和相关的动能，但风力涡轮机的速度恢复过程将在很大程度上改变其惯性响应结果，甚至导致转子失速、系统失去稳定等问题。

后来随着新能源的发展，新兴的惯量控制技术不断开始进入市场，为新能源并网发展提供更大的支持，并且为电力电子化系统提供稳定性和可靠性。高能量密度、快速响应和适中的成本等特点使电池在应用于频率控制的储能系统中脱颖而出，其可以通过按比例连接电池电量基准值和频率变化率来实现，但是电池电量基准值的制定需要快速准确地检测RoCoF信号，复杂度较高。而且直流母线电容几乎在所有类型的并网逆变器中都是固有的必要元件，其用于谐波滤波、无功功率补偿和逆变器升压储能，以使逆变器具有稳定的直流母线电压，当直流母线电容产生的虚拟惯量不足或者系统需要其他频率支持时，可以应用储能系统。例如由于超级电容器的电压可调，无需检测频率变化信号，可以通过按比例连接电容电压和电网频率，从而从电容器中获得理想的虚拟惯量。尽管采用储能技术可以快速响应频率调节，但也可能带来其他问题，例如常规虚拟惯量控制下直流母线电压无法恢复的问题，导致其无法为连续的频率事件提供惯量支持，同时电力系统的频率稳定性较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服电力系统频率稳定性较差的问题以及现有技术中虚拟惯量控制下直流母线电压无法恢复导致其无法为连续的频率事件提供惯量支持的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，包括：

步骤1：获取传统电力系统控制框图简化后的由负载扰动到频率偏差的传递函数；

步骤2：根据所述简化后的传递函数计算频率调节的性能指标，类比同步发电机和直流母线电容，利用所述直流母线电容中储存的能量模拟所述同步发电机产生虚拟惯量，并导出虚拟惯量常数的表达式；

步骤3：根据所述性能指标确定目标惯性常数，同时根据所述虚拟惯量常数的表达式确定所述直流母线电容、电压额定值和最大电压偏差，并引入高通滤波器实现直流母线电容的电压自恢复功能，在频率达到稳态时，禁用逆变器的惯量模拟功能，直流母线电容的电压开始恢复至额定值；