[发明专利]用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进方法

说明书

本发明公开了用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进方法，该方法包括：首先在故障发生阶段，通过锁相环跟踪相位所求的旋转坐标系下电压分量的反正切值来获取暂态相位误差，通过在锁相环中实时加入低电压故障相位误差相关的指数函数环节，并记录低电压故障发生前后的电压相位之差；其次在故障恢复阶段，在锁相环中加入低电压故障相位跳变角度相关的指数函数环节，加快故障恢复期间锁相环的相角跟随的速度以及逆变器无功回撤速度。本发明可以有效的提高低电压故障的无功控制的准确性，抑制无功控制不准确带来的低电压故障恢复后的过电压等问题，提高了系统低电压穿越能力。

技术领域

本发明涉及光伏逆变器、锁相环技术领域，特别是涉及用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进方法。

背景技术

随着我国“双碳”目标的不断推进，光伏场站等新能源发展迅速，大规模接入电力系统，新能源以及占比越来越大，“双高”电力系统正在形成。同时由于光伏场站的规模的增大以及太阳能资源的地理分布不均，光伏场站并网呈现出接入弱电网的特性。在弱电网中，光伏场站对电力系统的稳定运行影响更大。传统光伏逆变器的控制策略依赖于锁相环跟随电网电压进行同步，以目前应用最为广泛的为同步坐标系锁相环(SRF-PLL)为例，这种锁相环直接通过坐标变换实现坐标同步，在三相理想电网下能够准确获取电网电压的幅值、频率和相位等信息。而在低电压故障中，电网电压会同时发生电压跌落与相位跳变，这导致在低电压故障发生以及恢复的暂态过程中产生锁相环锁相失准的问题，锁相失准会导致光伏逆变器的无功功率控制失准，严重时会产生低电压故障后的高电压故障。

目前人们提出了许多锁相环的参数设计或改进策略以及锁相环模型来增强控制策略。为了使接入弱电网的逆变器具有更大的稳定裕度，有研究者提出了考虑电流环与锁相环耦合的参数设计方法。还有对锁相环中加入低通滤波环节来增强逆变器在弱电网中的表现。为了解决低电压故障期间的暂态稳定性问题，有研究者将锁相环PI环节的积分器屏蔽得到一个一阶积分回路，以降低角度过冲导致的不利影响。有研究者提出使用二阶振荡环节替代原有PI控制环节来以改进锁相环特性。还有学者引入参考同步机的特性，使用同步机模型替代传统锁相环，并提出各种相角控制与改进策略来保证低电压故障过程中的暂态稳定性。

在弱电网中，无功对于电力系统电压稳定性的影响较为明显，但是上述锁相环的改进研究很少有考虑故障暂态期间锁相环特性对无功支撑影响的，这些改进并不能抑制低电压故障下电压相位跳变所带来的暂态无功影响，同时这些锁相环改进的实现往往需要庞大的计算开销，这使其在光伏逆变器中在工程实际中难以应用与实现。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提出一种用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进方法，基于传统同步坐标系锁相环的改进，工程实践中无需占用庞大的计算开销，同时可以较好抑制三相对称的低电压故障期间电压相位跳变所带来的影响。通过对光伏逆变器的锁相环(PLL)进行相位补偿，改善光伏逆变器三相对称低电压故障暂态期间的无功暂态特性，可以抑制暂态期间锁相不准的问题，减小低电压暂态阶段的无功冲击以及加快无功回撤速度，降低低电压穿越接高电压穿越的连续故障风险。

本发明的另一个目的在于提出一种用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进系统。

为达上述目的，本发明一方面提出一种用于低电压穿越下无功支撑的光伏逆变器锁相环改进方法，包括：

利用电压定向矢量控制策略进行光伏逆变器并网控制以通过锁相环控制电网电压，并监测电网是否发生故障；

基于监测到的电网三相对称的低电压故障，以通过求解锁相环输出的电压分量的反正切值以获取低电压故障发生时锁相环的初始相位误差；

根据所述初始相位误差和在锁相环中加入的指数函数，对低电压故障发生的暂态阶段提供锁相环的相位补偿，并计算电网电压在低电压穿越期间的最终相位差；