[發明專利]考慮光伏電源動態特性的虛擬同步發電機控制方法及系統

有效

• 申請號: 201610158133.0
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105680479B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 鄭天文;陳來軍;郭巖;梅生偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明涉及新能源發電控制技術領域，特別是涉及一種考慮光伏電源動態特性的新型虛擬同步發電機控制方法及系統。

背景技術

能源在社會發展中起著重要的推動作用。電力作為清潔高效的能源形式，關乎國計民生。為應對能源危機和環境壓力，風能、太陽能等分布式能源受到越來越廣泛的關注。

大力發展分布式發電，在改善電網運行經濟性、優化電力系統運行方式以及構建環境友好型電力系統等方面均具有重要意義。2015年7月，國家發改委、能源局頒布的《關于促進智能電網發展的指導意見》明確指出，“將推廣具有即插即用、友好并網特點的并網設備，滿足新能源、分布式電源廣泛接入要求”。一般地，分布式電源主要通過并網逆變器接入電網，相比傳統同步發電機，其具有控制靈活、響應迅速等優點，但也存在缺少慣性和阻尼等不足。

隨著分布式電源滲透率的不斷增加，傳統同步發電機的裝機比例將逐漸降低，電力系統中的旋轉備用容量及轉動慣量相對減少，這對電網的安全穩定運行帶來了嚴峻挑戰。再者，并網逆變器控制策略各異，加之分布式電源輸出功率具有波動性、不確定性等特點，很難實現其即插即用與自主協調運行。在此背景下，如何通過控制并網逆變器以實現分布式電源友好接入已成為亟待解決的關鍵問題。

同步發電機具有對電網天然友好的優勢，若借鑒傳統電力系統運行經驗，使并網逆變器具有類似同步發電機的運行特性，則可實現分布式電源的友好接入并提高電力系統穩定性。此外，傳統同步發電機的相關控制策略與理論分析方法也可有效地引入其中。

為此，國內外學者提出了虛擬同步發電機(virtual synchronous generator,VSG)技術，可使并網逆變器模擬同步發電機運行機理。具體而言，主要通過模擬同步發電機的本體模型、有功調頻以及無功調壓等特性，使并網逆變器從運行機制和外特性上可與傳統同步發電機相比擬。虛擬同步發電機因集成了同步發電機的優點而備受學者青睞，其在現代電力系統中的應用也將日益廣泛。

為緩解能源危機和壞境壓力，新能源發電發展越來越受到關注。這其中，光伏發電作為新能源發電的重要組成部分，近年來發展十分迅速。隨著光伏發電的大規模開發和利用，傳統電力系統的備用容量或旋轉慣量相對減少，系統的穩定性將受到嚴重威脅。為了增加光伏電源接入電力系統不減少系統的慣量，可采用虛擬同步發電機技術。將光伏電源通過虛擬同步發電機接入電網，將極大地提高系統的穩定性。然而，傳統虛擬同步發電機控制方法主要針對直流側為恒定電源情況，應用范圍有限。光伏電源出力受到光照強度、溫度等環境因素的影響，具有較強的隨機性、不確定性和有限性，其直流側電壓也是波動的，因此難以直接將光伏電源與傳統虛擬同步發電機相連接而并入電網。

發明內容

針對上述問題，本發明充分考慮光伏電源的動態特性，然后將該特性引入到虛擬同步發電機控制器中，提出一種考慮光伏電源動態特性的新型虛擬同步發電機控制方法及系統，使得光伏電源可以通過虛擬同步發電機直接并入電網，提高系統的慣量水平，并降低光伏發電接入對電力系統穩定性的影響。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種考慮光伏電源動態特性的新型虛擬同步發電機控制方法，其特征在于，包括以下步驟：A：所述光伏電源動態分析；B：獲得光伏電源可行的穩定運行區域；C：核心控制單元保證所述光伏電源可行的穩定運行區域運行。

可選的，光伏電源動態分析包括以下步驟：A1：獲得光伏電源出力特性曲線，得到最大功率點處對應的光伏電源最大功率Ppv-max以及此點對應的光伏電源輸出的直流電壓Vdc-min；A2：分析光伏電源運行的穩定區域，

設定光伏電源出力為P_pv,直流電壓為V_dc,光伏電源直流側電容為C，電容上的功率為P_c，虛擬同步發電機的輸出功率為P_VSG，根據電路原理有：

則其中，表示直流電壓對時間的微分；

假設光伏電源工作點電壓為V_dc0，則將式(1)在處線性化，可得：

上式可改寫為：

其中，表示光伏電源輸出功率對時間的微分；

因此，式(3)的特征方程為：

其中，表示光伏電源輸出功率對直流電壓的微分，其物理意義為光伏出力特性曲線(P-V曲線)上某點處切線的斜率；m表示特征方程的特征根；根據式(4)可以求得特征根m為：