抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法

技术领域

本发明涉及并网逆变器控制系统设计技术领域，更具体地说涉及一种抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法。

背景技术

随着新能源的大力发展，多新能源并网系统伴随着在电力系统中电力电子设备的高比例接入，易导致宽频振荡现象，使得并网系统无法稳定运行。并网逆变器作为新能源并网发电的重要接口装置，在同样的滤波效果下，LCL型滤波器的成本与体积更小，但LCL型逆变器并网系统容易发生谐振失稳，需要对谐振尖峰进行阻尼。工程应用广泛的是基于电容电流比例反馈的有源阻尼方法，能虚拟电阻提供阻尼，比例反馈容易实现，且不引入额外的损耗。

针对逆变器-电网耦合系统的宽频振荡抑制问题，已有学者提出多新能源并网应用场景下的时间尺度上阻尼互济控制(Damping Complementary Control，DCC)策略，即利用新能源风光存在的互补特征，将光伏和风电逆变器在间歇阶段重塑为阻抗适配装置，综合抑制多新能源并网引发的宽频振荡现象。将切换工作模式的功率边界设为10％额定值，当逆变器功率大于10％额定值时，称为“额定工作模式(mode1)”；反之逆变器功率低于10％额定值时，调整开关频率，逆变器转变为阻抗适配装置，能够在更宽的频段范围阻尼系统的振荡，称为“阻抗适配模式(mode2)”。采用阻尼互济控制策略的并网逆变器与采用电容电流反馈的有源阻尼(Capacitor Current Feedback Active Damping，CCF-AD)控制策略的并网逆变器区别在于：(1)存在两种工作模式额定工作模式(mode1)和阻抗适配模式(mode2)，由于阻抗适配支路的存在，都有别于CCF-AD控制的逆变器；(2)mode1模式对应于新能源主要发电单元，在额定功率时能正常运行，同时阻尼性有所提高；(3)mode2模式对应于低发或空载的新能源发电单元，基波功率小，开关频率提高，逆变器转变为阻抗适配装置，抑制逆变器与电网之间的谐振。

阻抗适配支路中阻尼系数会影响虚拟阻抗的大小，进而影响系统稳定性和谐波阻尼效果，合理设计阻尼系数可以实现对谐振更好的抑制。但是，结合逆变器额定工作模式和阻抗适配模式的容量配置，对阻尼系数R

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，本发明的发明目的在于进一步解决离线阻尼系数的抑制能力有限的问题。本发明结合阻尼幅值相位三维图，根据系统等效环路增益的奈奎斯特图，给出阻尼系数R

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明提供了一种抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，该方法包括以下步骤：

S1、根据运行于额定工作模式和阻抗适配装置模式的逆变器输出阻抗表达式，绘制阻尼幅值相位的三维图，分析阻抗适配支路阻尼系数并初步选择R

S2、考虑两种工作模式的逆变器配置情况，根据初步选择的R

S3、根据PCC点电压u

进一步优选的，S1步骤中，基于阻尼互济理论，运行于额定工作模式和运行于阻抗适配装置模式的逆变器输出阻抗表达式为

式中，A＝3G

G

其中，L

更进一步优选的，S1步骤中，根据L

更进一步优选的，S1步骤中，所述阻尼幅值相位的三维图以阻尼系数R

进一步优选的，S2步骤中，考虑两种工作模式的逆变器配置情况，用阻抗分析法分析并网系统的稳定性，分析在电网阻抗变化情况下并网系统等效环路增益的奈奎斯特图，对所选择的阻抗适配支路阻尼系数R

进一步优选的，S3步骤中，根据PCC点电压u

更进一步优选的，阻抗适配支路阻尼系数R

更进一步优选的，阻尼系数控制器为PI控制器，低通滤波器为一阶低通滤波器，其表达式分别为：

G

其中，K

更进一步优选的，电压下限值u

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

本发明基于阻尼互济理论根据逆变器输出阻抗的幅值相位三维图分析阻尼系数并初选阻尼系数R

附图说明

图1为多LCL型逆变器和阻抗适配器并网系统的电路拓扑图；

图2为阻尼互济控制策略的逆变器控制结构图；

图3为不同阻尼系数和频率下R

图4为不同阻尼系数和频率下R

图5为不同阻尼系数和频率下Z

图6为阻抗适配支路参数设计流程图；

图7为电网阻抗分别为L

图8为阻抗适配支路阻尼系数自适应算法控制框图；

图9为三台逆变器并网系统固定阻尼系数和自适应算法的仿真波形。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了一种抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，该方法包括以下步骤：

S1、根据运行于额定工作模式和阻抗适配装置模式的逆变器输出阻抗表达式，绘制阻尼幅值相位的三维图，分析阻抗适配支路阻尼系数并初步选择R

S2、考虑两种工作模式的逆变器配置情况，根据初步选择的R

S3、根据PCC点电压u

实施例2

作为本发明又一较佳实施例，本实施例是在上述实施例1的基础上，对本发明的技术方案做出的进一步详细地阐述和补充。在本实施例中，

基于阻尼互济理论，运行于额定工作模式和运行于阻抗适配装置模式的逆变器输出阻抗表达式为

式中，A＝3G

G

其中，L

根据L

实施例3

作为本发明又一较佳实施例，本实施例是在上述实施例1或实施例2的基础上，对本发明的技术方案做出的进一步详细地阐述和补充。在本实施例中，根据PCC点电压u

阻抗适配支路阻尼系数R

阻尼系数控制器为PI控制器，低通滤波器为一阶低通滤波器，其表达式分别为：

G

其中，K

根据本实施例的一个实施方式，本方案的抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，现对本方案中的多新能源并网系统电路拓扑图进行描述。

参考图1，在PCC点处并联阻抗适配装置，即有源阻尼器，阻抗适配器的电路部分包含换流桥、直流侧电容C

参考图2，阻尼互济控制策略逆变器的控制结构分为定直流电压控制和阻抗适配器控制，由直流电压外环控制直流侧电压的稳定，将采集的直流电压U

根据本实施例的又一个实施方式，本方案的抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，现对绘制阻尼幅值和相位的三维图方法进行简要描述。

阻抗幅值和相位的三维图根据运行于额定模式和阻抗适配装置模式的逆变器输出端口阻抗表达式，即Z

参考图3，阻尼系数R

参考图4，阻尼系数R

参考图5，阻尼系数R

根据本实施例的又一个实施方式，本方案的抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，现对阻抗适配支路阻尼系数R

根据L

考虑两种工作模式的逆变器配置情况，用阻抗分析法来分析并网系统的稳定性，分析在电网阻抗变化情况下系统等效环路增益的奈奎斯特图，对所选择的阻抗适配支路阻尼系数R

参考图6，通过框图展示了抑制多新能源并网系统谐振的逆变器阻抗适配支路参数设计流程。

新能源场站的逆变器数量较多，当并网的逆变器台数增加时，会降低系统稳定性，因此需要配置运行在两种工作模式的逆变器容量配置。下面设置具体工况，分析并网系统稳定性，说明适配支路阻尼系数R

两台逆变器并网，一台额定功率的逆变器运行于mode1模式，一台轻载运行的逆变器工作于mode2模式，阻尼系数选取R

参考图7，给出了电网阻抗分别为L

弱电网下电网阻抗的变化会影响系统的稳定性，当电网阻抗增大时，原本稳定的系统可能会发生谐振，阻尼系数的大小影响了运行于mode2模式的阻尼效果，阻尼系数选取大一点时，阻抗适配装置模式的阻尼效果较好。

阻尼系数的大小影响运行于mode2模式的逆变器阻尼功能。当电网阻抗变化时，固定阻尼系数不能抑制较弱电网下系统的谐振；当并网逆变器台数增多时，阻尼系数固定，系统稳定性下降，需要调整逆变器模式，增加运行于mode2模式的逆变器，使系统重新稳定。

针对电网阻抗变化和网逆变器台数增多的情况，离线固定阻尼系数设计则需要考虑一定裕量，根据具体控制系统选择较大的阻尼系数R

根据本申请的一个实施例，本方案的抑制多新能源并网系统谐振的阻抗适配支路参数设计方法，现对阻抗适配支路阻尼系数自适应算法进行描述。

阻抗适配支路的阻尼系数影响系统稳定性，根据离线分析选取阻尼系数灵活性较差。为解决固定阻尼系数的限制问题，采用自适应算法选取阻抗适配支路的阻尼系数。

参考图8，首先采集PCC点电压u

设置谐振电压下限值u

阻尼系数控制器选取PI控制器，低通滤波器选取一阶低通滤波器，其表达式分别为：

G

其中，K

当系统失稳时，谐波电压u

为满足电压电流并网标准，电压电流的总谐波含量需小于5％，根据此标准，本文电压下限值u

当并网逆变器台数为三台时，两台风电逆变器额定工作模式运行，一台光伏逆变器运行于mode2模式。

参考图9，电网阻抗设置为2mH，在t＝0.1s时切换阻尼系数。固定阻尼系数时，如果新能源场站逆变器增多，运行于mode2模式的逆变器无法抑制系统谐振，此时切换为自适应算法调节阻尼系数，系统又重新稳定。仿真结果说明了在复杂多变的弱电网下，根据谐振分量自适应调节阻尼系数更加有效。

采用自适应算法调节阻尼系数时，该方法根据谐振电压量进行自适应调节阻尼系数，可有效抑制弱电网下并网逆变器系统的谐振。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。