一种基于参数稳定边界的跟网型逆变器虚拟阻抗设计方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其是涉及一种基于参数稳定边界的跟网型逆变器虚拟阻抗设计方法。

背景技术

随着风电、光伏等可再生能源的高速发展，作为新能源并网重要接口的电力电子变流器在电力系统中的渗透率不断提高，现代电力系统的发展逐渐呈现出“双高”的趋势。

新能源并网逆变器大多为跟网型逆变器，其外特性表现为电流源，通过直接控制输出电流，实现分布式电源的高效利用，但是缺乏频率、电压支撑能力。而在以电力电子变流器为主导的100％新能源孤岛微电网系统中，由于其自身的低惯量、弱阻尼特性且缺少大电网稳定的频率和电压支撑，当系统参数设置不当时，可能导致跟网型逆变器锁相环因为缺乏阻尼而失稳，使得跟网型逆变器无法与构网型逆变器保持同步，最终孤岛微电网系统无法保持稳定运行。

发明内容

本发明在此的目的在于提供一种基于参数稳定边界的跟网型逆变器虚拟阻抗设计方法，该方法能够定量的对虚拟阻抗进行设计，结果更精准。在跟网型逆变器中引入虚拟阻抗以有效避免因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼失稳的情况。

为此，本发明提供基于参数稳定边界的跟网型逆变器虚拟阻抗设计方法包括以下步骤：

步骤1：分析跟网型逆变器构成的电网系统的系统参数，得出影响所述电网系统稳定性的各系统参数的初始值、实际值和稳定边界值；

步骤2：根据各系统参数的初始值、实际值和稳定边界值计算被引入跟网型逆变器的虚拟阻抗R

式中，var

本发明提供的基于参数稳定边界的跟网型逆变器虚拟阻抗设计方法另一种方案是：该方法用于对被引入跟网型逆变器虚拟阻抗R

本发明在此的另一方面提供了一种跟网型逆变器，该跟网型逆变器被接入虚拟阻抗R

本发明在此的第三方面提供了一种孤岛微电网系统，该系统包括本发明提供的跟网型逆变器。

采用本发明的技术方案，所达到的技术效果至少包括：

1)本技术方案提供的设计方法基于参数稳定边界进行定量计算接入的阻抗的阻抗值，计算步骤更加简便。

2)本技术方案基于序阻抗模型，采用Nyquist稳定判据分析系统稳定性，具有计算步骤简便，计算结果简洁明了的优点；(其他的稳定分析方法如：基于dq阻抗模型的广义Nyquist稳定判据、基于状态空间模型的特征值分析等，计算过程都更加复杂)；

3)本技术方案利用系统参数稳定边界和失稳边界的系统等效电阻确定阻抗的阻抗值及选择对系统稳定影响较大的系统参数做为计算阻抗值的依据，能够定量的计算出需要的阻抗值，结果更精准。

4)本技术方案逆变器中被引入阻抗，该阻抗的阻抗值由影响该跟网型逆变器构成的电网系统稳定性的各系统参数的值确定，具有一定的自适应，提高了跟网型逆变器的阻尼，有效地避免了因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼失稳的情况。

5)当该跟网型逆变器被构建成电网系统时，能够有效地避免了因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼而失稳的情况，减小了跟网型逆变器输出对电网系统稳态工作点的影响，等效提高了电网系统阻尼，一定程度上增加了电网系统稳定性。

6)本技术方案中阻抗安装于跟网型逆变器的控制回路中，引入的阻抗属于二次设备，避免了对电网系统进行修改，具有安装和检修方便，设备要求和成本较低等优点。

7)本技术方案中阻抗安装于跟网型逆变器的控制回路中，易于操作，成本相对更低。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明公开的跟网型逆变器控制回路的电路拓扑图；

图2为本发明公开的电网系统的主电路拓扑图；

图3为本公开的等效阻抗网络模型图；

图4为本发明的稳定性提升效果对比图。

附图中PCC表示并网点。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能会夸大部分元件的尺寸或加以变形。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明为有效地避免了因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼失稳的情况，在跟网型逆变器中引入虚拟阻抗R

本公开中，虚拟阻抗R

q轴支路，被配置包括第一运算器、用于同步坐标系下直流分量的无静差跟踪的第一PI调节器、第二运算器和用于dq解耦控制的第一K

d轴支路，被配置包括第三运算器、用于同步坐标系下直流分量的无静差跟踪的第二PI调节器、第四运算器和用于dq解耦控制的第二K

坐标变换模块dq/abc，用于将输入信号由dq坐标系统转换到abc坐标系。

q轴参考电流I

该逆变器被引入有虚拟阻抗R

e

本公开中，虚拟阻抗R

式中，var

为保证接入的虚拟阻抗R

式中：R

Z

式中：Z

本跟网型逆变器构建的电网系统的主电路拓扑包括i个构网型逆变器支路、j个跟网型逆变器支路、逆变器联络线阻抗和恒定负荷的序阻抗，如图2所示。据此电网系统并结合以下步骤对计算虚拟阻抗R

步骤1：建立构建的电网系统中构网型逆变器、跟网型逆变器、逆变器联络线阻抗以及恒定负荷的序阻抗模型，得到Nyquist稳定判据，并计算出各个系统参数的稳定边界值以及失稳边界的系统等效电阻；具体的，该步骤包括以下子步骤：

步骤1.1：建立构成电网系统的i台构网型逆变器的序阻抗模型Z

步骤1.2：基于步骤1.1中的序阻抗模型，建立电网系统的等效阻抗网络模型，如图3所示，据此得到并网点输出电流表达式为：

当H

步骤1.3：修改步骤1.2得到各初始系统参数(如：逆变器联络线电感L

步骤1.4：计算各系统参数稳定边界值下的等效回路阻抗Z

本公开中，系统参数被确定为对电网系统稳定性影响较大的系统参数满足的条件是：一个稳定运行的系统，当它因为某个参数的设置不当(或者说修改)而失稳时，该参数应该被归属于对系统稳定性影响较大。

其中，各系统参数下等效回路阻抗Z

Z

式中：Z

如计算在第k个关键系统参数的稳定边界值var

Z

步骤2：基于各个系统参数的稳定边界以及失稳边界的系统等效电阻计算虚拟阻抗R

式中，var

其中，虚拟阻抗常数k

在以电力电子变流器为主导的100％新能源孤岛微电网系统中，由于其自身的低惯量、弱阻尼特性且缺少大电网稳定的频率和电压支撑，当系统参数设置不当时，可能导致跟网型逆变器锁相环因为缺乏阻尼而失稳，使得孤岛微电网系统无法保持稳定运行。

为此本发明提供了一种跟网型逆变器，该逆变器的控制回路中引入了虚拟阻抗，该虚拟阻抗由影响该跟网型逆变器构成的电网系统稳定性的各系统参数的值进行设计，具有一定的自适应，提高了跟网型逆变器的阻尼，有效地避免了因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼失稳的情况。将本公开的跟网型逆变器构成孤岛微电网系统或其它电网系统，能够减小因电网系统参数设置不当而导致跟网型逆变器因缺乏阻尼对孤岛微电网系统稳态工作点的影响，增强了孤岛微电网系统稳定性。

本跟网型逆变器构建的孤岛微电网系统主电路拓扑结构如图2，在此以1台构网型逆变器和1台跟网型逆变器为例说明孤岛微电网系统中跟网型逆变器引入的虚拟阻抗的阻抗值如何确定。当本领域技术人员应当理解的是，以1台为例进行说明，并不表示仅有1台，而是可以被分别配置为i台、j台。

孤岛微电网系统中跟网型逆变器引入的虚拟阻抗的阻抗值经以下步骤确定：

步骤1：建立1台构网型逆变器的序阻抗模型Z

步骤2：基于步骤1中的序阻抗模型，建立孤岛微电网系统的等效阻抗网络模型，如图3所示，并网点输出电流表达式为

I

当H

步骤3：修改步骤1.2得到各初始系统参数的参数值，根据Nyquist稳定判据判断在不同参数值下电网系统的稳定性，找出对系统稳定性影响较大的系统参数分别为跟网型逆变器的电感L

步骤4：计算在不同系统参数的稳定边界值L

步骤5：基于参数稳定边界L

式中，L

经上述步骤确定虚拟阻抗R

e

改变虚拟阻抗常数使虚拟阻抗R

本公开中，构网型逆变器为基于VSG控制的构网型逆变器，跟网型逆变器为基于电流控制的跟网型逆变器，两者分别被配置包括有：直流电源(V

当然也可以是配置为其他类型的构网型和跟网型。

本公开的虚拟阻抗R

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。