一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，基于提出了的考虑电网阻抗因素的大型光伏电站并网稳定性设计方法解决了大型光伏电站中并网逆变器并联台数增加时谐波含量超标的问题，可用于大型光伏电站并网逆变器电流控制中。首先获取大型光伏电站中并网逆变器的并联台数和拓扑结构参数，计算配电变压器上的电网阻抗；然后根据设计的并网逆变器控制系统，将电网阻抗考虑进去，通过控制系统等效开环传递函数的相位裕度和幅值裕度来判断系统的稳定程度，如果稳定程度满足预设阈值，则表示并网系统稳定性高；如果稳定程度不满足预设阈值，则改变并网逆变器控制系统中的电流控制器参数，直到系统稳定程度满足预设阈值。
【专利说明】—种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型光伏电站领域，特别涉及一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网 稳定性设计方法。
【背景技术】
[0002]近年来，太阳能等可再生能源迅猛发展，光伏并网发电技术越来越受到人们的重 视。并网发电系统的核心是并网逆变器，并网逆变器在并网运行时，采用电流控制方式，实 质上是一个电压源输入电流源输出的逆变器。目前，国内外在滤波器选型、并网控制策略、 控制器设计等方面开展了大量的工作，旨在提高并网电流的电能质量。
[0003]电网阻抗作为电力系统固有的属性，对并网逆变器控制性能的影响亦引起人们的 重视。现有技术中对电网阻抗的分析都是基于单相并联或单台并网逆变器进行研究的，并 未考虑电网阻抗在大型光伏电站中的影响。随着系统成本的持续降低和发电效益的不断提 高，建设大型光伏电站是大规模利用太阳能的有效方式。和海上风电柔性直流输电结构相 t匕，由于光伏阵列发出的是低压直流电，大型光伏电站更多的利用逆变器并联集中并网，通 过配电变压器实现高压交流输电。但是，国内外若干大型光伏电站的运行经验表明:即使 单台并网逆变器的输出电流谐波较小，多台并网逆变器并联后输出电流的谐波也有可能超 标。
[0004]因此急需一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，用于大型光伏 电站并网逆变器电流控制中。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电网阻抗的大型光伏电站 并网稳定性设计方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]本发明提供的一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，包括以下 步骤:
[0008]S1:建立基于电网阻抗的大型光伏电站并网逆变器并联系统等效电路模型；
[0009]S2:获取大型光伏电站中并网逆变器的并联台数和拓扑结构参数；
[0010]S3:计算大型光伏电站中配电变压器上的电网阻抗；
[0011]S4:设计大型光伏电站中并网逆变器的控制系统；
[0012]S5:计算并网逆变器控制系统的等效开环传递函数表达式，电流控制器采用比例 谐振叠加谐波补偿项的准PR+HC控制器，所述PR+HC控制器参数具体包括比例增益kp、广义 积分系数kA、带宽因子和谐振角频率Co1 ；
[0013]S6:绘制等效开环传递函数表达式的对数幅频特性和相频特性曲线，根据对数幅 频特性和相频特性曲线，读取等效开环传递函数表达式的相位裕度和幅值裕度值，通过相 位裕度和幅值裕度来判断并网逆变器并联系统的稳定程度，如果相位裕度和幅值裕度满足预设阈值，则进入步骤S8;
[0014]S7:如果相位裕度和幅值裕度不满足预设阈值，则返回步骤S5中，重新设计并网逆变器控制系统中的准PR+HC电流控制器参数；
[0015]S8:获得稳定程度达到阈值的并网逆变器控制系统准PR+HC电流控制器参数。
[0016]进一步，所述大型光伏电站中并网逆变器的并联台数n通过以下公式来计算:
【权利要求】
1.一种基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:包括以下步骤:S1:建立基于电网阻抗的大型光伏电站并网逆变器并联系统等效电路模型；S2:获取大型光伏电站中并网逆变器的并联台数和拓扑结构参数；S3:计算大型光伏电站中配电变压器上的电网阻抗；S4:设计大型光伏电站中并网逆变器的控制系统；S5:计算并网逆变器控制系统的等效开环传递函数表达式，电流控制器采用比例谐振叠加谐波补偿项的准PR+HC控制器，所述PR+HC控制器参数具体包括比例增益kp、广义积分系数kA、带宽因子和谐振角频率Co1 ；S6:绘制等效开环传递函数表达式的对数幅频特性和相频特性曲线，根据对数幅频特性和相频特性曲线，读取等效开环传递函数表达式的相位裕度和幅值裕度值，通过相位裕度和幅值裕度来判断并网逆变器并联系统的稳定程度，如果相位裕度和幅值裕度满足预设阈值，则进入步骤S8 ；S7:如果相位裕度和幅值裕度不满足预设阈值，则返回步骤S5中，重新设计并网逆变器控制系统中的准PR+HC电流控制器参数；S8:获得稳定程度达到阈值的并网逆变器控制系统准PR+HC电流控制器参数。
2.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述大型光伏电站中并网逆变器的并联台数n通过以下公式来计算:
3.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述大型光伏电站中并网逆变器的拓扑结构参数包括大型光伏电站中并网逆变器的并联台数n、并网逆变器的直流侧输入电压Ud。、并网逆变器的输出侧交流滤波电感L1、交流滤波电容C1和并网侧交流滤波电感L2。
4.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述大型光伏电站中配电变压器上的电网阻抗通过以下方式来近似计算:
5.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述大型光伏电站中每组并网逆变器均采用相同结构和参数的控制系统，所述并网逆变器的控制系统采用并网侧电流直接控制和电容电流有源阻尼的闭环控制系统，所述闭环控制系统的开环传递函数表达式T通过以下公式来计算:
6.根据权利要求5所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述三相PWM并网逆变器的增益k_和电容电流有源阻尼因子kd分别通过以下公式来计算:
7.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述电流控制器采用准PR+HC电流控制器，所述准PR+HC电流控制器的传递函数 Gc (s)表达式为:
8.根据权利要求5所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:通过以下公式来计算并网逆变器并网侧的交流等效滤波电感表达式:L2' = L2+nLg ；式中，L2'表示并网逆变器的并网侧交流等效滤波电感，n表示大型光伏电站中并网逆变器的并联台数。
9.根据权利要求1所述的基于电网阻抗的大型光伏电站并网稳定性设计方法，其特征在于:所述稳定程度通过以下方式来计算:591:通过以下公式来计算控制系统的等效开环传递函数表达式T6q:
【文档编号】H02J3/38GK103595065SQ201310450339
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】周林, 杨明, 张密, 晁阳 申请人:重庆大学