光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法和控制器與流程
本申請涉及光伏發電系統技術領域，尤其涉及一種光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法和控制器。
背景技術：
隨著能源、環境危機的加劇，世界各國利用可再生能源的步伐在不斷加速。近年來，光伏發電作為技術較為成熟的可再生能源發電形式之一，發展十分迅速，許多國家已經做出大規模開發利用光伏發電的決策和規劃。隨著并網光伏電站容量的增大以及光伏發電滲透率的提高，由并網光伏電站產生的次同步間諧波以及次同步振蕩問題日漸凸現，而次同步間諧波的頻率很可能與汽輪發電機組的軸系固有頻率匹配，引起汽輪發電機組的次同步振蕩，甚至導致汽輪發電機組大軸的損壞，嚴重影響電力系統的安全穩定運行。
目前，在光伏逆變器控制參數對次同步分量影響規律以及光伏逆變器控制參數的次同步穩定域方面，尚缺少研究。
技術實現要素：
有鑒于此，本申請實施例提供了一種光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法和控制器，用以解決現有技術中并網光伏電站的次同步間諧波及次同步振蕩影響并網光伏發電系統安全穩定運行的技術問題。
根據本申請實施例的一個方面，提供了一種光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法，所述方法包括：根據光伏發電系統的數學模型建立復頻域傳遞函數g(s)；基于傳遞函數定義特征多項式δ(s,kp,ki)，在特征多項式中pi控制器的控制參數kp、ki同時出現在s的奇數次冪項和偶數次冪項中；基于傳遞函數和特征多項式定義測試多項式v(s)，在測試多項式中kp、ki在s的奇數次冪項和偶數次冪項中實現分離；對測試多項式v(s)進行傅立葉變換，kp出現在虛部多項式q(ω,kp)中，ki出現在實部多項式p(ω,ki)中，通過q(ω,kp)確定kp的取值范圍，根據每一個固定的kp值確定能夠使p(ω,ki)>0的ki值。
根據本申請實施例的另一方面，提供了一種控制器，包括：處理器；用于存儲處理器可執行指令的存儲器；其中，處理器被配置為：執行上述光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法
本申請實施例的有益效果包括：合理調節光伏逆變器電壓外環控制器參數，減弱或消除次同步振蕩對并網光伏發電系統的影響，保證系統穩定運行。
附圖說明
通過以下參照附圖對本申請實施例的描述，本申請的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：
圖1是并網光伏發電系統接線圖；
圖2是光伏逆變器拓撲結構；
圖3是光伏逆變器的電壓外環控制策略示意圖。
具體實施方式
以下基于實施例對本申請進行描述，但是本申請并不僅僅限于這些實施例。在下文對本申請的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本申請。為了避免混淆本申請的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
在本申請的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
本申請的發明人在前期研究中建立了并網光伏發電系統的數學模型，并對其進行了特征值分析，發現系統中存在一個次同步振蕩模態，光伏逆變器的電壓外環控制參數對該次同步振蕩模態影響顯著，控制參數設置不當可能導致該模態的阻尼為負，即導致該模態成為不穩定的次同步振蕩模態，進而使整個系統失去穩定。因此，有必要發明一種光伏逆變器控制參數的次同步穩定域計算方法，以便合理設置光伏逆變器的控制參數，減弱或消除次同步振蕩對并網光伏發電系統的影響，保證系統穩定運行。
圖1是并網光伏發電系統接線圖，其中光伏逆變器的拓撲結構如圖2所示。構造光伏逆變器的電壓外環時，需要將電壓指令轉換為電流指令，光伏逆變器的電壓外環控制器模型示意圖如圖3所示.
本申請實施例中，首先建立光伏發電系統的數學模型，如下式所示：
式中，t代表溫度，單位：℃；tref為溫度參考值，單位：℃；s代表實際光照強度，單位：w/m2；sref為光照強度參考值，單位：w/m2；e為自然對數的底數，取其近似值2.71828。a、b、c是補償系數，取值分別為0.0025/℃、0.5、0.00288/℃。下標d、q分別表示d、q軸分量。
將上述方程整理成如下的狀態空間形式：
其中，x代表狀態向量，u代表控制輸入，y代表測量輸出，a代表狀態矩陣，b代表輸入矩陣，c代表輸出矩陣，e代表轉移矩陣。
形成光伏發電系統的復頻域傳遞函數g(s)：
n(s)＝ne(s2)+sno(s2)，
d(s)＝de(s2)+sdo(s2)。
其中，i代表單位矩陣，n(s)為分子多項式，d(s)為分母多項式，ne(s2)為n(s)中僅含s的偶數次冪項的多項式，sno(s2)為n(s)中僅含s的奇數次冪項的多項式，則no(s2)中僅含s的偶數次冪項；類似的，de(s2)為d(s)中僅含s的偶數次冪項的多項式，sdo(s2)為d(s)中僅含s的奇數次冪項的多項式，則do(s2)中僅含s的偶數次冪項。
基于傳遞函數g(s)定義特征多項式δ(s,kp,ki)。
δ(s,kp,ki)＝s·d(s)+(ki+kps)·n(s)
＝s[de(s2)+sdo(s2)]+(ki+kps)[ne(s2)+sno(s2)]；
由上式可知：在δ(s,kp,ki)中，pi控制器的兩個控制參數(kp,ki)既出現在s的偶數次冪項中，也出現在s的奇數次冪項中。特征多項式δ(s,kp,ki)是系統閉環傳遞函數的分母，特征多項式的根決定系統的穩定性。
基于傳遞函數g(s)和特征多項式δ(s,kp,ki)定義測試多項式ν(s)。
n*(s)＝n(-s)＝ne(s2)-sno(s2)；
v(s)＝δ(s,kp,ki)n*(s)
＝{s[de(s2)+sdo(s2)]+(ki+kps)[ne(s2)+sno(s2)]}·[ne(s2)-sno(s2)]
＝s2[do(s2)ne(s2)-de(s2)no(s2)]+ki[ne(s2)ne(s2)-s2no(s2)no(s2)]
+s[de(s2)ne(s2)-s2do(s2)no(s2)]+kps[ne(s2)ne(s2)-s2no(s2)no(s2)]
上式中，前兩項為s的偶數次冪項，后兩項為s的奇數次冪項。通過定義測試多項式v(s)實現參數分離，從而實現pi控制器控制參數的解耦，分步確定每個控制參數的取值范圍。在δ(s,kp,ki)中，pi控制器的兩個控制參數(kp,ki)既出現在s的偶數次冪項中，也出現在s的奇數次冪項中。而在v(s)中，kp僅出現在s的奇數次冪項中，ki僅出現在s的偶數次冪項中。
對測試多項式v(s)進行傅立葉變換，令s＝jω，
則v(jω)＝δ(jω,kp,ki)n*(jω)＝p(ω,ki)+jq(ω,kp)。
式中，p(ω,ki)＝p1(ω)+kip2(ω)，q(ω,kp)＝q1(ω)+kpq2(ω)，
p1(ω)＝-ω2[do(-ω2)ne(-ω2)-de(-ω2)no(-ω2)]，
p2(ω)＝ne(-ω2)ne(-ω2)+ω2no(-ω2)no(-ω2)，
q1(ω)＝ω[de(-ω2)ne(-ω2)+ω2do(-ω2)no(-ω2)]，
q2(ω)＝ω[ne(-ω2)ne(-ω2)+ω2no(-ω2)no(-ω2)]。
要使系統穩定，v(s)應與n*(s)有相同個數的閉環右半平面零點，kp取值范圍的確定方式為：q(ω,kp)＝0至少有β個非負實根。
式中，l(n(s))和r(n(s))分別為n(s)在開環左半平面和右半平面的根的個數，n和m分別為δ(s,kp,ki)和n(s)的階數。
設定一個適當的步長，例如0.1，在已經確定的取值范圍內掃描kp，然后針對每一個kp值，找到滿足以下不等式的ki值。
此外，本申請實施例提供的用于光伏逆變器的電壓外環pi控制器包括：處理器，用于存儲處理器可執行指令的存儲器；其中，處理器被配置為：執行上述光伏逆變器控制參數的次同步穩定域控制方法。
以上所述僅為本申請的優選實施例，并不用于限制本申請，對于本領域技術人員而言，本申請可以有各種改動和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。
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