一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化方法以及装置

本公开涉及构网-跟网融合并网控制领域，具体而言，涉及一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化方法以及装置。

背景技术：

1、分布式能源一般通过逆变器接入电网，逆变器主要有构网型控制和跟网型控制两种控制方式。构网型逆变器通常采用虚拟同步机控制、下垂控制等方法，可支撑电网电压频率稳定，在弱电网条件下仍能使得系统稳定运行，但在强电网条件下可能和线路阻抗耦合进而导致系统振荡失稳。与之相反，跟网型逆变器一般采用恒功率控制，跟踪电网电压频率，在弱电网条件下可能使得系统稳定性下降甚至失稳，但在强电网条件下仍能稳定运行。分布式能源并网之前无法确定接入电网的强度，此时，单一的构网或跟网控制可能会导致系统稳定性下降，甚至可能无法保障系统的稳定运行。因此，需要开发一种控制策略，在保证系统稳定的前提下最大限度提升系统稳定性。

2、针对构网或跟网控制的分布式能源接入电网产生的的系统稳定性下降甚至失稳问题，目前的主流做法有构网-跟网切换控制、构网-跟网混合同步控制、构网-跟网并联控制等方法。构网-跟网切换控制方法是指根据电网强度切换变流器控制模式，使得系统在较宽的电网强度变化范围内稳定运行；构网-跟网混合同步控制使得逆变器兼具 构网和跟网特性，提升了系统的稳定裕度；构网-跟网并联控制方法可调节构网控制占比，保障系统在不同电网强度工况下的稳定性。

3、构网-跟网切换控制方法在切换控制方式时会产生暂态冲击电流，影响系统的暂态稳定性；构网-跟网混合同步控制中构网控制和跟网控制固定为1:1加权，无法适应电网强度变化的复杂工况；构网-跟网并联控制中，当电网强度变化时，构网控制占比和各控制环节参数均要随之变化，设计复杂。

4、因此，需要一种或多种方法解决上述问题。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化方法以及装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

2、根据本公开的一个方面，提供一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化方法，包括：

3、建立逆变器构网-跟网融合控制系统的小信号状态空间模型，所述逆变器构网-跟网融合控制系统包括构网-跟网融合控制器、逆变器、负载、变压器、线路及电网；所述构网-跟网融合控制器将构网型控制输出的角频率与跟网型控制输出的角频率通过融合系数进行加权融合，得到系统角频率，并基于所述系统角频率生成前级电压参考值，经双闭环控制后输出至所述逆变器；

4、根据所述小信号状态空间模型，分析不同电网强度及不同融合系数下所述逆变器构网-跟网融合控制系统的稳定性；

5、以所述逆变器构网-跟网融合控制系统的稳定性最优为目标，以所述逆变器构网-跟网融合控制系统稳定为约束条件，求解最优融合系数，并将所述最优融合系数应用于所述构网-跟网融合控制器以实现逆变器构网-跟网融合控制，所述最优融合系数为使所述逆变器构网-跟网融合控制系统主导特征值实部最小的融合系数。

6、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

7、所述构网型控制采用虚拟同步机控制，所述跟网型控制采用锁相环控制；

8、所述构网型控制输出构网角频率，所述跟网型控制输出跟网角频率；

9、所述系统角频率由所述构网角频率与所述跟网角频率通过所述融合系数加权融合得到，融合公式为：

10、，

11、其中，

12、

13、式中：

vo,q、

il、

ilo、

ic、

ωf、

io、

kpllp、

kplli分别是逆变器输出

q轴电压的积分、滤波电感电流、负载电流、线路电流、截断角频率、扰动电流、锁相环比例系数、锁相环积分系数。

14、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中，所述构网-跟网融合控制器还包括电压环、电流环及无功控制环；

15、所述电压环的小信号模型为

16、，

17、其中，

18、式中：、、

kup、

kui分别为电压环控制器输出量的积分、滤波电感电流给定值、电压环比例系数、电压环积分系数；

19、所述电流环的小信号模型为

20、，

21、其中，

22、式中：、、

kip、

kii分别为电流环控制器输出量的积分、调制电压、电流环比例系数、电流环积分系数；

23、所述无功控制环采用无功下垂控制，根据额定无功功率、实际无功功率及额定电压生成电压幅值参考值。

24、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中的所述小信号状态空间模型的建立包括：

25、分别建立构网-跟网融合控制器小信号模型、电压环小信号模型、电流环小信号模型、逆变器小信号模型、负载小信号模型及线路小信号模型；

26、所述逆变器小信号模型为

27、，

28、其中，

29、；

30、所述负载小信号模型为

31、，

32、其中，

33、

34、式中：

rload、

lload分别为负载电阻、负载电感；

35、所述线路小信号模型为：

36、，

37、其中，；

38、联立小信号模型得到整体系统小信号状态空间模型：

39、

40、其中，

41、

42、式中：

xs、

us分别为系统小信号模型中的状态量、输入量；

as、

bs分别为系统小信号模型中的状态矩阵、输入矩阵。

43、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

44、所述整体系统小信号状态空间模型具有16个状态变量，状态矩阵为16×16阶矩阵；

45、求解所述状态矩阵特征值后发现存在0特征值，通过参与因子分析法识别所述0特征值与状态变量δ

λd、δ

λq相关；经分析，所述状态变量δ

λd、δ

λq为冗余状态变量，对所述整体系统小信号状态空间模型进行降阶处理，消除所述冗余状态变量，得到降阶后的系统小信号模型：

46、

47、其中，

48、。

49、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中所述电网强度通过短路比表征，所述短路比的计算公式为：

50、

51、式中：

ssc、

sn、

un、

zline分别为逆变器并网节点短路容量、逆变器额定视在功率、额定电网电压、逆变器和电网之间的线路阻抗。

52、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法的所述稳定性分析包括：在固定电网强度下，改变所述融合系数的取值，求解所述小信号状态空间模型的主导特征值，得到所述主导特征值随所述融合系数变化的稳定性趋势；

53、在强电网工况下，随着所述融合系数从0到1逐渐增大，所述主导特征值实部的变化趋势为：左移、右移、左移、右移、左移、右移、不变；

54、在弱电网工况下，随着所述融合系数从0到1逐渐增大，所述主导特征值实部的变化趋势为：左移、右移、不变。

55、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

56、所述最优融合系数的求解以最小化最大特征值实部为目标函数，以系统所有特征值实部均小于0为约束条件；

57、所述目标函数为：

58、所述约束条件为：

59、其中，

asj为降阶后的系统小信号状态空间模型的状态矩阵，eig（）函数表示求特征值，real（）函数表示取实部。

60、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法中，最优融合系数的求解采用基于小生境的粒子群优化方法，所述基于小生境的粒子群优化方法包括：

61、建立系统状态空间模型，获取电压电流的稳态工作点；

62、输入融合系数，构建系统小信号模型并计算特征值，以最小化主导特征值的最大实部作为目标函数，设置小生境粒子群参数，初始化粒子群位置和速度，所述位置表示融合系数的取值；

63、更新每个粒子的速度与位置，处理越界位置并计算新位置适应度，更新个体和全局历史最优；

64、计算粒子间距离，若两个粒子的距离小于排挤半径，则比较适应度，将适应度较差的粒子随机重置并重新计算适应度；

65、记录当前全局最优值，检查当前迭代次数，若未达到最大迭代次数则返回更新步骤，否则输出全局最优融合系数。

66、在本公开的一个方面，提供一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化装置，包括：

67、系统建模模块，用于建立逆变器构网-跟网融合控制系统的小信号状态空间模型，所述逆变器构网-跟网融合控制系统包括构网-跟网融合控制器、逆变器、负载、变压器、线路及电网；所述构网-跟网融合控制器将构网型控制输出的角频率与跟网型控制输出的角频率通过融合系数进行加权融合，得到系统角频率，并基于所述系统角频率生成前级电压参考值，经双闭环控制后输出至所述逆变器；

68、模型分析模块，用于根据所述小信号状态空间模型，分析不同电网强度及不同融合系数下所述逆变器构网-跟网融合控制系统的稳定性；

69、参数优化模块，用于以所述逆变器构网-跟网融合控制系统的稳定性最优为目标，以所述逆变器构网-跟网融合控制系统稳定为约束条件，求解最优融合系数，并将所述最优融合系数应用于所述构网-跟网融合控制器以实现逆变器构网-跟网融合控制，所述最优融合系数为使所述逆变器构网-跟网融合控制系统主导特征值实部最小的融合系数。

70、本公开的示例性实施例中的一种适配电网强度特性的构网-跟网融合并网控制稳定优化方法，该方法包括：建立逆变器构网-跟网融合控制系统的小信号状态空间模型；分析不同电网强度及不同融合系数下系统的稳定性；以系统稳定性最优为目标、系统稳定为约束条件，求解使系统主导特征值实部最小的最优融合系数并应用于控制器。所述构网-跟网融合控制器将虚拟同步机控制的构网角频率与锁相环控制的跟网角频率通过融合系数加权融合得到系统角频率。本发明无需切换控制模式即可适应电网强度变化，避免暂态冲击电流；仅需调整融合系数而无需修改原控制器参数；采用基于小生境的粒子群优化方法求解最优融合系数，保证全局最优，显著提升系统稳定裕度。

71、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。