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基于无功补偿的分布式光伏发电系统快速抑制电网功率振荡的控制策略研究
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论文篇 - 195 - 时利用其大量的剩余容量来抑制减小转速偏差和转 速变化率从而抑制电网机电振荡。 转速偏差或转速变化率过大均会导致相关继电 器发生保护动作其均容易导致如发电机低频保护等 频率保护或控制装置触发保护动作。目前利用无功 抑制振荡较为常见的为下垂控制和惯量控制 [6-10]。其 中下垂控制对抑制转速偏差效果较好,惯量控制对 抑制转速变化率效果较好。无功功率环的下垂控制 可以有效地抑制转速偏差最大值,无功功率环的惯 量控制可以减小频率变化率。但在光伏发电高峰期 光伏逆变器的剩余容量较小,在这种情况下,如何 利用有限的光伏逆变器剩余容量最大的发挥其抑制 振荡的能力成为了需要考虑的问题。 本文介绍了一种基于光伏逆变器剩余容量的快 速无功补偿抑制电网功率振荡控制策略,在振荡发 生的第一时间尽量减小转速偏差和转速变化率的 值,保障光伏逆变器有限的剩余容量可以被最大程 度地有效利用。发生功率振荡时,光伏发电系统即 可以不牺牲自身的发电量,又可以提升电网稳定性。 同步机的转子转速是判断系统功率是否平衡的 重要指标。本文以经典的单机无穷大系统作为研究 对象,该系统由同步机、无穷大电网和光伏发电模 块组成,如图一所示,系统中同步机转子转速和频 率保持同步变化。 图 2 含 PV 的单机无穷大系统模型 图 2 中,Pm、Pe分别代表同步发电机的原动机功 率和电磁功率,ω 为同步机转子转速。Vabc和 Iabc分 别代表光伏逆变器输出的三相电流和三相电压;Udc 代表光伏直流侧的电压,Id、Iq、Id *、Iq *分别为 dq 坐标系下的 PV 有功输出电流、无功输出电流、有功 电流指令值、无功电流指令值。P、Q 分别代表光伏 逆变器的有功、无功输出。PV 有功输出始终运行于 MPPT 模式。当工况稳定时,Δω=0,Iq=Iq *=0,即 PV 无功输出为 0。当系统发生功率振荡时,PV 无功输 出可根据的 ω 的变化做出改变。为防止 PV 无功输 出 Q 超出光伏逆变器剩余容量导致超出光伏逆变器 过电流损坏硬件装置,需要对 Iq进行限流: 2 2 2 d d q qmax d 0 S V I I I V = (1) 式中:S 为光伏逆变器容量,V 为并网点电压。 1.1 下垂、惯量、PD 控制 根据多时间尺度分析 [11-12],基于 SG 转子转速响 应的无功下垂、惯量、PD 控制系统中电流环的控制 器可设置为如下式: ( ) ( ) ( ) ( ) qD p 0 0 qI d 0 qPD p 0 d d d d d I K I K t I K K t = = = + (2) 上式中, Kp为下垂控制增益, Kd为惯量控制增益, IqD、IqI、IqPD分别为下垂、惯量、PD 控制时的 Iq *。 文献[13]立了机电时间尺度下 SG 的电磁功率的 增量表达式: q e g e P I = (3) 上式中,ΔPe为 SG 电磁功率的变化率,λg、λq 分别为电网同步系数、PV 无功控制系数,分别代表 系统自身的同步能力和 PV 无功控制对 SG 电磁参数 的影响,且: 0 0 0 d0 0 g 0 0 0 0 q0 sin ( sin ) cos sin +cos 1 (1 ) cos EV kE E XI k X k V k kE kXI + = + + + (4) 0 q 0 sin 1 kEV k = + (5)

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