含虚拟惯量控制的光伏自适应低穿策略及故障特性研究

作     者：邹芃蓥 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：郑涛

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏并网系统 频率稳定性 低电压穿越 锁相环 故障电流计算 正负序分离 

摘      要：随着高比例光伏经电力电子逆变器接入电力系统,深刻地改变了传统电力系统的运行特性,电力系统的安全稳定运行受到了严峻的挑战。一方面,由于新能源本身存在弱阻尼和低惯性特性,高比例光伏接入会导致系统等效惯量显著降低,极大威胁了系统的频率稳定性;另一方面,受逆变器的控制策略及故障期间动态特性的影响,新能源电力系统的故障特性与传统同步电源存在较大差异。因此,考虑不同控制策略下光伏并网系统的故障特性及对系统稳定性的影响是保护领域亟需研究的课题。本文以光伏并网系统为研究对象,计及故障期间系统的电压稳定性和频率稳定性,围绕网侧对称故障和不对称故障场景下锁相环动态响应特性对光伏并网系统故障特性的影响展开研究,主要研究成果如下:(1)针对高比例光伏接入下系统等效惯量降低的问题,通过光伏调频系统的频率响应模型,预测了故障期间系统频率与电压跌落的最低点,根据频率与电压指标实现对故障期间电压与频率稳定性的综合评估。针对不同的故障情况,提出了自适应低电压穿越策略。通过有功功率与无功功率的合理分配,实现了故障期间对频率和并网点电压更好的支撑效果,并借鉴突变决策法进一步量化了自适应低穿策略的综合作用效果。最后通过仿真验证了所提低穿策略的有效性。(2)针对自适应低穿策略中无功优先模式,分析了网侧三相对称故障下光伏并网点电压相位发生跳变时,锁相环输出相位与实际相位之间的偏差,明确了锁相偏差的影响因素。在忽略电流内环的响应时间的情况下,分析了锁相偏差的影响路径,进而建立了考虑锁相环动态响应特性的光伏故障电流解析计算模型,明确了故障电流的谐波特性。最后通过仿真验证了所提解析计算模型的准确性,对不同影响因素的作用效果进行了对比验证。(3)针对光伏并网系统发生不对称故障的场景,分析了锁相环动态响应特性对二阶广义积分器影响,明确了不对称故障期间提取的正负序分量中会引入振荡衰减的基频分量,进一步得到了考虑正负序分量影响的锁相环输出相位。由于光伏逆变器控制输入量同样受到正负序分量的影响,通过联立控制方程与物理方程,建立了不对称故障下考虑锁相偏差及正负序分量影响的光伏故障电流解析计算模型,最后通过仿真验证了所提解析计算模型的准确性。