一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，基于提出了的考慮電網(wǎng)阻抗因素的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法解決了大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器并聯(lián)臺數(shù)增加時諧波含量超標(biāo)的問題，可用于大型光伏電站并網(wǎng)逆變器電流控制中。首先獲取大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)，計算配電變壓器上的電網(wǎng)阻抗；然后根據(jù)設(shè)計的并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，將電網(wǎng)阻抗考慮進(jìn)去，通過控制系統(tǒng)等效開環(huán)傳遞函數(shù)的相位裕度和幅值裕度來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，如果穩(wěn)定程度滿足預(yù)設(shè)閾值，則表示并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性高；如果穩(wěn)定程度不滿足預(yù)設(shè)閾值，則改變并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中的電流控制器參數(shù)，直到系統(tǒng)穩(wěn)定程度滿足預(yù)設(shè)閾值。
【專利說明】—種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型光伏電站領(lǐng)域，特別涉及一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng) 穩(wěn)定性設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，太陽能等可再生能源迅猛發(fā)展，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)越來越受到人們的重 視。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心是并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)運行時，采用電流控制方式，實 質(zhì)上是一個電壓源輸入電流源輸出的逆變器。目前，國內(nèi)外在濾波器選型、并網(wǎng)控制策略、 控制器設(shè)計等方面開展了大量的工作，旨在提高并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量。
[0003]電網(wǎng)阻抗作為電力系統(tǒng)固有的屬性，對并網(wǎng)逆變器控制性能的影響亦引起人們的 重視?，F(xiàn)有技術(shù)中對電網(wǎng)阻抗的分析都是基于單相并聯(lián)或單臺并網(wǎng)逆變器進(jìn)行研究的，并 未考慮電網(wǎng)阻抗在大型光伏電站中的影響。隨著系統(tǒng)成本的持續(xù)降低和發(fā)電效益的不斷提 高，建設(shè)大型光伏電站是大規(guī)模利用太陽能的有效方式。和海上風(fēng)電柔性直流輸電結(jié)構(gòu)相 t匕，由于光伏陣列發(fā)出的是低壓直流電，大型光伏電站更多的利用逆變器并聯(lián)集中并網(wǎng)，通 過配電變壓器實現(xiàn)高壓交流輸電。但是，國內(nèi)外若干大型光伏電站的運行經(jīng)驗表明:即使 單臺并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波也有可能超 標(biāo)。
[0004]因此急需一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，用于大型光伏 電站并網(wǎng)逆變器電流控制中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站 并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供的一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，包括以下 步驟:
[0008]S1:建立基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)等效電路模型；
[0009]S2:獲取大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)；
[0010]S3:計算大型光伏電站中配電變壓器上的電網(wǎng)阻抗；
[0011]S4:設(shè)計大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)；
[0012]S5:計算并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式，電流控制器采用比例 諧振疊加諧波補償項的準(zhǔn)PR+HC控制器，所述PR+HC控制器參數(shù)具體包括比例增益kp、廣義 積分系數(shù)kA、帶寬因子和諧振角頻率Co1 ；
[0013]S6:繪制等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式的對數(shù)幅頻特性和相頻特性曲線，根據(jù)對數(shù)幅 頻特性和相頻特性曲線，讀取等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式的相位裕度和幅值裕度值，通過相 位裕度和幅值裕度來判斷并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，如果相位裕度和幅值裕度滿足預(yù)設(shè)閾值，則進(jìn)入步驟S8;
[0014]S7:如果相位裕度和幅值裕度不滿足預(yù)設(shè)閾值，則返回步驟S5中，重新設(shè)計并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中的準(zhǔn)PR+HC電流控制器參數(shù)；
[0015]S8:獲得穩(wěn)定程度達(dá)到閾值的并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)準(zhǔn)PR+HC電流控制器參數(shù)。
[0016]進(jìn)一步，所述大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)n通過以下公式來計算:
【權(quán)利要求】
1.一種基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:包括以下步驟:S1:建立基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)等效電路模型；S2:獲取大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)；S3:計算大型光伏電站中配電變壓器上的電網(wǎng)阻抗；S4:設(shè)計大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)；S5:計算并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式，電流控制器采用比例諧振疊加諧波補償項的準(zhǔn)PR+HC控制器，所述PR+HC控制器參數(shù)具體包括比例增益kp、廣義積分系數(shù)kA、帶寬因子和諧振角頻率Co1 ；S6:繪制等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式的對數(shù)幅頻特性和相頻特性曲線，根據(jù)對數(shù)幅頻特性和相頻特性曲線，讀取等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式的相位裕度和幅值裕度值，通過相位裕度和幅值裕度來判斷并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，如果相位裕度和幅值裕度滿足預(yù)設(shè)閾值，則進(jìn)入步驟S8 ；S7:如果相位裕度和幅值裕度不滿足預(yù)設(shè)閾值，則返回步驟S5中，重新設(shè)計并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中的準(zhǔn)PR+HC電流控制器參數(shù)；S8:獲得穩(wěn)定程度達(dá)到閾值的并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)準(zhǔn)PR+HC電流控制器參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)n通過以下公式來計算:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)包括大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)n、并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)輸入電壓Ud。、并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)交流濾波電感L1、交流濾波電容C1和并網(wǎng)側(cè)交流濾波電感L2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述大型光伏電站中配電變壓器上的電網(wǎng)阻抗通過以下方式來近似計算:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述大型光伏電站中每組并網(wǎng)逆變器均采用相同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的控制系統(tǒng)，所述并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)采用并網(wǎng)側(cè)電流直接控制和電容電流有源阻尼的閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式T通過以下公式來計算:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述三相PWM并網(wǎng)逆變器的增益k_和電容電流有源阻尼因子kd分別通過以下公式來計算:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述電流控制器采用準(zhǔn)PR+HC電流控制器，所述準(zhǔn)PR+HC電流控制器的傳遞函數(shù) Gc (s)表達(dá)式為:
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:通過以下公式來計算并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)側(cè)的交流等效濾波電感表達(dá)式:L2' = L2+nLg ；式中，L2'表示并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)側(cè)交流等效濾波電感，n表示大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器的并聯(lián)臺數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電網(wǎng)阻抗的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性設(shè)計方法，其特征在于:所述穩(wěn)定程度通過以下方式來計算:591:通過以下公式來計算控制系統(tǒng)的等效開環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式T6q:
【文檔編號】H02J3/38GK103595065SQ201310450339
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】周林, 楊明, 張密, 晁陽 申請人:重慶大學(xué)