一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略，包含前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制。在電網(wǎng)故障時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落深度控制后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器向電網(wǎng)提供所需的無(wú)功功率；逆變器的直流側(cè)電壓控制環(huán)中加入反映光伏陣列輸出功率和直流電壓波動(dòng)的前饋補(bǔ)償量，從而在故障過(guò)程中減小逆變器直流側(cè)過(guò)電壓；前級(jí)DC/DC變換器的控制器根據(jù)電壓跌落深度和逆變器額定容量控制光伏陣列輸出的有功功率，以減小故障時(shí)光伏系統(tǒng)中的不平衡能量，達(dá)到降低光伏系統(tǒng)中過(guò)電流和過(guò)電壓的目的。本發(fā)明不增加硬件裝置，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，既能有效提高光伏系統(tǒng)的低電壓穿越能力，還可為電網(wǎng)提供無(wú)功功率，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。
【專利說(shuō)明】—種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制領(lǐng)域，具體涉及一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了盡可能降低大規(guī)模光伏發(fā)電接入電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的負(fù)面影響，新的電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則都要求當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)大中型并網(wǎng)光伏發(fā)電機(jī)組仍能保持不脫網(wǎng)運(yùn)行，并在故障切除后光伏機(jī)組能迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，即要求光伏發(fā)電機(jī)組能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越運(yùn)行。為了更好的防御電壓、頻率等方面的嚴(yán)重電網(wǎng)事故，傳統(tǒng)火電機(jī)組除了被要求具備低電壓穿越能力以外，還要求在緊急狀態(tài)下具有功率支撐的能力。隨著光伏滲透率不斷增加，一些國(guó)家已經(jīng)開始要求并網(wǎng)光伏機(jī)組在故障條件下提供無(wú)功電流，以幫助電網(wǎng)盡快恢復(fù)電壓。
[0003]要使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全的低電壓穿越，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有并網(wǎng)光伏逆變器交流側(cè)的過(guò)電流和直流側(cè)的過(guò)電壓。
[0004]目前，在逆變器的直流側(cè)并聯(lián)卸荷電路是一種比較常用的低電壓穿越控制方法。該方法在檢測(cè)到電網(wǎng)故障后，在逆變器直流側(cè)電容旁并聯(lián)卸荷電阻(借助電力電子元件實(shí)現(xiàn))，依靠臨時(shí)并聯(lián)的卸荷電阻釋放故障時(shí)系統(tǒng)中的不平衡能量，從而起到減小逆變器交流側(cè)電流和直流側(cè)電壓的目的。盡管卸荷保護(hù)電路能夠成功實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的故障穿越，保護(hù)其內(nèi)部昂貴的電力電子器件，同時(shí)也是目前得到工程應(yīng)用的方法，但它需要增加硬件裝置成本，降低了系統(tǒng)的可靠性，且不具備向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐的能力。
[0005]針對(duì)卸荷電阻保護(hù)技術(shù)存在的問(wèn)題，很多純軟件的控制方法在不改變硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的控制算法以提高并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越性能。但這些控制算法通常由于過(guò)于復(fù)雜而不適合工業(yè)應(yīng)用，并且大多沒(méi)有考慮故障下光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，該方法能夠在電網(wǎng)電壓驟降故障時(shí)保障并提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力，且能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供無(wú)功支撐。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，包括前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的協(xié)調(diào)控制，具體包括以下步驟:
[0009]I)檢測(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的電壓；
[0010]2)當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓驟降故障發(fā)生后，前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器協(xié)同發(fā)生三種控制模式:
[0011]模式A:
[0012]后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的無(wú)功控制器切換到故障運(yùn)行模式，該無(wú)功控制器在故障運(yùn)行模式下的具體控制方法為:
[0013]先取消后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器控制器的無(wú)功功率外環(huán)，根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值ug，按照式⑴計(jì)算無(wú)功電流內(nèi)環(huán)的指令值I_f ;
οu& > 0.9?
( U λ
[0014]Zqref = 2-2-^ Zrated0.9UgIl >Ug> 0.5^ (τ)
V Sn J
Λ-Ug < 0.5?
[0015]其中，Ug為檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值，Ugn為公共連接點(diǎn)電壓的額定值，Irated為后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器電流的額定值；
[0016]直到電網(wǎng)清除故障、電壓恢復(fù)正常后，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器切換到正常運(yùn)行模式；
[0017]模式B:
[0018]后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流電壓控制器切換到故障運(yùn)行模式，具體控制方法為:
[0019]在后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制器的輸出信號(hào)中加入反映光伏陣列輸出功率Ppv和直流側(cè)電壓Udc波動(dòng)的前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。；
[0020]待故障切除后，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器切換到正常運(yùn)行模式，即直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制器的輸出信號(hào)中不再加入前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。；
[0021]模式C:
[0022]前級(jí)DC/DC變換器的控制器切換到故障運(yùn)行模式，且該前級(jí)DC/DC變換器的控制器在故障運(yùn)行模式下的具體控制方法為:
[0023]首先，前級(jí)DC/DC變換器的控制器不再實(shí)施正常運(yùn)行時(shí)的最大功率跟蹤運(yùn)行模式，取消了 MPPT控制器，根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值Ug，按照式(4)計(jì)算有功功率指令值PMf:
3(IV
[0024]P =—TJ I 1- qref
rei ?-Vrated'丄 J(4)
LV V1 rated J
[0025]然后，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器控制光伏陣列的輸出功率Ppv跟蹤該指令值；
[0026]待故障切除后，前級(jí)DC/DC變換器的控制器又恢復(fù)到正常情況下的最大功率跟蹤運(yùn)行模式；
[0027]3)當(dāng)檢測(cè)到故障切除后，前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器立即切換到正常運(yùn)行模式。
[0028]并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、前級(jí)DC/DC變換器、后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器和控制系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)包括前級(jí)DC/DC變換器的控制器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器兩部分。
[0029]B模式下所述的后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的直流電壓控制器的直流電壓動(dòng)態(tài)方程如式
(2):[0_ = (2) at
[0031]其中，Ude為直流母線電壓，ibdc和iid。分別為前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)流向和流出逆變器直流母線的電流；忽略電感、電阻和變換器的損耗，則有式(3):.>/3m.Zidc —《I
[0032](3)
P
? _ pv
Zbdc =
[0033]式中，Ppv是光伏陣列輸出的有功功率，id是網(wǎng)側(cè)逆變器電感電流的d軸分量，m是網(wǎng)側(cè)逆變器的調(diào)制比。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0035]本發(fā)明的控制方法在電網(wǎng)故障期間通過(guò)前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的協(xié)調(diào)控制，減小后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)的過(guò)電流和直流側(cè)的過(guò)電壓，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力，并能根據(jù)電壓跌落深度向電網(wǎng)輸出所需的無(wú)功電流，以提高故障條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功支撐。具體優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾方面:
[0036]1、在故障時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓，按殘壓與額定電壓比例適當(dāng)輸出有功和無(wú)功功率，既能在故障期間供應(yīng)附近負(fù)荷，也能在故障期間對(duì)電網(wǎng)提供無(wú)功支撐；
[0037]2、即使在電網(wǎng)電壓驟降為O伏時(shí)，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器在故障運(yùn)行模式中加入的前饋補(bǔ)償量仍能抑制直流側(cè)電壓的瞬時(shí)波動(dòng)；
[0038]3、完全依靠對(duì)變換器施加控制實(shí)現(xiàn)，不要求傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)增加其他硬件裝置，能提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性，且降低系統(tǒng)的成本。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1是正常運(yùn)行情況下并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制框圖。
[0040]圖2是電網(wǎng)故障時(shí)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制框圖。
[0041]圖3是典型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越性能的入網(wǎng)要求。
[0042]圖4是卸荷電阻保護(hù)電路示意圖。
[0043]圖5是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落為O伏并且故障持續(xù)時(shí)間為150ms時(shí)，采用控制策略一所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；(d)有功功率。
[0044]圖6是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落為O伏并且故障持續(xù)時(shí)間為150ms時(shí)，采用控制策略二所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；(d)有功功率。
[0045]圖7是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落至額定值的30%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略一所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；⑷有功功率。
[0046]圖8是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落至額定值的30%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略二所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；⑷有功功率。
[0047]圖9是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落至額定值的70%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略一所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；⑷有功功率。
[0048]圖10是當(dāng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓跌落至額定值的70%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略二所得到的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果:(a)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流幅值；(b)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電壓；(c)無(wú)功電流；⑷有功功率。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0050]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0051]一種考慮無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，該方法基于兩級(jí)式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光伏陣列、前級(jí)DC/DC變換器、后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器和控制器?？刂破靼ㄇ凹?jí)DC/DC變換器的控制器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器，前級(jí)DC/DC變換器的作用是控制光伏陣列的輸出功率并將陣列輸出電壓升壓后再輸出給后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器。后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器控制器采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制技術(shù)保持直流母線電壓穩(wěn)定并控制輸入電網(wǎng)的有功和無(wú)功功率，控制方法具體包括:
[0052]當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落后，根據(jù)公共連接點(diǎn)(PCC)的電壓幅值計(jì)算無(wú)功電流的指令值，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的無(wú)功電流控制器按指令值控制逆變器輸出電網(wǎng)所需的無(wú)功電流，幫助電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。
[0053]在電網(wǎng)電壓跌落情況下，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的直流母線電壓控制環(huán)中加入反映光伏陣列瞬時(shí)輸出功率Ppv和逆變器直流側(cè)電壓Udc波動(dòng)的前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。，從而平衡光伏陣列輸出功率的瞬時(shí)波動(dòng)，減小逆變器直流側(cè)的過(guò)電壓。
[0054]在整個(gè)低電壓穿越過(guò)程中，根據(jù)公共連接點(diǎn)的電壓幅值和逆變器的額定容量計(jì)算有功功率的指令值，前級(jí)DC/DC變換器根據(jù)指令值限制光伏陣列輸出的有功功率，以減小由電網(wǎng)電壓跌落引起的光伏發(fā)電系統(tǒng)中的不平衡能量，從而減小后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)電流和直流側(cè)電壓的波動(dòng)。
[0055]當(dāng)檢測(cè)到故障切除后，前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器立即切換到正常運(yùn)行模式。
[0056]本發(fā)明的兩級(jí)式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下的控制結(jié)構(gòu)如附圖1所示，其由光伏陣列、前級(jí)DC/DC變換器、后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器和控制系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)包括前級(jí)DC/DC變換器的控制和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制兩部分。前級(jí)DC/DC變換器根據(jù)光伏陣列輸出電壓和電流的檢測(cè)，通過(guò)最大功率跟蹤(MPPT)算法得到開關(guān)管控制信號(hào)以進(jìn)行前級(jí)DC/DC變換器的輸入電壓閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)光伏陣列的MPPT控制。后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制技術(shù)和電壓外環(huán)、無(wú)功外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中電壓外環(huán)根據(jù)功率平衡的原理控制直流母線電壓保持穩(wěn)定，無(wú)功外環(huán)控制后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器與電網(wǎng)間流動(dòng)的無(wú)功功率，以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的單位功率因數(shù)控制，電流內(nèi)環(huán)根據(jù)外環(huán)輸出的指令值控制輸入電網(wǎng)的有功和無(wú)功電流。
[0057]在電網(wǎng)故障情況下，本發(fā)明所提出的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制框圖如附圖2所示，涉及對(duì)前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略的改進(jìn)。
[0058]電壓嚴(yán)重跌落故障屬于大擾動(dòng)下的電網(wǎng)暫態(tài)安全問(wèn)題，因此電網(wǎng)導(dǎo)則要求并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具備無(wú)功支撐能力。圖3為典型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越性能的入網(wǎng)要求。為了滿足入網(wǎng)要求，從圖3(a)可以推導(dǎo)出，故障時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要為電網(wǎng)提供的無(wú)功電流幅值Ivrf為公共連接點(diǎn)電壓幅值Ug的分段函數(shù):
O% > 0.9LAgn
( U λ
[0059]Zqref = 2-2-^ I aled0.9 ?>U%> 0.5i/gn (t)
V Sn J
^ratedC/g < 0.5Ugn
[0060]式中，Irated為后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器電流的額定值，Ugn為公共連接點(diǎn)電壓的額定值。
[0061]在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，本發(fā)明對(duì)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的無(wú)功控制策略進(jìn)行改進(jìn)。
[0062]當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障后，為了快速實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功支撐，取消正常工作時(shí)后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器控制器的無(wú)功外環(huán)，根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)電壓幅值Ug按式(I)計(jì)算無(wú)功電流內(nèi)環(huán)的指令值。在整個(gè)低電壓穿越過(guò)程中，無(wú)功電流控制器持續(xù)工作，從而為電網(wǎng)提供所需的無(wú)功支撐，幫助電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。待故障切除后，恢復(fù)無(wú)功外環(huán)及單位功率因數(shù)控制策略。
[0063]后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流母線電容電壓的動(dòng)態(tài)方程為式(2):
dll
[0064]Cdc-^ = Ihdc-1ti (2)
[0065]其中，Ude為直流母線電壓，ibdc和iid。分別為前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)流向和流出逆變器直流母線的電流。若忽略電感、電阻和變換器的損耗，有:.V3m.j_I
C _ sfl
[0066]O)
P
?pv
Zbdc = JT~
[0067]式中，Ppv是光伏陣列輸出的有功功率，Id是后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器電感電流的d軸分量，m是后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的調(diào)制比。
[0068]在正常運(yùn)行情況下，當(dāng)流過(guò)前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的能量平衡時(shí)，iM。和iid。相等。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，流過(guò)前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的能量不再平衡，則ibd。不等于iid。，因此逆變器直流母線電壓會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。為了減小直流母線電壓的波動(dòng)，本發(fā)明提出的低電壓穿越控制方法，其后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流電壓控制環(huán)節(jié)的具體實(shí)施方案為:
[0069]當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓故障時(shí)，在直流電壓外環(huán)PI控制器的輸出信號(hào)中加入反映ibd。的前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。，從而平衡光伏陣列輸出功率的瞬時(shí)波動(dòng)，減小直流側(cè)電壓的波動(dòng)。待故障切除后，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器又切換到正常運(yùn)行情況的結(jié)構(gòu)。
[0070]當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，故障會(huì)引起公共連接點(diǎn)處的電壓跌落，光伏陣列產(chǎn)生的有功功率無(wú)法完全輸出到電網(wǎng)，多余的能量使光伏系統(tǒng)的變換器中產(chǎn)生過(guò)電流和過(guò)電壓。因此從能量平衡的角度考慮，減小過(guò)電流和過(guò)電壓的方法就是要減小光伏發(fā)電系統(tǒng)中的不平衡倉(cāng)tfi。
[0071]基于這一思路，本發(fā)明對(duì)前級(jí)DC/DC變換器的控制策略提出改進(jìn)。為了在故障時(shí)既不使光伏發(fā)電系統(tǒng)中出現(xiàn)不平衡能量，又能在后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的額定容量范圍內(nèi)盡可能多的向電網(wǎng)提供有功功率，就需要根據(jù)式(4)計(jì)算故障時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)提供的有功功率:
[0072]?、?br>
' \ rated J
[0073]式中，Iqref是通過(guò)式(I)計(jì)算得到的。
[0074]本發(fā)明提出的低電壓穿越控制方法，其前級(jí)DC/DC控制器的具體實(shí)施方案為:
[0075]當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓故障時(shí)，前級(jí)DC/DC變換器的控制器不再實(shí)施正常運(yùn)行時(shí)的MPPT控制策略，而是根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)電壓幅值按式(4)計(jì)算有功功率指令值PMf，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器控制光伏陣列的輸出功率Ppv跟蹤該指令值，從而根據(jù)電壓跌落深度限制光伏陣列的有功輸出，以減小光伏發(fā)電系統(tǒng)中的不平衡能量。待故障切除后，前級(jí)DC/DC控制器又恢復(fù)MPPT運(yùn)行模式。
[0076]下面以具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的效果:
[0077]在一臺(tái)500kW的典型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)上得以體現(xiàn)，該實(shí)施例比較了 2種典型的控制策略在3種典型的電網(wǎng)三相短路故障情況下的運(yùn)行情況，重點(diǎn)考察其低電壓穿越和無(wú)功支撐能力。這2種策略分別是:
[0078]策略一:采用傳統(tǒng)的卸荷電阻保護(hù)技術(shù)，如圖4所示。
[0079]策略二:本發(fā)明提出的控制策略；
[0080]當(dāng)公共連接點(diǎn)電壓跌落為O伏并且故障持續(xù)時(shí)間為150ms時(shí)，采用控制策略一和二的運(yùn)行效果分別如附圖5和6所示。2種控制策略均能減小后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)過(guò)電流和直流母線過(guò)電壓。但與控制策略一相比，實(shí)施策略二后的網(wǎng)側(cè)電流和直流側(cè)電壓的峰值以及有功功率的波動(dòng)都明顯降低。在功率輸出方面，根據(jù)圖3的并網(wǎng)要求，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落為O時(shí)，要求并網(wǎng)設(shè)備輸出100%額定值的無(wú)功電流，因此策略二借助本發(fā)明所述無(wú)功控制方法向電網(wǎng)輸出1050A的無(wú)功電流，而策略一則不能向電網(wǎng)提供無(wú)功電流。
[0081]當(dāng)公共連接點(diǎn)電壓跌落至額定值的30%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略一和二的運(yùn)行效果分別如附圖7和8所示。控制策略二的網(wǎng)側(cè)電流和直流側(cè)電壓較策略一均更低、更平滑。在功率輸出方面，根據(jù)圖3的并網(wǎng)要求，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落為額定值的50%以下時(shí)，要求并網(wǎng)設(shè)備輸出100%額定值的無(wú)功電流，因此策略二借助本發(fā)明所述無(wú)功控制方法向電網(wǎng)輸出1050A的無(wú)功電流，而策略一則不能向電網(wǎng)提供無(wú)功電流。由于向電網(wǎng)輸出100%額定值的無(wú)功電流，因此根據(jù)本發(fā)明所述有功控制方法，策略二輸出的有功功率為0，從而有效降低了故障期間光伏機(jī)組中的不平衡能量，而策略一仍然向電網(wǎng)輸出一定的有功功率。
[0082]當(dāng)公共連接點(diǎn)電壓跌落至額定值的70%并且故障持續(xù)時(shí)間為625ms時(shí)，采用控制策略一和二的運(yùn)行效果分別如附圖9、10所示?？刂撇呗远诒３指?、更平滑的網(wǎng)側(cè)電流和直流側(cè)電壓的前提下，還可根據(jù)并網(wǎng)導(dǎo)則的要求向電網(wǎng)輸出60%額定值的無(wú)功電流，而策略一則不能向電網(wǎng)提供無(wú)功電流。根據(jù)本發(fā)明所述有功控制方法，策略二在降低故障期間機(jī)組中不平衡能量的前提下，還可在逆變器的額定容量范圍內(nèi)輸出相應(yīng)的有功功率。
[0083]通過(guò)上述三種典型故障情況下的比較，本發(fā)明提出的控制策略提高了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越和無(wú)功支撐能力。
[0084]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，包括前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的協(xié)調(diào)控制，其特征在于，包括以下步驟: 1)檢測(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的電壓； 2)當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓驟降故障發(fā)生后，前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器協(xié)同發(fā)生三種控制模式: 模式A: 后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的無(wú)功控制器切換到故障運(yùn)行模式，該無(wú)功控制器在故障運(yùn)行模式下的具體控制方法為: 先取消后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器控制器的無(wú)功功率外環(huán)，根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值Ug，按照式⑴計(jì)算無(wú)功電流內(nèi)環(huán)的指令值I_f;
0Ug > 0.9U^n
f u λ ‘ =2-2-^ /rated 0.9L.; > > 0.5"gn (1)
V ^)
Ug < 0.5^ 其中，ugs檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值，ugn為公共連接點(diǎn)電壓的額定值，L—為后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器電流的額定值； 直到電網(wǎng)清除故障、電壓恢復(fù)正常后，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器切換到正常運(yùn)行模式； 模式B: 后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器直流電壓控制器切換到故障運(yùn)行模式，具體控制方法為: 在后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制器的輸出信號(hào)中加入反映光伏陣列輸出功率Ppv和直流側(cè)電壓Udc波動(dòng)的前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。； 待故障切除后，后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器切換到正常運(yùn)行模式，即直流側(cè)電壓外環(huán)PI控制器的輸出信號(hào)中不再加入前饋補(bǔ)償量Ppv/Ud。； 模式C: 前級(jí)DC/DC變換器的控制器切換到故障運(yùn)行模式，且該前級(jí)DC/DC變換器的控制器在故障運(yùn)行模式下的具體控制方法為: 首先，前級(jí)DC/DC變換器的控制器不再實(shí)施正常運(yùn)行時(shí)的最大功率跟蹤運(yùn)行模式，取消了 MPPT控制器，根據(jù)檢測(cè)到的公共連接點(diǎn)的電壓幅值Ug，按照式(4)計(jì)算有功功率指令值 Pref: 3(IV p --TJ T 1 _ qref“、 rref _ Ug々ated'i(4)
' V rated J 然后，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器控制光伏陣列的輸出功率Ppv跟蹤該指令值； 待故障切除后，前級(jí)DC/DC變換器的控制器又恢復(fù)到正常情況下的最大功率跟蹤運(yùn)行模式； 3)當(dāng)檢測(cè)到故障切除后，前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器立即切換到正常運(yùn)行模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、前級(jí)DC/DC變換器、后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器和控制系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)包括前級(jí)DC/DC變換器的控制器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的控制器兩部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可提供無(wú)功支撐的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，B模式下所述的后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器的直流電壓控制器的直流電壓動(dòng)態(tài)方程如式⑵: P dUAc _..dc (if -^idc(2) 其中，Ude為直流母線電壓，ibdc和iid。分別為前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)網(wǎng)側(cè)逆變器交流側(cè)流向和流出逆變器直流母線的電流；忽略電感、電阻和變換器的損耗，則有式(3):.V3m.(3) / -1
^bdc _ J1
^dc 式中，Ppv是光伏陣列輸出的有功功率，id是網(wǎng)側(cè)逆變器電感電流的d軸分量，m是網(wǎng)側(cè)逆變器的調(diào)制比。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104269878SQ201410366598
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】楊黎暉, 楊方, 馬西奎 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)