一种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制系统，由光伏阵列、储能系统、并网逆变器、换流器控制系统和逆变器制系统组成，所述储能系统由级联的蓄电池和DC/DC换流器组成；所述光伏阵列与储能系统并联后依次经直流测量元件、并网逆变器和交流测量元件接入交流电网；所述换流器控制系统的输入端接所述直流测量元件的输出端，其输出端接所述DC/DC换流器的输入端；所述逆变器控制系统的输入端接所述交流测量元件的输出端，其输出端接所述并网逆变器的输入端。本发明专利技术能有效地降低成本，简化控制，而且在系统受到扰动的时候，提供必要的惯性，改善系统频率的暂态响应，提高频率质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种单级式光伏并网控制系统，尤其是一种改善频率动态响应的单级 式光伏并网控制系统，属于供电控制

技术介绍
在能源需求和环境保护双重压力下，国际上已将更多目光投向了既可提高传统能 源利用效率又能充分利用各种可再生能源的分布式发电相关
分布式发电系统中 所用的能源包括天然气、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等清洁能源。其中，太阳能由 于其不可比拟的优势成为新能源之首选，尤其是太阳能应用中的光伏发电系统，越来受到 全球各国的重视。 大容量光伏并网发电站是开发太阳能的一种重要形式，单级式光伏并网系统具有 拓扑简单，成本较低等优点，而且研究高效、稳定、安全的单级式光伏并网逆变器是建立大 容量光伏电站的技术基础。另外，通过分布式光伏系统向系统提供惯性，改善系统频率暂态 响应，也正是分布式电源并网研究中的一项重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制 系统。 本专利技术采用下述技术方案： -种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制系统，包括光伏阵列、储能系统、并 网逆变器、换流器控制系统和逆变器制系统，所述储能系统由级联的蓄电池和DC/DC换流 器组成；所述光伏阵列与储能系统并联后依次经直流测量元件、并网逆变器和交流测量元 件接入交流电网；所述换流器控制系统的输入端接所述直流测量元件的输出端，其输出端 接所述DC/DC换流器的输入端；所述逆变器控制系统的输入端接所述交流测量元件的输出 端，其输出端接所述并网逆变器的输入端。 所述换流器控制系统使用电压修正值δ Vpv时时修正所述光伏阵列的开路电压 Uc^产生功率最大值输出所需的电压参考值;再将所述电压参考值送入电压电流PI 控制器，由其产生控制所述DC/DC变流器的占空比d。 所述电压修正值δ Vpv通过将零和最大功率点计算模块输出值的差值输入至PI控 制器得到。 所述逆变器控制系统包括ω (s) -P控制模块、U-Q下垂控制模块、矢量控制模块和 SPffM ;所述ω (s)-P控制模块根据所述交流测量元件检测的电网侧频率ω和有功功率额定 值^计算有功功率参考值』.，所述U-Q下垂控制模块根据所述交流测量元件检测的电网 侧电压Ug计算无功功率参考值{?;，所述矢量控制模块由所述有功功率参考值和无功 功率参考值仏计算出调制电压》1，并将所述调制电压^4输出至SPWM，所述SPffM的输出 信号用于控制并网逆变器。 所述有功功率参考值和无功功率参考值的计算方法为： 其中，kd(s)为所述ω (S)-P下垂控制模块中的动态下垂系数，〇^为频率额定值， Un为电网电压额定值，Pn为有功功率额定值，Qn为无功功率额定值，k v为电压下垂系数。 所述有功功率额定值Pn的计算方法为： Pn=Hi-U' n· rn (2) 其中m为光伏组件的并联数目；1]'"、1'"分别为修正后的最大功率点电压和电流， 其计算方法为： 式中，Um、Im分别为理想情况下光伏最大功率输出时所对应的电压和电流，S为光 照强度，α为电流温度修正系数，β为电压辐照度修正系数，γ为电压温度修正系数，e为 自然常数，S_为额定光照，△ T为实际温度与额定温度之差，AS为实际光照和额定光照之 差。 所述Δ T的计算方法为： Δ T = Tpv-Tnon (4) 式中Tpv为太阳能电池板的实际温度；T _为额定温度。 所述AS的计算方法为： 所述动态下垂系数kd(s)通过对初始下垂系数1^按照频率暂态响应输出的偏差量 时时修正得到： kd(s) = kw+kf · H(S) · (Qref-CO) (6) 其中，kf为频率调节系数；ω ^为频率参考值；H(s)为高通滤波环节： H(s) = st/(l+st) (7) 其中t为时间。 所述下垂控制的表达式为： 式中，ωη为频率额定值；Un为电网电压额定值；k d(s)、1^分别为动态频率下垂系 数以及电压下垂系数；Qn为无功功率额定值；P n为有功功率额定值，U为节点电压。 所述电压修正值δ ~,产生方法包括以下步骤： 步骤A :计算光伏系统输出功率： P = VpvIpv (10) 式中，vPV、iPV分别为光伏阵列输出端口的电压和电流； 步骤B :计算最大功率点计算模块的输出值： dP/dvPV= i PV+vPV · (diPV/dvPV) (11) 步骤C :当dP/dvPV= 0时，光伏阵列输出最大功率值，将零和最大功率点计算模块 的输出值ipv+Vpv· (dipV/dvPV)的差值输入至PI控制环节，输出电压修正值δνρν。 采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 本专利技术能有效地降低成本，简化控制，而且在系统受到扰动的时候，提供必要的惯 性，改善系统频率的暂态响应，提高频率质量。【附图说明】 图1是本专利技术的原理框图； 图2是本专利技术中换流器控制系统的原理框图； 图3是本专利技术中换流器控制系统的控制流程图； 图4是本专利技术中逆变器控制系统的原理框图； 图5是本专利技术中逆变器控制系统的控制流程图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明。 如图1所示，一种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制系统，由光伏阵列、储 能系统、并网逆变器、换流器控制系统和逆变器制系统组成，所述储能系统由级联的蓄电池 和DC/DC换流器组成；所述光伏阵列与储能系统并联后依次经直流测量元件、并网逆变器 和交流测量元件接入交流电网；所述换流器控制系统的输入端接所述直流测量元件的输出 端，其输出端接所述DC/DC换流器的输入端。 所述逆变器控制系统的输入端接所述交流测量元件的输出端，其输出端接所述并 网逆变器的输入端。 如图2和图3所示，所述换流器控制系统使用电压修正值δ ^时时修正所述光 伏阵列的开路电压Uci。，产生功率最大值输出所需的电压参考值再将所述电压参考值 送入电压电流PI控制器，由其产生控制所述DC/DC变流器的占空比d;所述电压修正值 S vPV通过将零和最大功率点计算模块输出值的差值输入至PI控制器得到。 如图4和图5所示，所述逆变器控制系统包括ω (S)-P控制模块、U-Q下垂控制模 块、矢量控制模块和SPffM ;所述ω (S)-P控制模块根据所述交流测量元件检测的电网侧频 率ω和有功功率额定值Pn计算有功功率参考值/'，:所述U-Q下垂控制模块根据所述交 流测量元件检测的电网侧电压Ug计算无功功率参考值，所述矢量控制模块由所述有功 功率参考值./4和无功功率参考值计算出调制电压，并将所述调制电压输出至 SPWM，所述SPffM的输出信号用于控制并网逆变器。 所述有功功率参考值和无功功率参考值祕F的计算方法为： 其中，kd(s)为所述ω (S)-P下垂控制模块中的动态下垂系数，〇^为频率额定值， Un为电网电压额定值，Pn为有功功率额定值，Qn为无功功率额定值，k v为电压下垂系数。 所述有功功率额定值Pn的计算方法为： Pn= m · U' m · Γ m (2) 其中m为光伏组件的并联数目；1]'"、1'"分别为修正后的当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善频率动态响应的单级式光伏并网控制系统，其特征在于：包括光伏阵列、储能系统、并网逆变器、换流器控制系统和逆变器制系统，所述储能系统由级联的蓄电池和DC/DC换流器组成；所述光伏阵列与储能系统并联后依次经直流测量元件、并网逆变器和交流测量元件接入交流电网；所述换流器控制系统的输入端接所述直流测量元件的输出端，其输出端接所述DC/DC换流器的输入端；所述逆变器控制系统的输入端接所述交流测量元件的输出端，其输出端接所述并网逆变器的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李春来，王东方，张海宁，杨立滨，贾昆，张节潭，杨军，李正曦，朱晓荣，蔡杰，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网青海省电力公司，国网青海省电力公司电力科学研究院，华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：北京;11