一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法，包括步骤1：采集电压电流双环控制的直流电压指令值和电流指令值；步骤2：断开电压电流双环控制中的直流电压外环控制；步骤3：构建新的电网电压外环控制，包括基于自适应控制器的外环控制电路和基于PIR控制器的内环控制电路；步骤4：当电网电压在预置时间内恢复正常后，断开基于自适应控制器的外环控制电路；步骤5：将直流电压指令值赋值到直流电压外环控制中MPPT控制器的参考电压，重新对电网进行直流电压外环控制和并网电流内环控制。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法，检测到电网电压跌落后，控制策略快速切换，保证光伏并网。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏并网发电领域，具体涉及一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法。
技术介绍
随着光伏装机容量在电网中所占的比重不断增大，光伏并网逆变器对电网的影响也日益突出。当电网电压跌落至一定值时，常规的小规模光伏发电系统为保护光伏系统安全脱离电网，这在光伏发电所占比例较低的电网中是可以的。但是对于大规模光伏系统接入电网，光伏系统的脱网可能会造成电网电压和频率的崩溃，对电网的稳定性产生较大的危害。因此，光伏电站必须具备低电压穿越能力，这也是光伏电站大规模发展的必要条件。针对光伏逆变器低电压穿越而制定的标准较少，一般等同采用已有的风电标准，如：1)美国针对风电低电压穿越，要求风电场必须具备在电压跌落至15％额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；2)德国于2008年明确要求在电压跌落期间光伏逆变器必须提供无功电流支撑电网电压，且详细规定了无功电流和电压跌落深度的关系，同时限制无功电流响应速度在20ms内；3)德国联邦能源和水资源协会在2010年制定的《发电站接入中压电网技术导则》针对光伏低电压穿越部分的检测进行了特别补充说明，规定了光伏电站中的逆变器需具备零电压穿越功能。目前国家电网公司制定的企业标准Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》(Q/GDW617-2011)和标准GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》对大中型光伏电站中的光伏并网逆变器低电压穿越均有明确规定。Q/GDW617-2011指出：“大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力；电力系统发生不同类型故障时，光伏电站必须具有在电压跌至20％额定电压时能够维持并网运行1s的低电压穿越能力；并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，光伏电站必须保持并网运行，且规定光伏电站低电压穿越期间宜具备动态无功支撑能力”。标准GB/T19964指出：“大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力；电力系统发生不同类型故障时，光伏电站必须具备零电压穿越能力，电网电压跌至零时能够维持并网运行150ms的低电压穿越能力；电网电压跌至20％额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90％时，光伏电站必须保持并网运行”，且对电网电压不同跌落深度时的动态无功电流补偿量、响应时间及电网故障恢复后的有功功率恢复速度作了详细规定。电网故障类型包含对称故障和不对称故障，光伏并网逆变器通常没有类似Crowbar那样的硬件电路来消耗电网故障期间多余的能量，主要依靠自身的控制来实现故障穿越。目前针对光伏并网逆变器故障穿越，国内外文献主要以电网侧输出有功功率恒定或者并网输出电流无负序分量为控制目标，通常采用电流双dq坐标系下矢量控制。存在的问题是：1)没有过多考虑电网电压不对称跌落期间光伏并网逆变器向发出动态无功电流支撑；2)双dq坐标系下电流矢量控制在电网不对称故障不严重时，具有较好的控制性能；但是电网不对称故障严重时，电流正负序分离引入的滤波器，增加控制系统延时，电网电压故障发生及恢复的瞬间通常会产生电流冲击，大大影响系统暂态性能，使得光伏系统低电压穿越能力下降。因此，需要提供一种适用于各种电网电压故障下，光伏并网逆变器低电压故障穿越期间自适应动态无功补偿方法，消除并网电流负序分量，保证故障期间光伏并网逆变器不脱网运行，有效提供动态无功支撑，能够最大限度地确保电网安全稳定运行。
技术实现思路
为了满足现有技术的需要，本专利技术提供了一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法。本专利技术的技术方案是：所述方法包括对光伏并网逆变器进行电压电流双环控制；电网正常时，所述电压电流双环控制包括直流电压外环控制和并网电流内环控制；其特征在于，电网故障时，所述电压电流双环控制包括电网电压外环控制和所述并网电流内环控制；所述方法包括：步骤1：采集电网发生故障时所述直流电压外环控制的直流电压指令值和所述并网电流内环控制的电流指令值步骤2：断开所述直流电压外环控制；步骤3：构建所述电网电压外环控制的控制电路，以向所述并网电流内环控制输出有功电流指令idref；所述电网电压外环控制和并网电流内环控制组成电网故障时的电压电流双环控制，向所述光伏并网逆变器输出三相调制信号，驱动光伏并网逆变器工作；步骤4：当电网电压在预置时间内恢复正常后，断开所述电网电压外环控制；步骤5：将存储的所述直流电压指令值赋值到直流电压外环控制中MPPT控制器的参考电压，所述光伏并网逆变器重新对电网进行直流电压外环控制和并网电流内环控制。优选的，所述直流电压外环控制的控制电路包括所述MPPT控制器和抗饱和PI控制器；所述MPPT控制器的输入端接入电网中光伏发电单元与并网光伏逆变器之间，输出端与抗饱和PI控制器连接；所述抗饱和PI控制器的输出端接入所述并网电流内环控制中第一PI控制器的输入端；所述MPPT控制器与抗饱和PI控制器之间连接有第一加法器；所述第一加法器的输入信号包括MPPT控制器输出的直流电压指令值和所述光伏发电单元输出的电压值Vdc，输出信号为电压值所述抗饱和PI控制器与第一PI控制器之间连接有第二加法器；所述第二加法器的输入信号包括抗饱和PI控制器输出的有功电流指令值和电网中输电线路流过的有功电流值id，输出信号为电流值优选的，所述并网电流内环控制的控制电路包括第一PI控制器、第二PI控制器、信号变换单元和SVPWM调制器；所述第一PI控制器与信号变换单元之间连接有第三加法器；所述第三加法器的输入信号包括第一PI控制器的输出信号和电流值ωiq，第三加法器的输出信号为第一PI控制器的输出信号与电流值ωiq的差值；所述第二PI控制器的输入端与第四加法器连接，输出端依次通过第五加法器、所述信号变换单元和所述SVPWM调制器接入所述并网光伏逆变器；所述第四加法器的输入信号包括无功电流指令值和电网中输电线路流过的无功电流值iq，输出信号为所述第五加法器的输入信号包括第二PI控制器的输出信号和电流值ωid，第五加法器的输出信号为第二PI控制器的输出信号与电流值ωid的差值；其中，ω为电网电压角频率，依据所述直流电压外环控制中抗饱和PI控制器输出的有功电流指令值和电网要求光伏逆变器输出电流的功率因数计算得到，id为电网中输电线路流过的有功电流值；优选的，所述信号变换单元为dq/αβ变换单元，接收第一PI控制器和第二PI控制器的输出信号，并将其由dq坐标系信号变换为αβ坐标系信号；优选的，所述电网故障时电压电流双环控制的控制电路包括依次连接的锁相环、电压正负序分离单元、自适应控制器、第一PIR控制器和第二PIR控制器；所述锁相环的输入端接入电网输电线路，获取三相电网电压的正序相角θ；所述电压正负序分离单元与自适应控制器之间连接有第六加法器，所述第六加法器的输入信号包括电压正负序分离单元输出的电网电压正序分量和dq坐标系下电网电压额定值的d轴分量udn，输出信号为所述自适应控制器的一个输出端通过第七加法器与所述第一PIR控制器连接，另一个输出端通过有功电流计算单元与第八加法器连接；所述第八加法器的输出端与第二PIR控制器连接；所述第七加法器的输入信号包括自适应控制器输出的无功电流指令值iqref和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法，所述方法包括对光伏并网逆变器进行电压电流双环控制；电网正常时，所述电压电流双环控制包括直流电压外环控制和并网电流内环控制；其特征在于，电网故障时，所述电压电流双环控制包括电网电压外环控制和所述并网电流内环控制；所述方法包括：步骤1：采集电网发生故障时所述直流电压外环控制的直流电压指令值和所述并网电流内环控制的电流指令值步骤2：断开所述直流电压外环控制；步骤3：构建所述电网电压外环控制的控制电路，以向所述并网电流内环控制输出有功电流指令idref；所述电网电压外环控制和并网电流内环控制组成电网故障时的电压电流双环控制，向所述光伏并网逆变器输出三相调制信号，驱动光伏并网逆变器工作；步骤4：当电网电压在预置时间内恢复正常后，断开所述电网电压外环控制；步骤5：将存储的所述直流电压指令值赋值到直流电压外环控制中MPPT控制器的参考电压，所述光伏并网逆变器重新对电网进行直流电压外环控制和并网电流内环控制。

【技术特征摘要】
1.一种光伏并网逆变器自适应动态无功补偿方法，所述方法包括对光伏并网逆变器进行电压电流双环控制；电网正常时，所述电压电流双环控制包括直流电压外环控制和并网电流内环控制；其特征在于，电网故障时，所述电压电流双环控制包括电网电压外环控制和所述并网电流内环控制；所述方法包括：步骤1：采集电网发生故障时所述直流电压外环控制的直流电压指令值和所述并网电流内环控制的电流指令值步骤2：断开所述直流电压外环控制；步骤3：构建所述电网电压外环控制的控制电路，以向所述并网电流内环控制输出有功电流指令idref；所述电网电压外环控制和并网电流内环控制组成电网故障时的电压电流双环控制，向所述光伏并网逆变器输出三相调制信号，驱动光伏并网逆变器工作；步骤4：当电网电压在预置时间内恢复正常后，断开所述电网电压外环控制；步骤5：将存储的所述直流电压指令值赋值到直流电压外环控制中MPPT控制器的参考电压，所述光伏并网逆变器重新对电网进行直流电压外环控制和并网电流内环控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流电压外环控制的控制电路包括所述MPPT控制器和抗饱和PI控制器；所述MPPT控制器的输入端接入电网中光伏发电单元与并网光伏逆变器之间，输出端与抗饱和PI控制器连接；所述抗饱和PI控制器的输出端接入所述并网电流内环控制中第一PI控制器的输入端；所述MPPT控制器与抗饱和PI控制器之间连接有第一加法器；所述第一加法器的输入信号包括MPPT控制器输出的直流电压指令值和所述光伏发电单元输出的电压值Vdc，输出信号为电压值所述抗饱和PI控制器与第一PI控制器之间连接有第二加法器；所述第二加法器的输入信号包括抗饱和PI控制器输出的有功电流指令值和电网中输电线路流过的有功电流值id，输出信号为电流值3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述并网电流内环控制的控制电路包括第一PI控制器、第二PI控制器、信号变换单元和SVPWM调制器；所述第一PI控制器与信号变换单元之间连接有第三加法器；所述第三加法器的输入信号包括第一PI控制器的输出信号和电流值ωiq，第三加法器的输出信号为第一PI控制器的输出信号与电流值ωiq的差值；所述第二PI控制器的输入端与第四加法器连接，输出端依次通过第五加法器、所述信号变换单元和所述SVPWM调制器接入所述并网光伏逆变器；所述第四加法器的输入信号包括无功电流指令值和电网中输电线路流过的无功电流值iq，输出信号为所述第五加法器的输入信号包括第二PI控制器的输出信号和电流值ωid，第五加法器的输出信号为第二PI控制器的输出信号与电流值ωid的差值；其中，ω为电网电压角频率，依据所述直流电压外环控制中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琳，郑飞，张军军，黄晶生，刘美茵，杨永利，张锋，王衡，王开科，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网新疆电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32