考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统，包括：基于有功备用输出功率确定升压电路占空比；基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定boost升压变换器高压侧电压；基于所述有功备用输出功率和boost升压变换器高压侧电压，确定并网逆变器内电势的电压虚拟相位角；基于光伏发电系统无功功率和并网电压，确定并网逆变器内电势幅值；基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角和并网逆变器内电势幅值，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号；基于脉冲宽度调制PWM发生器根据所述内电势参考值输出信号调制产生的驱动信号对三相并网逆变器进行控制。驱动信号对三相并网逆变器进行控制。驱动信号对三相并网逆变器进行控制。

【技术实现步骤摘要】
考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统
，并且更具体地，涉及一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在化石能源不断枯竭以及碳排放要求愈发苛刻的趋势下，以常规同步电源为主导的电力系统正逐步向风、光等非同步电源为主导的电力系统演变，可再生能源发电在世界范围内保持快速发展的态势。新能源发电设备大多通过电力电子逆变器控制装置并网，在满足系统并网要求的同时，也给系统安全运行带来了新的问题。相较于同步发电机，新能源电源通过电力电子装置并网且与系统处于解耦运行状态，不能主动响应系统频率变化，尤其是光伏发电是没有旋转物体的，本质上不具备惯性。高比例新能源发电并入电网会导致系统惯性大幅减弱，低惯性系统容易出现电压和频率稳定问题，其中频率问题尤为突出。
[0003]此外，基于逆变器结构并网的新能源设备存在电压支撑能力弱的问题，传统光伏等新能源设备不具备类似常规电源的动态无功支撑能力，对系统过电压的耐受能力较差。尤其在特高压直流送端新能源汇集地区，在直流单次换向失败期间，送端电网暂态过电压约为1.2倍额定电压，火电等常规机组仍能正常运行，但光伏等新能源机组存在大规模连锁脱网风险，因此提升新能源设备主动支撑能力对于保障新型电力系统可靠运行具有重要意义。
[0004]当前电力电子变流器的控制模式主要分为跟网型和构网型，其中构网型控制方法主要应用于储能逆变器。目前光伏逆变器均采用基本都是跟网型变流器，构网型变流器控制系统不同于电流源型变流器控制系统，由于采用自同步方式而不受锁相环的影响，同时能够主动的提供类似同步发电机的频率和电压支撑，更加适合弱电网下运行，具有良好的发展前景。因此，需要研究一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法及系统，以解决如何对构网型光伏发电系统进行控制的问题。
[0006]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法，所述方法包括：
[0007]在光伏发电系统boost升压变换器控制环节，基于有功备用输出功率确定升压电路占空比；
[0008]基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定boost升压变换器高压侧电压；
[0009]在有功功率外环控制环节，基于所述有功备用输出功率和boost升压变换器高压侧电压，确定并网逆变器内电势的电压虚拟相位角；
[0010]在无功功率外环控制环节，基于光伏发电系统无功功率和并网电压，确定并网逆
变器内电势幅值；
[0011]在电压电流双环控制环节，基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角和并网逆变器内电势幅值，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号；
[0012]基于脉冲宽度调制PWM发生器根据所述内电势参考值输出信号调制产生的驱动信号对三相并网逆变器进行控制。
[0013]优选地，其中所述基于有功备用输出功率确定升压电路占空比，包括：
[0014][0015]P
cap
＝kP
mppt
，
[0016]其中，d为升压电路占空比；K
pdc
、K
idc
为PI控制器参数，s为拉普拉斯算子；P
dc
为光伏电池阵列有功功率输出值；P
cap
为所述有功备用输出功率；P
mppt
为光伏发电系统最大有功功率；k为有功备用系数。
[0017]优选地，其中所述基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定boost升压变换器高压侧电压，包括：
[0018][0019]其中，d为升压电路占空比；u
dc
为boost升压变换器高压侧电压；u
pv
为boost升压变换器低压侧电压。
[0020]优选地，其中所述基于所述有功备用输出功率和boost升压变换器高压侧电压，确定并网逆变器内电势的电压虚拟相位角，包括：
[0021][0022]其中，J为模拟传统同步机的虚拟惯量；D
p
模拟传统同步机的阻尼转矩所对应的阻尼系数；P
v
为模拟传统同步机的机械功率；P为测量的光伏发电系统输出有功功率；P
cap
为有功备用输出功率；ω为并网逆变器内电势角频率；ω
n
为额定角频率，K
pap
、K
iap
为PI控制器参数；s为拉普拉斯算子；u
dc
‑
ref
为并网逆变器直流侧电压参考值；u
dc
为boost升压变换器高压侧电压；θ为并网逆变器内电势的电压虚拟相位角。
[0023]优选地，其中所述基于光伏发电系统无功功率和并网电压，确定并网逆变器内电势幅值，包括：
[0024][0025]其中，E为并网逆变器内电势幅值；Q
ref
为无功功率参考值；Q为测量的光伏发电系统输出无功功率；K为电压积分系数；U为光伏发电系统并网电压有效值；U
n
为并网逆变器额定电压有效值；D
q
为稳态时无功功率变化与对应电压幅值变化的比值。
[0026]优选地，其中所述基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角和并网逆变器内
电势幅值，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号，包括：
[0027]基于所述并网逆变器内电势幅值确定电流内环参考值，包括：
[0028][0029]基于所述内环电流值确定逆变器内电势，包括：
[0030][0031]其中，e
d
、e
q
分别为并网逆变器内电势的dq轴分量；u
d
、u
q
分别为光伏发电系统并网电压经过派克变换得到的dq轴分量；i
dref
、i
qref
分别为内环电流参考值的dq轴分量；i
d
、i
q
分别为电感电流的dq轴分量；L为滤波电路电感值；K
pi
、K
ii
为PI控制器参数；s为拉普拉斯算子；；i
dg
、i
qg
分别为光伏发电系统并网电流的dq轴分量；u
d
、u
q
分别为光伏发电系统并网电压经过派克变换得到的dq轴分量；u
dref
、u
qref
分别内环电压参考值，u
dref
＝E，u
qref
＝0，E为并网逆变器内电势幅值；C为滤波电路电容值；K
pu
、K
iu
为P I控制器参数；
[0032]基于所述并网逆变器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：在光伏发电系统boost升压变换器控制环节，基于有功备用输出功率确定升压电路占空比；基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定boost升压变换器高压侧电压；在有功功率外环控制环节，基于所述有功备用输出功率和boost升压变换器高压侧电压，确定并网逆变器内电势的电压虚拟相位角；在无功功率外环控制环节，基于光伏发电系统无功功率和并网电压，确定并网逆变器内电势幅值；在电压电流双环控制环节，基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角和并网逆变器内电势幅值，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号；基于脉冲宽度调制PWM发生器根据所述内电势参考值输出信号调制产生的驱动信号对三相并网逆变器进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于有功备用输出功率确定升压电路占空比，包括：P
cap
＝kP
mppt
，其中，d为升压电路占空比；K
pdc
、K
idc
为PI控制器参数，s为拉普拉斯算子；P
dc
为光伏电池阵列有功功率输出值；P
cap
为所述有功备用输出功率；P
mppt
为光伏发电系统最大有功功率；k为有功备用系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定boost升压变换器高压侧电压，包括：其中，d为升压电路占空比；u
dc
为boost升压变换器高压侧电压；u
pv
为boost升压变换器低压侧电压。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述有功备用输出功率和boost升压变换器高压侧电压，确定并网逆变器内电势的电压虚拟相位角，包括：其中，J为模拟传统同步机的虚拟惯量；D
p
模拟传统同步机的阻尼转矩所对应的阻尼系数；P
v
为模拟传统同步机的机械功率；P为测量的光伏发电系统输出有功功率；P
cap
为有功备
用输出功率；ω为并网逆变器内电势角频率；ω
n
为额定角频率，K
pap
、K
iap
为PI控制器参数；s为拉普拉斯算子；u
dc
‑
ref
为并网逆变器直流侧电压参考值；u
dc
为boost升压变换器高压侧电压；θ为并网逆变器内电势的电压虚拟相位角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于光伏发电系统无功功率和并网电压，确定并网逆变器内电势幅值，包括：其中，E为并网逆变器内电势幅值；Q
ref
为无功功率参考值；Q为测量的光伏发电系统输出无功功率；K为电压积分系数；U为光伏发电系统并网电压有效值；U
n
为并网逆变器额定电压有效值；D
q
为稳态时无功功率变化与对应电压幅值变化的比值。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角和并网逆变器内电势幅值，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号，包括：基于所述并网逆变器内电势幅值确定电流内环参考值，包括：基于所述内环电流值确定逆变器内电势，包括：其中，e
d
、e
q
分别为并网逆变器内电势的dq轴分量；u
d
、u
q
分别为光伏发电系统并网电压经过派克变换得到的dq轴分量；i
dref
、i
qref
分别为内环电流参考值的dq轴分量；i
d
、i
q
分别为电感电流的dq轴分量；L为滤波电路电感值；K
pi
、K
ii
为PI控制器参数；s为拉普拉斯算子；；i
dg
、i
qg
分别为光伏发电系统并网电流的dq轴分量；u
d
、u
q
分别为光伏发电系统并网电压经过派克变换得到的dq轴分量；u
dref
、u
qref
分别内环电压参考值，u
dref
＝E，u
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＝0，E为并网逆变器内电势幅值；C为滤波电路电容值；K
pu
、K
iu
为PI控制器参数；基于所述并网逆变器内电势的电压虚拟相位角对所述逆变器内电势的dq轴分量进行克拉克变换，确定三相静止坐标系下的内电势参考值输出信号。7.一种考虑有功备用容量的构网型光伏发电系统控制系统，其特征在于，所述系统包括：升压电路占空比确定单元，用于在光伏发电系统boost升压变换器控制环节，基于有功备用输出功率确定升压电路占空比；升压电路控制单元，用于基于所述升压电路占空比生成的触发脉冲对boost升压电路进行控制，以确定bo...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕思卓，孙华东，郑超，宋瑞华，杨大业，陈怡君，邓嘉卿，刘文焯，郁舒雁，连攀杰，姜静雅，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：