中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光伏并网技术领域，公开了中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法及装置，本发明专利技术通过分析中压大容量光伏换流器对电网频率支撑特性，利用光伏储备功率和换流器内部子模块电容中的能量，提出了基于构网型控制的频率支撑控制策略，能够在不同时间尺度内分别实现快速惯量支撑和一次调频功能，提升了电网频率稳定能力，避免出现传统跟网型控制的频率稳定和小信号稳定性问题。定和小信号稳定性问题。定和小信号稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】
中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及光伏并网
，具体涉及光伏换流器频率支撑控制方法及装置。

技术介绍

[0002]传统光伏场站主要基于小容量光伏逆变器，采用二级并网方案，保持最大功率模式(Maximum Power Point Tracking，MPPT)运行，无法响应电网频率变化。当电网发生扰动时，电网频率最低点和频率变化率可能会超过阈值，影响电网的安全稳定运行。通过在跟网型控制(grid
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following，GFL)基础上附加频率控制，可对电网提供频率支撑。然而，基于GFL的控制方法通过锁相环跟随电网相位，在弱电网与电流环出现强耦合时，面临振荡失稳问题，且由于测量和滤波环节，在支撑过程中存在一定延时，无法瞬时响应。此外，还可能影响系统的稳定运行，引起频率稳定和小扰动同步稳定问题，限制了该方法的应用。此外，光伏场站内逆变器数量较多，存在通信链路长和协同控制难度大等问题，难以满足电网频率支撑需求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了光伏换流器频率支撑控制方法及装置，以解决GFL控制所存在的弱电网失稳问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种光伏换流器频率支撑控制方法，包括：在电网稳态运行时，基于构网型机制及能量均衡控制，得到光伏换流器的第一调制波，调制波用于控制由工作在MPPT状态的子模块及非MPPT状态的子模块组成的光伏换流器稳态运行；在电网频率波动时，基于光伏换流器的构网特性，自动控制光伏换流器内部的子模块电容放电，实现惯量支撑，并调整工作在非MPPT状态下的子模块输出功率，实现一次调频支撑。本专利技术通过分析中压大容量光伏换流器对电网频率支撑特性，利用光伏储备功率和子模块电容中的能量，提出了基于构网型(grid forming，GFM)控制的频率支撑控制策略，能够在不同时间尺度内分别实现惯量和一次调频功能，提升了电网频率稳定能力，避免出现传统跟网型控制的频率稳定和小信号稳定性问题。
[0005]在一种可选的实施方式中，得到调制波的过程，包括：基于构网型机制，对中压大容量光伏换流器分别进行有功功率控制及无功功率控制，分别得到调制波的第一相角及第一幅值；对中压大容量光伏换流器进行能量均衡控制，得到调制波的第二相角及第二幅值；利用调制波的第一相角、第二相角、第一幅值及第二幅值，得到第一调制波。
[0006]在一种可选的实施方式中，中压大容量光伏换流器的每个桥臂由多个子模块串联连接构成，有功功率控制的过程，包括：基于换流器额定角速度、子模块电容平均电压实际值及其参考值，得到换流器虚拟角速度；对虚拟角速度积分后，得到调制波的第一相角。
[0007]在一种可选的实施方式中，无功功率控制的过程，包括：基于换流器输出无功功率及其参考值、换流器输出电压参考值，得到调制波的第一幅值的初始值；采用虚拟阻抗对调制波的第一幅值的初始值进行调节后，得到调制波的第一幅值。
[0008]在一种可选的实施方式中，光伏换流器的每个桥臂由多个子模块串联连接构成，实现惯量支撑的过程，包括：将子模块电容平均电压变化量与电网频率变化量相关联，得到新的子模块电容平均电压参考值，利用子模块电容中储存的能量得到惯量支撑功率。
[0009]在一种可选的实施方式中，一次调频支撑的过程，包括：基于光伏换流器采用构网型控制后得到的一次调频支撑功率和子模块备用功率，计算子模块的输出有功功率调整量，得到补偿后的有功功率参考值；对有功功率参考值与子模块的输出有功功率实际值进行比例积分控制后，得到子模块的移相比；基于子模块的移相比，控制工作在非MPPT状态下的子模块输出功率，实现光伏换流器的一次调频。
[0010]本专利技术分别考虑了频率支撑过程中的惯量功率和一次调频功率的响应速度差异，采用子模块电容和光伏备用功率作为能量来源。在电网负荷变化或者光照变化后，利用所提方法能够对电网频率进行有效支撑，提升频率稳定性。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种中压大容量光伏换流器频率支撑控制装置，装置包括：稳态运行模块，用于在电网稳态运行时，基于构网型机制及能量均衡控制，得到光伏换流器的第一调制波，调制波用于控制由工作在MPPT状态的子模块及非MPPT状态的子模块组成下的光伏换流器稳态运行。调频模块，用于在电网频率波动时，基于光伏换流器的构网特性，自动控制换流器内部的子模块电容放电，实现惯量支撑，并调整工作在非MPPT状态下的子模块输出功率，实现一次调频支撑。
[0012]第三方面，本专利技术提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法。
[0013]第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是根据本专利技术实施例的光伏并网系统总体架构图；
[0016]图2是根据本专利技术实施例的中压大容量光伏换流器拓扑图；
[0017]图3是根据本专利技术实施例的中压大容量光伏换流器子模块拓扑图；
[0018]图4是根据本专利技术实施例的频率支撑控制方法的流程示意图；
[0019]图5(a)、图5(b)分别是根据本专利技术实施例的有功功率控制及无功功率控制的控制框图；
[0020]图6是根据本专利技术实施例的系统小信号模型；
[0021]图7是根据本专利技术实施例的电网频率控制框图；
[0022]图8是根据本专利技术实施例的中压大容量光伏换流器输出功率小信号模型；
[0023]图9是根据本专利技术实施例的中压大容量光伏换流器子模块控制策略图；
[0024]图10是根据本专利技术实施例的频率支撑控制装置的结构示意图；
[0025]图11是本专利技术实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]根据本专利技术实施例，提供了一种中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法，其特征在于，包括：在电网稳态运行时，基于构网型机制及能量均衡控制，得到光伏换流器的第一调制波，所述调制波用于控制由工作在MPPT状态的子模块及非MPPT状态的子模块组成的光伏换流器稳态运行；在电网频率波动时，基于光伏换流器的构网特性，自动控制光伏换流器内部的子模块电容放电，实现惯量支撑，并调整工作在非MPPT状态下的子模块输出功率，实现一次调频支撑。2.根据权利要求1所述的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法，其特征在于，得到调制波的过程，包括：基于构网型机制，对所述中压大容量光伏换流器分别进行有功功率控制及无功功率控制，分别得到调制波的第一相角及第一幅值；对所述中压大容量光伏换流器进行能量均衡控制，得到调制波的第二相角及第二幅值；利用所述调制波的第一相角、第二相角、第一幅值及第二幅值，得到所述第一调制波。3.根据权利要求2所述的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法，其特征在于，所述光伏换流器的每个桥臂由多个子模块串联连接构成，有功功率控制的过程，包括：基于换流器额定角速度、子模块电容平均电压实际值及其参考值，得到换流器虚拟角速度；对所述虚拟角速度积分后，得到所述调制波的第一相角。4.根据权利要求3所述的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法，其特征在于，无功功率控制的过程，包括：基于换流器输出无功功率及其参考值、换流器输出电压参考值，得到调制波的第一幅值的初始值；采用虚拟阻抗对所述调制波的第一幅值的初始值进行调节后，得到调制波的第一幅值。5.根据权利要求1所述的中压大容量光伏换流器频率支撑控制方法，其特征在于，实现惯量支撑的过程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢宏，肖先勇，林志光，贺之渊，高冲，邓卫华，刘亚丽，陈凯龙，黄均纬，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：