CN101483346A - 一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，属于新能源发电系统控制技术领域。该方法对发电系统中的太阳能电池板－逆变器对进行轮循分组控制，在逆变器输入功率小于设定的下限阈值时，太阳能电池板并联后连接到一台逆变器输出；在并联开关分合闸过程中，一直保持太阳能电池板以最大功率不间断输出；并且该方法对光照突变情况进行自适应判断，作为控制的预启动条件。本发明方法的优点是：能够同时提高逆变器和太阳能电池板的转换效率，降低并联开关和逆变器的动作次数，延长设备使用寿命，并且控制过程系统输出功率平稳。

Description

一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法

技术领域

本发明涉及一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，属于新能源发电系统控制技术领域。

背景技术

太阳能光伏并网发电既可以减轻能源危机的压力、缓解峰值时间的电力紧张，又可以保护环境、改善环境，是受到包括我国在内的多国政府支持的长期能源战略的重要内容。太阳能光伏并网发电在我国刚刚起步，对于大面积太阳能电池板和多台逆变器组成的太阳能光伏并网发电系统，加入组群控制技术和装置是提高发电系统效率和并网电能质量的有效措施。目前国内外太阳能光伏并网电站组群控制技术的研究还比较少。德国SMA公司开发的sunny-team控制器用于集中逆变器的联组控制，目前只有控制两台Sunny Central集中逆变器的产品，集中逆变器单机容量在100千瓦-500千瓦。

发明内容

本发明的目的是提出一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，以提高系统的发电效率，并改善电网电能质量。

本发明提出的多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，包括以下步骤：

(1—1)以使发电系统中始端开始的每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组；

(1—2)对上述每组太阳能电池板—逆变器对中的逆变器的输入功率和并联开关的位置进行判断，若所有并联开关均处于合闸位置，且第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，则使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关分闸，并使第三台逆变器运行；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第三台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关合闸，并使第三台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；

若所有并联开关均处于分闸位置，则当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

(1—3)以上次分组始端的下一个相邻太阳能电池板-逆变器对作为本次分组的始端，每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组，重复步骤(1—2)。

上述控制方法中，并联开关合闸过程为：在并联开关合闸前，对本组内待并联的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的两台逆变器的最大功率跟踪功能停止，将跟踪结果反馈给该两台逆变器，使得并联开关两侧电压相等，然后使并联开关合闸，将该两台逆变器中待退出逆变器的功率转移至另一台逆变器上，使该另一台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

上述控制方法中，并联开关分闸过程为：在并联开关分闸前，对本组内待分闸的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的逆变器的最大功率跟踪功能停止，启动所述指定的逆变器，将跟踪结果反馈给该两台逆变器，使得该两台逆变器均分跟踪的最大功率，然后使并联开关分闸，最后使该两台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

上述控制方法中，步骤(1—1)还包括以下步骤：

(4—1)构造一个当天光照辐射强度函数：

Ig_d[k]＝max{Ig_d-i[k]，i＝1，2，...，5}，

上式中，d为日期，k为采样频率，Ig_d-i[k]为当天前i日的实际光照辐射强度。

(4—2)将当天实际光照辐射强度I_d[k]与上述构造的Ig_d[k]进行比较，若I_d[k]>Ig_d[k]-I₀，或连续设定时间内I_d[k]<Ig_d[k]-I₀，则进行上述步骤(1—2)，其中I₀为设定的光照辐射强度变化裕量。

本发明提出的一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，其特点和优点是：

(1)本发明控制方法将整个太阳能电池板分成若干直流母线段运行，在满足逆变器最优运行的条件下，尽可能使得太阳能电池板的并联数要少，克服了逆变器输入功率不足带来转换效率下降的问题，同时也解决了已有技术中太阳能电池板并联太多引起的效率降低；

(2)本发明控制方法中，每次分组时太阳能电池板-逆变器对依次变换，这样太阳能电池板的并联直流母线段并不固定，而是有顺序的变化，保证了所有并联开关动作次数和逆变器的逆变时间大致均等，以提高系统可靠性，延长设备使用寿命。

(3)本发明方法在并联开关投切时，一直保持太阳能电池板以最大功率输出，避免引起系统输出功率较大波动，以提高并网发电系统的稳定性。

(4)本发明控制方法采用短时最大功率跟踪协调方法，可以分时段完成多逆变器组的并联投切任务，极大提高对逆变器组的控制能力。

(5)本发明方法采用启动和动作双重判据，以保证动作的可靠性，同时避免并联开关和逆变器的频繁动作。启动判据是对每日正常光照变化和阴天进行判断，避免了光照的短暂变化引起并联开关和逆变器的不必要动作；动作判据是对逆变器的输入功率进行判断，保证并联开关和逆变器仅仅在逆变器转换效率降低的情况下动作。

(6)本发明方法中的启动判据采用自适应判断，根据四季光照情况自动调整启动范围，适应性强，判断准确，不需要人为干预。

(7)在本发明方法中加入无功补偿功能，对电网侧所需无功功率统一计算，然后根据各逆变器的运行状态对所需补偿无功进行科学分配，使各逆变器按照指令发出所需无功功率，这样太阳能并网发电系统既可以发电，又能够改善电网的电能质量。

附图说明

图1是本发明控制方法中并网发电系统连接示意图。

图1中，1是太阳能电池板，2是并联开关，3是逆变器，4是交流母线。

具体实施方式

本发明提出的多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，其并网发电系统连接示意图如图1所示，图中，1是太阳能电池板，2是并联开关，3是逆变器，4是交流母线。包括以下步骤：

(1—1)以使发电系统中始端开始的每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组；

(1—2)对上述每组太阳能电池板—逆变器对中的逆变器的输入功率和并联开关的位置进行判断，若所有并联开关均处于合闸位置，且第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，则使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关分闸，并使第三台逆变器运行；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第三台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关合闸，并使第三台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；

若所有并联开关均处于分闸位置，则当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

(1—3)以上次分组始端的下一个相邻太阳能电池板-逆变器对作为本次分组的始端，每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组，重复步骤(1—2)。

上述控制方法中，并联开关合闸过程为：在并联开关合闸前，对本组内待并联的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的两台逆变器的最大功率跟踪功能停止，将跟踪结果反馈给该两台逆变器，使得并联开关两侧电压相等，然后使并联开关合闸，将该两台逆变器中待退出逆变器的功率转移至另一台逆变器上，使该另一台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

上述控制方法中，并联开关分闸过程为：在并联开关分闸前，对本组内待分闸的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的逆变器的最大功率跟踪功能停止，启动所述指定的逆变器，将跟踪结果反馈给本组内该两台逆变器，使得该两台逆变器均分跟踪的最大功率，然后使并联开关分闸，最后使该两台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

上述控制方法中，步骤(1—1)还包括以下步骤：

(4—1)构造一个当天光照辐射强度函数：

Ig_d[k]＝max{Ig_d-i[k]，i＝1，2，...，5}，

上式中，d为日期，k为采样频率，Ig_d-i[k]为当天前i日的实际光照辐射强度。

(4—2)将当天实际光照辐射强度I_d[k]与上述构造的Ig_d[k]进行比较，若I_d[k]>Ig_d[k]-I₀，或连续设定时间内I_d[k]<Ig_d[k]-I₀，则进行上述步骤(1—2)，其中I₀为设定的光照辐射强度变化裕量。

本发明方法中，当步骤(1-1)中最后剩余的太阳能电池板—逆变器对不足四个时，使最后剩余的成为一组，其控制方法为：

当剩余的太阳能电池板—逆变器对为三个时，若所有并联开关均处于合闸位置，且第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，则使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关分闸，并使第三台逆变器运行；若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第一台和第三台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关合闸，并使第三台逆变器退出；若所有并联开关均处于分闸位置，且第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，则使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；

当剩余的太阳能电池板—逆变器对为二个时，若并联开关处于合闸位置，且第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，则使并联开关分闸，并使第二台逆变器运行；若并联开关处于分闸位置，且第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，则使并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；

当剩余的太阳能电池板—逆变器对为一个时，则不对其进行控制，使其独立运行。

以下结合图1介绍本发明的一个实施例，在太阳能电池板1—逆变器3对之间安装并联开关2，使其呈环形。

首先从始端的太阳能电池板-逆变器对开始，每相邻四个太阳能电池板-逆变器对成为一组，共分为2组：(A-a，B-b，C-c，D-d)，(E-e，F-f，G-g，H-h)。

在(A-a，B-b，C-c，D-d)组中，若并联开关K₁、K₂、K₃均合闸，且逆变器a的输入功率大于设定的上限阈值时，则使并联开关K₂分闸，并使逆变器c运行；若并联开关K₁、K₃合闸，K₂分闸，则当逆变器a的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₁分闸，并使逆变器b运行，当逆变器c的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₃分闸，并使逆变器d运行，当逆变器a、c的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₂合闸，并使逆变器c退出；若并联开关K₁合闸，K₂、K₃分闸，则当逆变器a的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₁分闸，并使逆变器b运行，当逆变器c、d的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₃合闸，并使逆变器d退出；若并联开关K₃合闸，K₁、K₂分闸，则当逆变器c的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₃分闸，并使逆变器d运行，当逆变器a、b的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₁合闸，并使逆变器b退出；若并联开关K₁、K₂、K₃均分闸，则当逆变器a、b的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₁合闸，并使逆变器b退出，当逆变器c、d的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₃合闸，并使逆变器d退出；

在(E-e，F-f，G-g，H-h)组中，若并联开关K₅、K₆、K₇均合闸，且逆变器e的输入功率大于设定的上限阈值时，则使并联开关K₆分闸，并使逆变器g运行；若并联开关K₅、K₇合闸，K₆分闸，则当逆变器e的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₅分闸，并使逆变器f运行，当逆变器g的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₇分闸，并使逆变器h运行，当逆变器e、g的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₆合闸，并使逆变器g退出；若并联开关K₅合闸，K₆、K₇分闸，则当逆变器e的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₅分闸，并使逆变器f运行，当逆变器g、h的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₇合闸，并使逆变器h退出；若并联开关K₇合闸，K₅、K₆分闸，则当逆变器g的输入功率大于设定的上限阈值时，使并联开关K₇分闸，并使逆变器h运行，当逆变器e、f的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₅合闸，并使逆变器f退出；若并联开关K₅、K₆、K₇均分闸，则当逆变器e、f的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₅合闸，并使逆变器f退出，当逆变器g、h的输入功率均小于设定的下限阈值时，使并联开关K₇合闸，并使逆变器h退出。

以上次分组始端的下一个相邻太阳能电池板-逆变器对作为本次分组的始端，每相邻四个太阳能电池板-逆变器对成为一组，共分为2组：(B-b，C-c，D-d，E-e)，(F-f，G-g，H-h，A-a)。

本发明控制方法中，上限阈值取值范围为逆变器额定功率的85％-95％，本实施例的上限阈值取逆变器额定功率的95％；下限阈值取值范围为逆变器额定功率的10％-30％，本实施例的下限阈值取逆变器额定功率的30％。

本发明控制方法中，连续设定时间和光照辐射强度变化裕量I₀要按照当地实际光照变化情况来选取，连续设定时间默认为10分钟，I₀数值大小为构造的当天光照辐射强度最大值的50％以上，默认值为构造的当天光照辐射强度最大值的60％。

若在本发明的多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法中引入无功补偿功能，通过对电网侧电压电流的检测、采样计算和功率分配，使各逆变器按照指令发出所需无功功率，即可达到改善电网电能质量的目的。其具体控制过程如下：

三相电网电压u_s(abc)、负载电流i₁(abc)经dq坐标变换得到无功补偿参考电流i_cq ^*，同时根据逆变器运行状态进行功率分配，最后将控制指令送达各逆变器进行跟踪补偿。采用dq坐标变换的优点是不用求瞬时功率，直接通过电流的关系求出补偿电流参考值，即使电压含有谐波也不会影响参考电流的准确性；需跟踪的无功补偿参考电流在dq坐标下为直流，可以降低控制的难度，提高控制精度。通过组群控制，各逆变器的控制部分可以省去负载电流检测和无功补偿计算环节，达到协调、高效地改善电网电能质量的目的。

Claims (4)

1、一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1—1)以使发电系统中始端开始的每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组；

(1—2)对上述每组太阳能电池板—逆变器对中的逆变器的输入功率和并联开关的位置进行判断，若所有并联开关均处于合闸位置，且第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，则使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关分闸，并使第三台逆变器运行；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第三台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关合闸，并使第三台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，则当第一台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关分闸，并使第二台逆变器运行，当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

若第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，且第二台逆变器与第三台逆变器之间的并联开关处于分闸位置，第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关处于合闸位置，则当第三台逆变器的输入功率大于设定的上限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关分闸，并使第四台逆变器运行，当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；

若所有并联开关均处于分闸位置，则当第一台和第二台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第一台逆变器与第二台逆变器之间的并联开关合闸，并使第二台逆变器退出；当第三台和第四台逆变器的输入功率均小于设定的下限阈值时，使第三台逆变器与第四台逆变器之间的并联开关合闸，并使第四台逆变器退出；

(1—3)以上次分组始端的下一个相邻太阳能电池板-逆变器对作为本次分组的始端，每相邻四个太阳能电池板—逆变器对成为一组，重复步骤(1—2)。

2、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于其中所述的并联开关合闸的过程为：在并联开关合闸前，对本组内待并联的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的两台逆变器的最大功率跟踪功能停止，将跟踪结果反馈给该两台逆变器，使得并联开关两侧电压相等，然后使并联开关合闸，将该两台逆变器中待退出逆变器的功率转移至另一台逆变器上，使该另一台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

3、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于其中所述的并联开关分闸过程为：在并联开关分闸前，对本组内待分闸的太阳能电池板的最大功率进行跟踪，同时使与该太阳能电池板对应的逆变器的最大功率跟踪功能停止，启动所述指定的逆变器，将跟踪结果反馈给该两台逆变器，使得该两台逆变器均分跟踪的最大功率，然后使并联开关分闸，最后使该两台逆变器的最大功率跟踪功能恢复。

4、如权利要求1所述的控制方法，其特征在于其中步骤(1—1)还包括以下步骤：

(4—1)构造一个当天光照辐射强度函数：

Ig_d[k]＝max{Ig_d-i[k]，i＝1，2，...，5}，

上式中，d为日期，k为采样频率，Ig_d-i[k]为当天前i日的实际光照辐射强度。

(4—2)将当天实际光照辐射强度I_d[k]与上述构造的Ig_d[k]进行比较，若I_d[k]>Ig_d[k]-I₀，或连续设定时间内I_d[k]<Ig_d[k]-I₀，则进行上述步骤(1—2)，其中I₀为设定的光照辐射强度变化裕量。