CN103051002A - 一种光储联合并网发电协调控制方法 - Google Patents

一种光储联合并网发电协调控制方法 Download PDF

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CN103051002A CN2013100107216A CN201310010721A CN103051002A CN 103051002 A CN103051002 A CN 103051002A CN 2013100107216 A CN2013100107216 A CN 2013100107216A CN 201310010721 A CN201310010721 A CN 201310010721A CN 103051002 A CN103051002 A CN 103051002A
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Abstract

本发明是一种光储联合并网发电协调控制方法，其特点是，包括光伏系统综合控制策略、储能系统综合控制策略、光储联合系统有功功率协调控制方式和光储联合系统无功功率协调控制方式等内容，能够利用对光储联合发电协调控制分析，充分反应光储联合发电协调控制的有效性，进而提高电网对新能源吸纳能力，具有适应性强，实际应用价值高等优点。可广泛应用于光储联合发电系统建模仿真、并网运行特性分析、电网相互作用机理研究等诸多方面。

Description

一种光储联合并网发电协调控制方法
技术领域
本发明是一种光储联合并网发电协调控制方法，应用于光储联合发电系统建模仿真、并网运行特性分析、与电网相互作用机理研究等。
背景技术
近年来，随着社会经济的快速发展，能源需求日益增长。环境友好型清洁可再生能源代替传统化石燃料，符合国家 “十二五”新能源发展纲要、走可持续的科学发展战略思想。并网光伏发电系统是新能源的高效利用形式之一，将在全球未来的能源结构中占有重要地位。太阳能资源具有随机性强、间歇性明显的特点，使其出力波动幅度大，波动频率也无规律性，并且随着光伏渗透率增大及其不具有故障情况下低电压穿越能力，单独并网不利于电网安全稳定运行。因此，光储联合并网发电协调控制对太阳能资源高效开发利用、模型建立、输出功率波动特性分析及其低电压穿越能力研究具有重要的实际意义。
传统的光储联合并网发电系统一方面光储单元经过公共逆变器通过直流母线汇集能源，不适合系统远期规模化扩展规划，另一方面通过调节多级式并网逆变器直流侧电压和功率协调控制，不利于大规模光储开发利用，限制了太阳能资源的高效利用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种电网对新能源吸纳能力强、适应性好、具有较高实用价值的光储联合并网发电协调控制方法。本发明由以下技术方案来实现的：
一种光储联合并网发电协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：
（1）光伏系统综合控制策略
光伏发电系统作为电网的PQ节点，采用定有功功率和无功功率控制策略有助于电网调度及安全稳定运行，光伏发电系统包括光伏控制系统和并网逆变器控制系统，
光伏控制系统中光伏阵列出口电压                                                
Figure 265505DEST_PATH_IMAGE001
和电流，通过最大功率点跟踪控制器为并网逆变器提供有功功率参考值
Figure 805388DEST_PATH_IMAGE003
，无功功率设定值
Figure 251282DEST_PATH_IMAGE004
根据运行条件确定，正常运行时
Figure 677715DEST_PATH_IMAGE005
，采用功率控制环和电流控制环控制，获得并网逆变器的d轴触发信号
Figure 680306DEST_PATH_IMAGE006
与q轴触发信号，从而实现光伏发电系统同步旋转坐标下有功、无功功率解耦控制与同步并网，
并网逆变器功率环与电流环控制策略为：有功功率参考值
Figure 994055DEST_PATH_IMAGE003
和无功功率设定值
Figure 235681DEST_PATH_IMAGE004
与网侧实际测量的有功功率
Figure 963334DEST_PATH_IMAGE008
和无功功率
Figure 278909DEST_PATH_IMAGE009
进行比较，经过功率控制器获得内环电流控制d轴参考值
Figure 879655DEST_PATH_IMAGE010
和q轴参考值
Figure 31412DEST_PATH_IMAGE011
，再利用网侧电流实际测量值的同步旋转坐标d轴分量、q轴分量和内环电流控制器得到同步旋转坐标系下并网逆变器的d轴触发信号
Figure 504485DEST_PATH_IMAGE006
和q轴触发信号
Figure 658386DEST_PATH_IMAGE007
；
（2）储能系统综合控制策略
储能系统整体控制包括两个紧密联系的子系统：一个电池控制系统，一个并网逆变器控制系统，
电池控制系统中电池组出口电压
Figure 540891DEST_PATH_IMAGE014
和电流
Figure 581791DEST_PATH_IMAGE015
，通过电池控制器得并网逆变器系统功率参考值限值
Figure 196443DEST_PATH_IMAGE016
，并网逆变器控制系统通过电压频率控制器得到功率控制器的有功功率参考值、无功功率参考值
Figure 507524DEST_PATH_IMAGE018
，同时考虑并网逆变器系统功率参考值限值
Figure 652198DEST_PATH_IMAGE016
，再经过功率控制器和电流控制器得到并网逆变器同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 765647DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲，
将同步旋转坐标系d轴与逆变器网侧电压矢量方向重合，实现有功、无功功率解耦控制，母线频率设定值
Figure 535425DEST_PATH_IMAGE021
、母线电压设定值与母线频率测量值
Figure 333803DEST_PATH_IMAGE023
、母线电压测量值
Figure 418433DEST_PATH_IMAGE024
经电压频率控制器得到并网点储能系统功率控制器的有功功率参考值
Figure 446432DEST_PATH_IMAGE017
和无功功率参考值
Figure 316431DEST_PATH_IMAGE018
，然后同实际测量的有功功率
Figure 709366DEST_PATH_IMAGE025
与无功功率
Figure 609189DEST_PATH_IMAGE026
进行比较，通过功率控制器为内环电流控制器提供d轴电流参考值
Figure 362250DEST_PATH_IMAGE027
和q轴电流参考值，再与逆变器网侧同步旋转坐标系下d轴电流测量值和q轴电流测量值
Figure 772131DEST_PATH_IMAGE030
经电流控制器得到同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 79615DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲
Figure 235790DEST_PATH_IMAGE020
，从而实现了储能系统的同步并网；
（3）光储联合系统有功功率协调控制方式
电源与负荷之间有功功率表达式为
Figure 219796DEST_PATH_IMAGE031
                                                        （1）
其中：
Figure 766315DEST_PATH_IMAGE032
为系统有功功率不平衡量，
Figure 674228DEST_PATH_IMAGE033
为光伏发电系统输出的有功功率，
Figure 373325DEST_PATH_IMAGE034
为电网负荷有功功率需求，为光储联合发电系统的自用电负荷，由于
Figure 375096DEST_PATH_IMAGE035
占总发电量比例较小，为简化计算，
Figure 273650DEST_PATH_IMAGE035
忽略不计，
首先定义，
Figure 342101DEST_PATH_IMAGE036
含义为A从A < B方向趋近于B，
Figure 480958DEST_PATH_IMAGE037
含义为A从A > B方向趋近于B，
当太阳辐射强度上升，即光伏发电系统输出的有功功率
Figure 481363DEST_PATH_IMAGE033
增加时，系统有功功率不平衡量
Figure 934341DEST_PATH_IMAGE038
，系统功率平衡表达式为
Figure 919614DEST_PATH_IMAGE039
    
Figure 416324DEST_PATH_IMAGE040
                                              （2）
其中：
Figure 159152DEST_PATH_IMAGE041
为储能系统吸收的有功功率，f为储能系统监测的并网点母线频率，
Figure 212559DEST_PATH_IMAGE042
为系统额定频率，50Hz，储能系统吸收功率达到极限时
Figure 740754DEST_PATH_IMAGE043
    
Figure 159097DEST_PATH_IMAGE044
                                             （3）
其中，
Figure 717117DEST_PATH_IMAGE045
为储能系统吸收有功功率极限值，
当太阳辐射强度下降，即光伏发电系统输出的有功功率减小时，系统有功功率不平衡量
Figure 393135DEST_PATH_IMAGE046
，系统功率平衡表达式转化为
Figure 44696DEST_PATH_IMAGE047
                                                  （4）
其中：
Figure 845742DEST_PATH_IMAGE049
为储能系统发出的有功功率，储能容量不足时
    
Figure 669527DEST_PATH_IMAGE051
                                            （5）
其中：
Figure 874243DEST_PATH_IMAGE052
为储能系统输出有功极限值，
当储能系统退出运行时，系统功率表达式转化为
Figure 73143DEST_PATH_IMAGE053
                                                      （6） 
（4）光储联合系统无功功率协调控制方式
光伏系统可在功率因数
Figure 430438DEST_PATH_IMAGE054
电压超前电流与
Figure 361485DEST_PATH_IMAGE054
电压落后电流之间调节，正常运行时为单位功率因数
Figure 115814DEST_PATH_IMAGE055
，
当光伏系统单位功率因数运行时，储能系统仅平衡电网不同运行方式下并网点无功功率，其表达式为
Figure 305356DEST_PATH_IMAGE056
                                                     （7）
其中：为储能系统吸收的无功功率，
Figure 930689DEST_PATH_IMAGE058
为储能系统发出的无功功率，U为光储联合系统并网点母线运行电压，
Figure 854871DEST_PATH_IMAGE059
为光储联合系统并网点母线额定电压，
当光伏系统滞后功率因数运行时，系统无功功率表达式为
Figure 333257DEST_PATH_IMAGE060
      
Figure 711148DEST_PATH_IMAGE061
                                         （8）
其中：
Figure 498845DEST_PATH_IMAGE062
为光伏系统无功功率输出，
Figure 899870DEST_PATH_IMAGE063
为电网无功负荷需求，
当光伏系统超前功率因数运行时，系统无功功率表达式转化为
Figure 244264DEST_PATH_IMAGE064
                                              （9）
其中：
Figure 874408DEST_PATH_IMAGE066
为光伏系统吸收的无功功率，
当外部电网发生故障时，储能系统通过检测并网点电压U，同时提供无功
Figure 11997DEST_PATH_IMAGE058
来使U在故障期间保持较高水平，并提高故障后U恢复到
Figure 832185DEST_PATH_IMAGE059
速度。
利用本发明的方法对光储联合发电协调控制分析，充分反应此方法对光储联合发电协调控制的有效性；提高电网对新能源吸纳能力，适应性强，具有较高的实际应用价值的光储联合并网发电协调控制方法。
附图说明
图1是光储联合并网发电协调控制系统整体结构示意图；
图2是光伏发电系统综合控制系统示意图；
图3是储能系统综合控制系统示意图；
图4是算例系统主接线示意图；
图5是光伏发电系统太阳辐射强度示意图；
图6是光伏发电系统最大功率点跟踪示意图；
图7是储能容量充裕时，储能系统有功功率变化示意图；
图8是储能容量充裕时，储能系统无功功率变化示意图；
图9是储能容量充裕时，无储能、有储能的联合系统并网点有功功率变化示意图；
图10是储能容量充裕时，无储能、有储能的联合系统并网点无功功率变化示意图；
图11是储能容量充裕时，无储能、有储能的联合系统并网点电压变化示意图；
图12是储能容量充裕时，无储能、有储能的联合系统并网点频率变化示意图；
图13是储能容量充裕、储能容量不足时，储能系统有功功率变化示意图；
图14是储能容量充裕、储能容量不足时，储能系统无功功率变化示意图；
图15是储能容量充裕、储能容量不足时，有储能的联合系统并网点有功功率变化示意图；
图16是储能容量充裕、储能容量不足时，有储能的联合系统并网点无功功率变化示意图；
图17是储能容量充裕、储能容量不足时，有储能的联合系统并网点电压变化示意图；
图18是储能容量充裕、储能容量不足时，有储能的联合系统并网点频率变化示意图；
图19是不同并网运行方式下系统20kV母线暂态电压跌落情况分析示意图。
图中：1光伏发电系统，2储能系统，3汇流母线，4高压升压站，5外部高压电网，6光伏并网逆变器控制系统，7功率控制器，8最大功率跟踪控制器，9电池组，10储能并网逆变器控制系统，11光伏阵列，12并网逆变器，13升压变压器，14与外部电网连接点，15电流控制器，16 电压/频率控制器，17 电池控制器。
具体实施方式
一种光储联合并网发电协调控制方法，它包括以下步骤：
（1）光伏系统综合控制策略
光伏发电系统作为电网的PQ节点，采用定有功功率和无功功率控制策略有助于电网调度及安全稳定运行，光伏发电系统包括光伏控制系统和并网逆变器控制系统，
光伏控制系统中光伏阵列出口电压
Figure 184669DEST_PATH_IMAGE001
和电流，通过最大功率点跟踪控制器为并网逆变器提供有功功率参考值，无功功率设定值根据运行条件确定，正常运行时
Figure 271388DEST_PATH_IMAGE005
，采用功率控制环和电流控制环控制，获得并网逆变器的d轴触发信号
Figure 322521DEST_PATH_IMAGE006
与q轴触发信号
Figure 247751DEST_PATH_IMAGE007
，从而实现光伏发电系统同步旋转坐标下有功、无功功率解耦控制与同步并网，
并网逆变器功率环与电流环控制策略为：有功功率参考值
Figure 160475DEST_PATH_IMAGE003
和无功功率设定值
Figure 425234DEST_PATH_IMAGE004
与网侧实际测量的有功功率
Figure 444006DEST_PATH_IMAGE008
和无功功率
Figure 43483DEST_PATH_IMAGE009
进行比较，经过功率控制器获得内环电流控制d轴参考值
Figure 9165DEST_PATH_IMAGE010
和q轴参考值
Figure 190748DEST_PATH_IMAGE011
，再利用网侧电流实际测量值的同步旋转坐标d轴分量
Figure 164493DEST_PATH_IMAGE012
、q轴分量
Figure 736420DEST_PATH_IMAGE013
和内环电流控制器得到同步旋转坐标系下并网逆变器的d轴触发信号和q轴触发信号；
（2）储能系统综合控制策略
储能系统整体控制包括两个紧密联系的子系统：一个电池控制系统，一个并网逆变器控制系统，
电池控制系统中电池组出口电压
Figure 354986DEST_PATH_IMAGE014
和电流，通过电池控制器得并网逆变器系统功率参考值限值
Figure 534743DEST_PATH_IMAGE016
，并网逆变器控制系统通过电压频率控制器得到功率控制器的有功功率参考值
Figure 628601DEST_PATH_IMAGE017
、无功功率参考值
Figure 425656DEST_PATH_IMAGE018
，同时考虑并网逆变器系统功率参考值限值，再经过功率控制器和电流控制器得到并网逆变器同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 67039DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲，
将同步旋转坐标系d轴与逆变器网侧电压矢量方向重合，实现有功、无功功率解耦控制，母线频率设定值
Figure 734091DEST_PATH_IMAGE021
、母线电压设定值
Figure 767906DEST_PATH_IMAGE022
与母线频率测量值
Figure 479511DEST_PATH_IMAGE023
、母线电压测量值
Figure 531649DEST_PATH_IMAGE024
经电压频率控制器得到并网点储能系统功率控制器的有功功率参考值
Figure 608189DEST_PATH_IMAGE017
和无功功率参考值
Figure 880033DEST_PATH_IMAGE018
，然后同实际测量的有功功率
Figure 395328DEST_PATH_IMAGE025
与无功功率
Figure 52705DEST_PATH_IMAGE026
进行比较，通过功率控制器为内环电流控制器提供d轴电流参考值
Figure 549415DEST_PATH_IMAGE027
和q轴电流参考值
Figure 620139DEST_PATH_IMAGE028
，再与逆变器网侧同步旋转坐标系下d轴电流测量值
Figure 611229DEST_PATH_IMAGE029
和q轴电流测量值
Figure 133565DEST_PATH_IMAGE030
经电流控制器得到同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 614225DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲
Figure 109928DEST_PATH_IMAGE020
，从而实现了储能系统的同步并网；
（3）光储联合系统有功功率协调控制方式
电源与负荷之间有功功率表达式为
Figure 888397DEST_PATH_IMAGE031
                                                        （1）
其中：
Figure 582684DEST_PATH_IMAGE032
为系统有功功率不平衡量，
Figure 437507DEST_PATH_IMAGE033
为光伏发电系统输出的有功功率，
Figure 905660DEST_PATH_IMAGE034
为电网负荷有功功率需求，
Figure 300869DEST_PATH_IMAGE035
为光储联合发电系统的自用电负荷，由于
Figure 52925DEST_PATH_IMAGE035
占总发电量比例较小，为简化计算，忽略不计，
首先定义，
Figure 329371DEST_PATH_IMAGE036
含义为A从A < B方向趋近于B，
Figure 465954DEST_PATH_IMAGE037
含义为A从A > B方向趋近于B，
当太阳辐射强度上升，即光伏发电系统输出的有功功率
Figure 823249DEST_PATH_IMAGE033
增加时，系统有功功率不平衡量，系统功率平衡表达式为
    
Figure 432587DEST_PATH_IMAGE040
                                              （2）
其中：
Figure 955973DEST_PATH_IMAGE041
为储能系统吸收的有功功率，f为储能系统监测的并网点母线频率，
Figure 323500DEST_PATH_IMAGE042
为系统额定频率，50Hz。储能系统吸收功率达到极限时
Figure 253541DEST_PATH_IMAGE043
    
Figure 466348DEST_PATH_IMAGE044
                                             （3）
其中，
Figure 109819DEST_PATH_IMAGE045
为储能系统吸收有功功率极限值，
当太阳辐射强度下降，即光伏发电系统输出的有功功率
Figure 631936DEST_PATH_IMAGE033
减小时，系统有功功率不平衡量，系统功率平衡表达式转化为
Figure 377355DEST_PATH_IMAGE047
                                                  （4）
其中：为储能系统发出的有功功率，储能容量不足时
Figure 217857DEST_PATH_IMAGE050
    
Figure 287313DEST_PATH_IMAGE051
                                            （5）
其中：
Figure 577480DEST_PATH_IMAGE052
为储能系统输出有功极限值，
当储能系统退出运行时，系统功率表达式转化为
Figure 208444DEST_PATH_IMAGE053
                                                      （6） 
（4）光储联合系统无功功率协调控制方式
光伏系统可在功率因数
Figure 646378DEST_PATH_IMAGE054
电压超前电流与
Figure 4678DEST_PATH_IMAGE054
电压落后电流之间调节，正常运行时为单位功率因数
Figure 664199DEST_PATH_IMAGE055
，
当光伏系统单位功率因数运行时，储能系统仅平衡电网不同运行方式下并网点无功功率，其表达式为
Figure 777648DEST_PATH_IMAGE056
                                                     （7）
其中：
Figure 640562DEST_PATH_IMAGE057
为储能系统吸收的无功功率，
Figure 553286DEST_PATH_IMAGE058
为储能系统发出的无功功率，U为光储联合系统并网点母线运行电压，
Figure 614783DEST_PATH_IMAGE059
为光储联合系统并网点母线额定电压，
当光伏系统滞后功率因数运行时，系统无功功率表达式为
Figure 836816DEST_PATH_IMAGE060
      
Figure 436294DEST_PATH_IMAGE061
                                         （8）
其中：
Figure 464293DEST_PATH_IMAGE062
为光伏系统无功功率输出，
Figure 583558DEST_PATH_IMAGE063
为电网无功负荷需求，
当光伏系统超前功率因数运行时，系统无功功率表达式转化为
Figure 461647DEST_PATH_IMAGE064
       
Figure 361470DEST_PATH_IMAGE065
                                       （9）
其中：
Figure 865263DEST_PATH_IMAGE066
为光伏系统吸收的无功功率，
当外部电网发生故障时，储能系统通过检测并网点电压U，同时提供无功
Figure 353882DEST_PATH_IMAGE058
来使U在故障期间保持较高水平，并提高故障后U恢复到
Figure 714457DEST_PATH_IMAGE059
速度。
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
具体实例：图1为光储联合并网发电协调控制系统整体结构示意图，光伏发电系统1功率输出主要由最大光照强度出力
Figure 39259DEST_PATH_IMAGE067
、电网调度指令出力
Figure 91616DEST_PATH_IMAGE068
和储能系统2的容量限制
Figure 982212DEST_PATH_IMAGE069
三者联合控制，储能系统2通过测量高压升压站4的低压侧有功功率
Figure 716950DEST_PATH_IMAGE070
、无功功率
Figure 512736DEST_PATH_IMAGE071
和汇流母线3的电压
Figure 623912DEST_PATH_IMAGE072
、频率
Figure 634593DEST_PATH_IMAGE073
，并利用定电压/频率控制策略实现了光伏发电系统1和储能系统2经高压升压站4同步并入外部高压电网5。
其中：光伏发电系统综合控制如图2所示，首先测量光伏阵列11出口直流电压和直流电流，经过最大功率跟踪控制器8为光伏并网逆变器控制系统6中的功率控制器7提供有功功率参考值
Figure 36384DEST_PATH_IMAGE003
，同时设定无功功率参考值
Figure 88522DEST_PATH_IMAGE004
，并利用网侧测量的有功功率
Figure 165063DEST_PATH_IMAGE008
、无功功率经功率控制器7为电流控制器15提供d轴电流参考值
Figure 686622DEST_PATH_IMAGE010
和q轴电流参考值，再应用网侧测量电流的d轴分量
Figure 919337DEST_PATH_IMAGE012
和q轴分量
Figure 177012DEST_PATH_IMAGE013
经电流控制器15得到并网逆变器12的d轴触发信号
Figure 168102DEST_PATH_IMAGE006
与q轴触发信号
Figure 7882DEST_PATH_IMAGE007
，从而使光伏阵列11经过并网逆变器12逆变，通过升压变压器13和与外部电网连接点14并入图1中汇流母线3。
其中：储能系统综合控制如图3所示，首先测量电池组9出口直流电压
Figure 176957DEST_PATH_IMAGE014
和直流电流
Figure 407082DEST_PATH_IMAGE015
，经过电池控制器17为储能并网逆变器控制系统10中的功率控制器7提供有功功率电池容量限制值，同时设定频率参考值和电压参考值
Figure 734661DEST_PATH_IMAGE022
，并利用网侧测量的频率
Figure 485971DEST_PATH_IMAGE023
、电压
Figure 881180DEST_PATH_IMAGE024
经电压/频率控制器16为功率控制器7提供有功功率参考值
Figure 367656DEST_PATH_IMAGE017
和无功功率参考值
Figure 642649DEST_PATH_IMAGE018
，再应用网侧测量的有功功率
Figure 909682DEST_PATH_IMAGE025
和无功功率
Figure 46265DEST_PATH_IMAGE026
经功率控制器7得到电流控制器15的d轴电流参考值和q轴电流参考值，然后与网侧测量电流的d轴分量
Figure 88936DEST_PATH_IMAGE029
和q轴分量
Figure 12898DEST_PATH_IMAGE030
经过电流控制器15得到并网逆变器12的d轴触发信号
Figure 536283DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发信号
Figure 903811DEST_PATH_IMAGE020
，从而使电池组9经过并网逆变器12，通过升压变压器13与外部电网连接点14并入图1中汇流母线3。
采用WSCC 3机9节点系统作为算例基础，光伏100MW，储能40MW的光储系统，经过20kV中压网送入220kV升压站，在节点6并网，其系统主接线如图4所示。随着太阳辐射强度随机波动，光伏系统单独并网以及光储联合系统并网，其运行特性仿真分析如图5-图12所示，太阳辐射强度G在300W/m2~950W/m2之间随机波动情况下，见图5，光伏系统中光伏阵列最大功率跟踪控制器输出功率
Figure 568273DEST_PATH_IMAGE075
波动范围为0.15MW~0.45MW，见图6，其波动趋势与光照强度一致。当光伏系统单独并网时，并网点有功功率
Figure 108975DEST_PATH_IMAGE033
、无功功率
Figure 690129DEST_PATH_IMAGE076
、电压
Figure 212247DEST_PATH_IMAGE077
以及频率
Figure 878851DEST_PATH_IMAGE078
均有不同程度波动，其中
Figure 957666DEST_PATH_IMAGE033
高达35MW，
Figure 144059DEST_PATH_IMAGE076
波动高达7.5Mvar，
Figure 587809DEST_PATH_IMAGE078
在0.98pu与1.02pu之间震荡，
Figure 804027DEST_PATH_IMAGE077
变化范围为0.98pu到1.03pu之间，见图9-图12。储能系统在20kV母线并网后，再次监测并网点有功功率
Figure 873483DEST_PATH_IMAGE079
、无功功率
Figure 163650DEST_PATH_IMAGE080
、母线电压
Figure 106198DEST_PATH_IMAGE081
以及频率均趋于平稳，其中
Figure 584989DEST_PATH_IMAGE079
和
Figure 244510DEST_PATH_IMAGE080
分别为45MW与-7Mvar，
Figure 92380DEST_PATH_IMAGE081
与频率均趋于额定值，见图9-图12。在此过程中，储能系统有功功率范围为15MW~35MW，无功功率
Figure 195093DEST_PATH_IMAGE084
范围为-4.5Mvar~4Mvar，见图7、图8，储能系统容量满足系统所需的功率平抑容量。考虑到储能系统的容量限制，重新对含有光储系统的算例进行仿真分析。太阳辐射强度随机波动特性与图5所示一致，考虑储能容量限制的光储联合系统运行特性仿真结果如图13-图18所示，图13中
Figure 417127DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure 16605DEST_PATH_IMAGE085
分别为储能容量充裕与受限时的储能有功功率变化，图14中
Figure 779024DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure 898290DEST_PATH_IMAGE086
分别为储能容量充裕与受限时的储能无功功率变化，分别在2s、9s以及10.5s瞬间系统所需储能容量略大于40MW，并网点的有功功率
Figure 41958DEST_PATH_IMAGE087
、无功功率
Figure 941781DEST_PATH_IMAGE088
、母线电压
Figure 445574DEST_PATH_IMAGE089
以及频率
Figure 668614DEST_PATH_IMAGE090
均有短暂的波动后恢复稳定水平，当系统运行到11s时瞬间系统所需储能容量达41MW，震荡还未平息，15s时系统所需储能再次超过40MW，17s时达44MW，到18s时高达45MW。因此，考虑储能容量限制导致系统在11s以后频率与出力下降且震荡加剧见图15-图18。母线6在15.38s发生三相接地短路故障，故障持续0.1s，不同组态运行方式20kV汇流母线电压跌落情况如图19所示。光伏系统独立并网，故障期间最低点电压
Figure 294767DEST_PATH_IMAGE077
与原系统故障最低点电压U相同，且均接近于零。故障切除后，光伏系统电压恢复速度也远慢于原系统。储能系统并入20kV母线，当储能系统容量满足系统需求时，光储联合发电系统故障期间电压
Figure 619570DEST_PATH_IMAGE081
为0.35pu，且在故障切除后电压迅速恢复到正常水平，当储能系统容量不能满足抑制系统出力增幅波动时，光储联合发电系统故障期间电压
Figure 412207DEST_PATH_IMAGE089
可达0.5pu，故障切除后恢复速度与储能容量充足时相近。因此，光储联合发电系统改善了系统的暂态电压稳定性，一定程度上避免了故障期间光伏系统脱网运行的风险。经过仿真验证表明，光储联合并网发电协调控制方法是高效且实用的。

Claims (1)

1.一种光储联合并网发电协调控制方法，其特征是，它包括以下步骤：
（1）光伏系统综合控制策略
光伏发电系统作为电网的PQ节点，采用定有功功率和无功功率控制策略有助于电网调度及安全稳定运行，光伏发电系统包括光伏控制系统和并网逆变器控制系统，
光伏控制系统中光伏阵列出口电压                                                
Figure 328941DEST_PATH_IMAGE001
和电流
Figure 808552DEST_PATH_IMAGE002
，通过最大功率点跟踪控制器为并网逆变器提供有功功率参考值
Figure 355071DEST_PATH_IMAGE003
，无功功率设定值
Figure 528563DEST_PATH_IMAGE004
根据运行条件确定，正常运行时
Figure 726196DEST_PATH_IMAGE005
，采用功率控制环和电流控制环控制，获得并网逆变器的d轴触发信号
Figure 694152DEST_PATH_IMAGE006
与q轴触发信号
Figure 727967DEST_PATH_IMAGE007
，从而实现光伏发电系统同步旋转坐标下有功、无功功率解耦控制与同步并网，
并网逆变器功率环与电流环控制策略为：有功功率参考值
Figure 862407DEST_PATH_IMAGE003
和无功功率设定值
Figure 993174DEST_PATH_IMAGE004
与网侧实际测量的有功功率
Figure 69714DEST_PATH_IMAGE008
和无功功率
Figure 840093DEST_PATH_IMAGE009
进行比较，经过功率控制器获得内环电流控制d轴参考值
Figure 89809DEST_PATH_IMAGE010
和q轴参考值
Figure 12766DEST_PATH_IMAGE011
，再利用网侧电流实际测量值的同步旋转坐标d轴分量
Figure 10940DEST_PATH_IMAGE012
、q轴分量
Figure 81664DEST_PATH_IMAGE013
和内环电流控制器得到同步旋转坐标系下并网逆变器的d轴触发信号
Figure 72754DEST_PATH_IMAGE006
和q轴触发信号
Figure 912534DEST_PATH_IMAGE007
；
（2）储能系统综合控制策略
储能系统整体控制包括两个紧密联系的子系统：一个电池控制系统，一个并网逆变器控制系统，
电池控制系统中电池组出口电压
Figure 580144DEST_PATH_IMAGE014
和电流
Figure 810268DEST_PATH_IMAGE015
，通过电池控制器得并网逆变器系统功率参考值限值
Figure 667366DEST_PATH_IMAGE016
，并网逆变器控制系统通过电压频率控制器得到功率控制器的有功功率参考值
Figure 50068DEST_PATH_IMAGE017
、无功功率参考值
Figure 701629DEST_PATH_IMAGE018
，同时考虑并网逆变器系统功率参考值限值，再经过功率控制器和电流控制器得到并网逆变器同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 266789DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲
Figure 815582DEST_PATH_IMAGE020
，
将同步旋转坐标系d轴与逆变器网侧电压矢量方向重合，实现有功、无功功率解耦控制，母线频率设定值
Figure 841307DEST_PATH_IMAGE021
、母线电压设定值
Figure 108340DEST_PATH_IMAGE022
与母线频率测量值
Figure 724217DEST_PATH_IMAGE023
、母线电压测量值
Figure 393096DEST_PATH_IMAGE024
经电压频率控制器得到并网点储能系统功率控制器的有功功率参考值和无功功率参考值
Figure 265423DEST_PATH_IMAGE018
，然后同实际测量的有功功率
Figure 268014DEST_PATH_IMAGE025
与无功功率进行比较，通过功率控制器为内环电流控制器提供d轴电流参考值
Figure 893347DEST_PATH_IMAGE027
和q轴电流参考值，再与逆变器网侧同步旋转坐标系下d轴电流测量值
Figure 301774DEST_PATH_IMAGE029
和q轴电流测量值经电流控制器得到同步旋转坐标系下d轴触发脉冲
Figure 467362DEST_PATH_IMAGE019
和q轴触发脉冲，从而实现了储能系统的同步并网；
（3）光储联合系统有功功率协调控制方式
电源与负荷之间有功功率表达式为
Figure 212781DEST_PATH_IMAGE031
                                                        （1）
其中：
Figure 399174DEST_PATH_IMAGE032
为系统有功功率不平衡量，为光伏发电系统输出的有功功率，
Figure 59143DEST_PATH_IMAGE034
为电网负荷有功功率需求，
Figure 941648DEST_PATH_IMAGE035
为光储联合发电系统的自用电负荷，由于占总发电量比例较小，为简化计算，
Figure 158052DEST_PATH_IMAGE035
忽略不计，
首先定义，含义为A从A < B方向趋近于B，
Figure 908281DEST_PATH_IMAGE037
含义为A从A > B方向趋近于B，
当太阳辐射强度上升，即光伏发电系统输出的有功功率
Figure 115272DEST_PATH_IMAGE033
增加时，系统有功功率不平衡量
Figure 166404DEST_PATH_IMAGE038
，系统功率平衡表达式为
Figure 91635DEST_PATH_IMAGE039
    
Figure 502893DEST_PATH_IMAGE040
                                              （2）
其中：
Figure 767653DEST_PATH_IMAGE041
为储能系统吸收的有功功率，f为储能系统监测的并网点母线频率，为系统额定频率，50Hz，储能系统吸收功率达到极限时
    
Figure 909506DEST_PATH_IMAGE044
                                             （3）
其中，
Figure 28772DEST_PATH_IMAGE045
为储能系统吸收有功功率极限值，
当太阳辐射强度下降，即光伏发电系统输出的有功功率
Figure 484024DEST_PATH_IMAGE033
减小时，系统有功功率不平衡量
Figure 570798DEST_PATH_IMAGE046
，系统功率平衡表达式转化为
Figure 74591DEST_PATH_IMAGE047
    
Figure 110680DEST_PATH_IMAGE048
                                              （4）
其中：为储能系统发出的有功功率，储能容量不足时
Figure 546789DEST_PATH_IMAGE050
    
Figure 854274DEST_PATH_IMAGE051
                                            （5）
其中：
Figure 10448DEST_PATH_IMAGE052
为储能系统输出有功极限值，
当储能系统退出运行时，系统功率表达式转化为
Figure 994454DEST_PATH_IMAGE053
                                                      （6） 
（4）光储联合系统无功功率协调控制方式
光伏系统可在功率因数
Figure 540973DEST_PATH_IMAGE054
电压超前电流与
Figure 448886DEST_PATH_IMAGE054
电压落后电流之间调节，正常运行时为单位功率因数
Figure 147983DEST_PATH_IMAGE055
，
当光伏系统单位功率因数运行时，储能系统仅平衡电网不同运行方式下并网点无功功率，其表达式为
Figure 115939DEST_PATH_IMAGE056
                                                     （7）
其中：
Figure 149754DEST_PATH_IMAGE057
为储能系统吸收的无功功率，
Figure 48309DEST_PATH_IMAGE058
为储能系统发出的无功功率，U为光储联合系统并网点母线运行电压，
Figure 179076DEST_PATH_IMAGE059
为光储联合系统并网点母线额定电压，
当光伏系统滞后功率因数运行时，系统无功功率表达式为
Figure 255616DEST_PATH_IMAGE060
      
Figure 573465DEST_PATH_IMAGE061
                                         （8）
其中：
Figure 777175DEST_PATH_IMAGE062
为光伏系统无功功率输出，
Figure 762449DEST_PATH_IMAGE063
为电网无功负荷需求，
当光伏系统超前功率因数运行时，系统无功功率表达式转化为
Figure 9891DEST_PATH_IMAGE064
       
Figure 1986DEST_PATH_IMAGE065
                                       （9）
其中：
Figure 55393DEST_PATH_IMAGE066
为光伏系统吸收的无功功率，
当外部电网发生故障时，储能系统通过检测并网点电压U，同时提供无功来使U在故障期间保持较高水平，并提高故障后U恢复到速度。
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