CN105186969A - 一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统，该方法提出采取无功信号平均的方法，利用大型风光互补电站中多个光伏发电单元的协调进行有功无功控制，风力发电单元输出电能质量在风机箱式变压器高压侧得到解决，光伏发电单元对整个电站的有功无功进行调节，由光伏阵列所补无功均匀分配到每一个单元光伏发电系统，将整个发电系统中每个设备合理利用，实现风光互补系统无功自补偿，达到设备寿命周期内效益最大化；该系统充分利用两种能源各自的特点，从整个发电系统的角度来合理利用系统中每个设备，达到设备寿命周期内效益最大化，同时，可省去装设专有无功补偿装置，减少初期投资，提高设备利用率。

Description

一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统

技术领域

本发明属于发电及光伏发电中的无功补偿领域，特别涉及一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统。

背景技术

风能、太阳能都是无污染、取之不尽用之不竭的可再生能源。目前，我国已有的和正在建设的风电场、光伏电站已经有不少。这两种发电方式各有优点，但风能和太阳能都是不稳定的、不连续的能源。我国属季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射强度小；夏季风小，太阳辐射强度大，两种能源正好可以相互补充利用。风光互补发电系统有很多优点：利用太阳能、风能的互补特性，可以获得比较稳定的总输出，提高系统供电的稳定性和可靠性；在保证同样供电的情况下，可提高土地利用率，达到较好的经济效益，这使得风光互补发电有着广阔的应用前景。

由于风电场及光伏电站一般都处于电网末端，电网电压、频率不够稳定，在设计风电场、光伏电站时，在升压站部分都装设有无功补偿装置，用来改善电能质量。同时，由于变压器等电能变换设备的存在，会在整个风电场、光伏电站内会产生感性无功功率，这样需要由无功补偿装置提供容性无功功率来抵消这部分感性无功功率，减少送出线路中无功功率所占比例，提高整个电站的电能送出能力。目前，风光互补发电系统主要有以下不足：1.简单的将两种资源连接在一起，没有充分利用两种能源各自的特点，实现两种发电设备的发电效率同时最大化；2.风机制造厂及光伏逆变器制造厂仅考虑其本身的输出功率问题，未从整个系统角度出发，综合考虑输出功率最大化；3.由于实际情况中，大多工况下风机及光伏逆变器未达到满载运行，其电力转换装置存在一定的功率闲置，未充分利用资源。

发明内容

针对以上风光互补发电系统的不足，本发明提供一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统，充分利用两种能源各自的特点，从整个发电系统的角度来合理利用系统中每个设备，达到设备寿命周期内效益最大化；结合高性能的DSP芯片，通过驱动电路和保护电路来实现控制，提高变换器的控制精度，降低故障率，使用单片机P89V51RD2FA来处理显示和与外部通讯等以减轻DSP的负担；使用可插拔无线通讯电路灵活的实现系统远程监控。

一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，将风力发电系统和光伏发电系统通过断路器连接在35kV配电装置上，35kV配电装置通过升压站连接到电网上，利用风力发电系统对其本身发电机及风力箱式变压器无功消耗进行无功补偿，利用光伏发电系统对升压站部分及光伏箱式变压器的无功消耗进行无功补偿，控制过程包括以下几个步骤：

步骤1：利用光伏发电系统控制单元采集升压站主变出口侧的电压与电流信号以及光伏发电系统的箱式变压器低压侧的电压与电流信号，利用风力发电系统的控制单元采集风力箱式变压器的电压与电流信号；

步骤2：利用谐波和无功电流检测模块对步骤1获得的电压与电流信号进行无功电流与有功电流信号计算；

所述无功电流与有功电流信号包括风力发电系统的无功电流与有功电流信号以及升压站的无功电流与有功电流信号；

步骤3：将步骤2获得升压站的无功电流和有功电流信号按照光伏发电系统中光伏阵列单元数量进行平均分配，获得升压站无功电流和有功电流信号均值；

【这种控制方案将升压站所需补偿的无功电流进行分解，用于控制风光互补电站中每个光伏发电单元的逆变电路来实现整个电站的无功控制，使光伏电站部分设备利用最大化，同时，采取均匀协调控制分布于每个光伏电站单元，同时出故障的几率很小，与传统的集中式无功补偿方案相比，更有利于系统稳定运行。与传统方案相比，本方案取消了单独设置的无功补偿装置，仅对控制信号和控制部分进行改进，可降低风光互补型电站初始投资，减少升压站占地面积。】

步骤4：依据无功电流与有功电流进行双闭环控制，实现无功自补偿的分光互补控制；

利用风力发电系统的无功电流与有功电流信号对风力发电系统进行双闭环控制；

利用升压站无功电流和有功电流信号均值对光伏发电系统采用电压和电流双闭环控制；

所述双闭环控制是指电压外环和电流内环，外环和内环的控制均采取PI控制算法，在有功电流信号中并入无功电流信号，将合成信号经过A/D转化器转化为数字信号供控制单元调节脉冲宽度调制波占空比，其中，无功电流检测采取瞬时无功法。

【无功自补偿是指，单元风力发电系统所补偿无功主要针对其本身发电机及风力箱式变压器无功消耗，单元光伏发电系统所补无功主要侧重于升压站部分及光伏箱式变压器无功消耗，单元风力发电系统以一台风机为一个发电单元，单元光伏发电系统以一个光伏阵列为一个发电单元，当有多个光伏阵列单元时，由光伏阵列所补无功均匀分配到每一个单元光伏发电系统。】

所述风力发电系统中采用最大风能转化控制方法进行发电控制，具体过程如下：

1)根据风力发电原理，获得一定风速下，输出功率P_风与ω之间的关系，ω为风力发电机转速；

2)根据风力机输出功率P_风与风力发电机转速ω的关系，使用比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现风机发电机的转速调节，直至ΔP_风＝0。

所述比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比的具体步骤如下：

首先，令风力发电系统进入初始状态，风力发电系统开始工作，通过风力电压和电流采样电路采集风力发电系统中的箱式变压器上的电压和电流，计算t时刻的输出功率P_风(t)：

其次，与上时刻t-Δt时的输出功率P_风(t-Δt)比较：

如果P_风(t)＝P_风(t-Δt)，则保持风力发电机转速设定值ωref不变；

如果P_风(t)≠P_风(t-Δt)，则判断风速大小：

如若V_风(t)＝V_风(t-Δt)，则判断P_风(t)是否大于P_风(t-Δt)，若P_风(t)>P_风(t-Δt)，则增大ωref；若P_风(t)<P_风(t-Δt)，则减小ωref；

如若V(t)≠V(t-Δt)，当V_风(t)>V_风(t-Δt)，则增大ωref；否则，当V_风(t)<V_风(t-Δt)，改变调节方向，减小ωref，如此循环，使风力机输出功率P_风工作在最大功率点。

所述光伏发电系统采用光伏阵列最大功率跟踪方法进行发电控制：

1)根据光伏阵列I-V方程

$I=N_p{I}_{pv}-N_p{I}_0\{\exp \&lsqb;\frac{q(V/N_s+{\mathrm{IR}}_s/N_p)}{AKT}\&rsqb;-1\}-\frac{N_{p}V/N_s+{\mathrm{IR}}_s}{R_{sh}}$

当T一定时，I-V呈非线性关系，同时P_光＝I×U，则V-P呈非线性关系，将光伏阵列最大功率跟踪转化为对于输出电压Uoc的跟踪；

其中：Np代表并联光伏电池数，Ns代表串联光伏电池数，I为光伏阵列输出电流，Ipv为光生电流，I₀为流过二极管的反向饱和漏电流，V为外加电压，q是电子电荷，K是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，A为二极管理想因子，T为环境温度，Rsh为旁路电阻，Rs为串联电阻，由光伏组件的等效模型获得上述变量的取值；

2)根据光伏阵列输出功率P_光与光伏阵列输出电压Uoc的关系，使用比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现光伏阵列输出电压Uoc的控制，直至ΔP_光＝0。

所述比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比具体过程如下：

光伏发电系统进入初始状态，光伏发电系统开始工作，通过光伏阵列出口电压采样电路采集电压，计算此时光伏组件输出的最大电压设定值Uset＝0.76Uoc(set)，Uoc(set)为光伏组件输出电压开路值；

按照步长为0.1V逐步减小Uoc(set)，比较Uset与Uoc(t)大小，Uoc(t)为光伏组件实时输出电压：

当Uoc(t)≥Uset，则继续减小Uoc(t)，直到Uoc(t)<Uset；

当Uoc(t)<Uset，进入局部搜索算法达到光伏阵列最大功率点，计算t时刻的输出功率P_光(t)，与上时刻t-Δt时的输出功率P_光(t-Δt)比较：

如果P_光(t)＝P_光(t-Δt)，则保持光伏组件最大功率跟踪时的设定值Uref不变；

如果P_光(t)≠P_光(t-Δt)，则判断光照强度大小A(t)，如若A(t)＝A(t-Δt)，则判断P_光(t)是否大于P(t-Δt)，若P(t)>P(t-Δt)，则增大Uref；若P(t)<P(t-Δt)，则减小Uref；如若A(t)≠A(t-Δt)，当A(t)>A(t-Δt)，则增大Uref，否则改变调节方向，减小Uref，如此循环，使光伏阵列输出功率P_光工作在最大功率点。

一种具有无功自补偿风光互补发电系统，基于所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，包括风力发电系统和光伏发电系统；

风力发电系统和光伏发电系统分别通过第二断路器QF2和第四断路器QF4连接在35kV配电装置上，35kV配电装置与所升压站之间设置有第五断路器QF5，所述35kV配电装置通过升压站连接到电网上。

所述风力发电系统包括：风机、永磁同步发电机、不可控整流电路、第一稳压电路、第一可控逆变电路、第一滤波电路、第一断路器QF1、风力箱式变压器及风力变换器控制单元；

所述风机通过机械装置连接永磁同步发电机，永磁同步发电机与不可控整流电路相连，不可控整流电路输出电能经过第一稳压电路连接可控逆变电路，第一可控逆变电路输出电能经过第一滤波电路后与第一断路器QF1一侧连接，第一断路器QF1另一侧与风力箱式变压器低压侧相连，风力箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

所述风力变换器控制单元的输出端与第一可控逆变电路相连，输入端与风力箱式变压器输入侧与输出侧的电压与电流采集端相连；

其中，所述不可控整流电路由二极管组成；第一稳压电路为电容；第一可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

所述光伏发电系统包括第二稳压电路、第二可控逆变电路、第二滤波电路、第三断路器QF3、光伏箱式变压器及光伏发电控制单元，以及至少包括一个单元光伏阵列；

所述光伏发电控制单元的输出端与第二可控逆变电路相连，输入端与光伏阵列单元和主变压器的电压与电流采集端相连；

光伏阵列输出与第一稳压电路连接，电能稳压后连接第二可控逆变电路直流侧，第二可控逆变电路输出交流电能经第二滤波电路后与断路器一侧连接，断路器另一侧与光伏箱式变压器低压侧相连，光伏箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

其中，所述第二稳压电路由二极管及电容组成；可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

所述光伏发电系统控制单元中设有无线通信电路；

所述无线通信电路通过串口通讯驱动电路与单片机相连。

通过单片机P89V51RD2FA来处理显示和与外部通讯等以减轻DSP的负担；使用可插拔无线通讯电路灵活的实现系统远程监控。

有益效果

本发明提供一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法及系统，该方法提出采取无功信号平均的方法，利用大型风光互补电站中多个光伏发电单元的协调进行有功无功控制，风力发电单元输出电能质量在风机箱式变压器高压侧得到解决，光伏发电单元对整个电站的有功无功进行调节，由光伏阵列所补无功均匀分配到每一个单元光伏发电系统，将整个发电系统中每个设备合理利用，实现风光互补系统无功自补偿，达到设备寿命周期内效益最大化；风力发电系统和光伏发电系统最大功率控制均采取比较控制法，可在实施过程中减少控制算法工作量，便于实现，同时，由于采取双比较，可有效避免最大功率跟踪失败，避免系统电能损失；

该系统充分利用两种能源各自的特点，从整个发电系统的角度来合理利用系统中每个设备，达到设备寿命周期内效益最大化，同时，可省去装设专有无功补偿装置，减少初期投资；结合高性能的DSP芯片，通过驱动电路和保护电路来实现控制，提高变换器的控制精度，降低故障率，使用单片机P89V51RD2FA来处理显示和与外部通讯等以减轻DSP的负担；使用可插拔无线通讯电路灵活的实现系统远程监控；为需要对多个单元发电系统进行远程监控和监测设备运行状态的发电站提供便利，同时为不需要远程监控和监测设备运行状态的普通用户减少初期投资。

附图说明

图1为本发明所述系统的整体结构示意图；

图2为单元风力发电系统与单元光伏发电系统互补发电结构示意图；

图3风力机输出功率特性图；

图4风力机最大风能转化控制程序流程图；

图5光伏阵列输出功率特性图；

图6光伏阵列最大功率跟踪控制程序流程图；

图7为电压电流双闭环控制策略结构图；

图8基于瞬时无功法无功电流检测控制策略结构图；

图9为单片机与DSP连接示意图；

图10为无线通讯模块通讯示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，将风力发电系统和光伏发电系统通过断路器连接在35kV配电装置上，35kV配电装置通过升压站连接到电网上，利用风力发电系统对其本身发电机及风力箱式变压器无功消耗进行无功补偿，利用光伏发电系统对升压站部分及光伏箱式变压器的无功消耗进行无功补偿，控制过程包括以下几个步骤：

步骤1：利用光伏发电系统控制单元采集升压站主变出口侧的电压与电流信号以及光伏发电系统的箱式变压器低压侧的电压与电流信号，利用风力发电系统的控制单元采集风力箱式变压器的电压与电流信号；

步骤2：利用谐波和无功电流检测模块对步骤1获得的电压与电流信号进行无功电流与有功电流信号计算；

所述无功电流与有功电流信号包括风力发电系统的无功电流与有功电流信号以及升压站的无功电流与有功电流信号；

步骤3：将步骤2获得升压站的无功电流和有功电流信号按照光伏发电系统中光伏阵列单元数量进行平均分配，获得升压站无功电流和有功电流信号均值；

【这种控制方案将升压站所需补偿的无功电流进行分解，用于控制风光互补电站中每个光伏发电单元的逆变电路来实现整个电站的无功控制，使光伏电站部分设备利用最大化，同时，采取均匀协调控制分布于每个光伏电站单元，同时出故障的几率很小，与传统的集中式无功补偿方案相比，更有利于系统稳定运行。与传统方案相比，本方案取消了单独设置的无功补偿装置，仅对控制信号和控制部分进行改进，可降低风光互补型电站初始投资，减少升压站占地面积。】

步骤4：依据无功电流与有功电流进行双闭环控制，实现无功自补偿的分光互补控制；

利用风力发电系统的无功电流与有功电流信号对风力发电系统进行双闭环控制，如图7所示；

利用升压站无功电流和有功电流信号均值对光伏发电系统采用电压和电流双闭环控制；

所述双闭环控制是指电压外环和电流内环，外环和内环的控制均采取PI控制算法，在有功电流信号中并入无功电流信号，将合成信号经过A/D转化器转化为数字信号供控制单元调节脉冲宽度调制波占空比，其中，无功电流检测采取瞬时无功法，如图8所示。

【无功自补偿是指，单元风力发电系统所补偿无功主要针对其本身发电机及风力箱式变压器无功消耗，单元光伏发电系统所补无功主要侧重于升压站部分及光伏箱式变压器无功消耗，单元风力发电系统以一台风机为一个发电单元，单元光伏发电系统以一个光伏阵列为一个发电单元，当有多个光伏阵列单元时，由光伏阵列所补无功均匀分配到每一个单元光伏发电系统。】

所述风力发电系统中采用最大风能转化控制方法进行发电控制，如图4所示，具体过程如下：

1)根据风力发电原理，获得一定风速下，输出功率P_风与ω之间的关系，ω为风力发电机转速；

根据风力机机械功率公式P_风＝0.5ρπR²C_p(λ,β)V³，V一定时，风力机输出功率P_风仅与Cp有关，当Cp＝Cpmax时，P_风为最大输出，又因叶尖速比公式及Cp与λ的非线性关系，则风力机最终输出功率可转化为一定风速下输出功率P_风与ω之间的关系，如图3所示，公式中：ρ为空气密度，R为风力机叶片半径，V为风速，ω为风力发电机转速；

2)根据风力机输出功率P_风与风力发电机转速ω的关系，使用比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现风机发电机的转速调节，直至ΔP_风＝0。

所述比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比的具体步骤如下，如图4所示：

首先，令风力发电系统进入初始状态，风力发电系统开始工作，通过风力电压和电流采样电路采集风力发电系统中的箱式变压器上的电压和电流，计算t时刻的输出功率P_风(t)：

其次，与上时刻t-Δt时的输出功率P_风(t-Δt)比较：

如果P_风(t)＝P_风(t-Δt)，则保持风力发电机转速设定值ωref不变；

如果P_风(t)≠P_风(t-Δt)，则判断风速大小：

如若V_风(t)＝V_风(t-Δt)，则判断P_风(t)是否大于P_风(t-Δt)，若P_风(t)>P_风(t-Δt)，则增大ωref；若P_风(t)<P_风(t-Δt)，则减小ωref；

如若V(t)≠V(t-Δt)，当V_风(t)>V_风(t-Δt)，则增大ωref；否则，当V_风(t)<V_风(t-Δt)，改变调节方向，减小ωref，如此循环，使风力机输出功率P_风工作在最大功率点。

所述光伏发电系统采用光伏阵列最大功率跟踪方法进行发电控制：

1)根据光伏阵列I-V方程

$I=N_p{I}_{pv}-N_p{I}_0\{\exp \&lsqb;\frac{q(V/N_s+{\mathrm{IR}}_s/N_p)}{AKT}\&rsqb;-1\}-\frac{N_{p}V/N_s+{\mathrm{IR}}_s}{R_{sh}}$

当T一定时，I-V呈非线性关系，如图5所示，同时P_光＝I×U，则V-P呈非线性关系，将光伏阵列最大功率跟踪转化为对于输出电压Uoc的跟踪；

其中：Np代表并联光伏电池数，Ns代表串联光伏电池数，I为光伏阵列输出电流，Ipv为光生电流，I₀为流过二极管的反向饱和漏电流，V为外加电压，q是电子电荷，K是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，A为二极管理想因子，T为环境温度，Rsh为旁路电阻，Rs为串联电阻，由光伏组件的等效模型获得上述变量的取值；

2)根据光伏阵列输出功率P_光与光伏阵列输出电压Uoc的关系，使用比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现光伏阵列输出电压Uoc的控制，直至ΔP_光＝0。

所述比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比具体过程如下，如图6所示：

光伏发电系统进入初始状态，光伏发电系统开始工作，通过光伏阵列出口电压采样电路采集电压，计算此时光伏组件输出的最大电压设定值Uset＝0.76Uoc(set)，Uoc(set)为光伏组件输出电压开路值；

按照步长为0.1V逐步减小Uoc(set)，比较Uset与Uoc(t)大小，Uoc(t)为光伏组件实时输出电压：

当Uoc(t)≥Uset，则继续减小Uoc(t)，直到Uoc(t)<Uset；

当Uoc(t)<Uset，进入局部搜索算法达到光伏阵列最大功率点，计算t时刻的输出功率P_光(t)，与上时刻t-Δt时的输出功率P_光(t-Δt)比较：

如果P_光(t)＝P_光(t-Δt)，则保持光伏组件最大功率跟踪时的设定值Uref不变；

如果P_光(t)≠P_光(t-Δt)，则判断光照强度大小A(t)，如若A(t)＝A(t-Δt)，则判断P_光(t)是否大于P(t-Δt)，若P(t)>P(t-Δt)，则增大Uref；若P(t)<P(t-Δt)，则减小Uref；如若A(t)≠A(t-Δt)，当A(t)>A(t-Δt)，则增大Uref，否则改变调节方向，减小Uref，如此循环，使光伏阵列输出功率P_光工作在最大功率点。

如图1和图2所示，一种具有无功自补偿风光互补发电控制系统，基于所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，包括风力发电系统和光伏发电系统；

风力发电系统和光伏发电系统分别通过第二断路器QF2和第四断路器QF4连接在35kV配电装置上，35kV配电装置与所升压站之间设置有第五断路器QF5，所述35kV配电装置通过升压站连接到电网上。

所述风力发电系统包括：风机、永磁同步发电机、不可控整流电路、第一稳压电路、第一可控逆变电路、第一滤波电路、第一断路器QF1、风力箱式变压器及风力变换器控制单元；

所述风机1通过机械装置连接永磁同步发电机2，永磁同步发电机与不可控整流电路3相连，不可控整流电路输出电能经过第一稳压电路4连接可控逆变电路，第一可控逆变电路5输出电能经过第一滤波电路后与第一断路器QF16一侧连接，第一断路器QF1另一侧与风力箱式变压器7低压侧相连，风力箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

所述风力变换器控制单元的输出端与第一可控逆变电路相连，输入端与风力箱式变压器输入侧与输出侧的电压与电流采集端相连；

其中，所述不可控整流电路由二极管组成；第一稳压电路为电容；第一可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

所述光伏发电系统包括第二稳压电路、第二可控逆变电路、第二滤波电路、第三断路器QF3、光伏箱式变压器及光伏发电控制单元，以及至少包括一个单元光伏阵列；

所述光伏发电控制单元的输出端与第二可控逆变电路相连，输入端与光伏阵列单元和主变压器的电压与电流采集端相连；

光伏阵列输出与第一稳压电路连接，电能稳压后连接第二可控逆变电路直流侧，第二可控逆变电路输出交流电能经第二滤波电路后与断路器一侧连接，断路器另一侧与光伏箱式变压器低压侧相连，光伏箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

其中，所述第二稳压电路由二极管及电容组成；可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

所述光伏发电系统控制单元中设有无线通信电路；

所述无线通信电路通过串口通讯驱动电路与单片机相连。

通过单片机P89V51RD2FA来处理显示和与外部通讯等以减轻DSP的负担；如图9所示，为单片机与DSP连接示意图；

使用可插拔无线通讯电路灵活的实现系统远程监控。

插拔式无线通讯电路使用方式如图10所示，为单元风力发电系统控制装置及单元光伏发电系统控制装置预留与无线收发驱动模块的通讯接口，使用串口通讯与无线通讯模块进行通讯，用户监控侧无线通讯模块利用串口通讯与主机相连，主机与电脑显示器与打印机连接，无线通讯模块根据业主需求购置。

Claims (9)

1.一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，其特征在于，将风力发电系统和光伏发电系统通过断路器连接在35kV配电装置上，35kV配电装置通过升压站连接到电网上，利用风力发电系统对其本身发电机及风力箱式变压器无功消耗进行无功补偿，利用光伏发电系统对升压站部分及光伏箱式变压器的无功消耗进行无功补偿，控制过程包括以下几个步骤：

步骤1：利用光伏发电系统控制单元采集升压站主变出口侧的电压与电流信号以及光伏发电系统的箱式变压器低压侧的电压与电流信号，利用风力发电系统的控制单元采集风力箱式变压器的电压与电流信号；

步骤2：利用谐波和无功电流检测模块对步骤1获得的电压与电流信号进行无功电流与有功电流信号计算；

所述无功电流与有功电流信号包括风力发电系统的无功电流与有功电流信号以及升压站的无功电流与有功电流信号；

步骤3：将步骤2获得升压站的无功电流和有功电流信号按照光伏发电系统中光伏阵列单元数量进行平均分配，获得升压站无功电流和有功电流信号均值；

步骤4：依据无功电流与有功电流进行双闭环控制，实现无功自补偿的分光互补控制；

利用风力发电系统的无功电流与有功电流信号对风力发电系统进行双闭环控制；

利用升压站无功电流和有功电流信号均值对光伏发电系统采用电压和电流双闭环控制；

所述双闭环控制是指电压外环和电流内环，外环和内环的控制均采取PI控制算法，在有功电流信号中并入无功电流信号，将合成信号经过A/D转化器转化为数字信号供控制单元调节脉冲宽度调制波占空比，其中，无功电流检测采取瞬时无功法。

2.根据权利要求1所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，其特征在于，所述风力发电系统中采用最大风能转化控制方法进行发电控制，具体过程如下：

1)根据风力发电原理，获得一定风速下，输出功率P_风与ω之间的关系，ω为风力发电机转速；

2)根据风力机输出功率P_风与风力发电机转速ω的关系，使用比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现风机发电机的转速调节，直至ΔP_风＝0。

3.根据权利要求2所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，其特征在于，所述比较控制法改变风力发电机控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比的具体步骤如下：

首先，令风力发电系统进入初始状态，风力发电系统开始工作，通过风力电压和电流采样电路采集风力发电系统中的箱式变压器上的电压和电流，计算t时刻的输出功率P_风(t)：

其次，与上时刻t-Δt时的输出功率P_风(t-Δt)比较：

如果P_风(t)＝P_风(t-Δt)，则保持风力发电机转速设定值ωref不变；

如果P_风(t)≠P_风(t-Δt)，则判断风速大小：

如若V_风(t)＝V_风(t-Δt)，则判断P_风(t)是否大于P_风(t-Δt)，若P_风(t)>P_风(t-Δt)，则增大ωref；若P_风(t)<P_风(t-Δt)，则减小ωref；

如若V(t)≠V(t-Δt)，当V_风(t)>V_风(t-Δt)，则增大ωref；否则，当V_风(t)<V_风(t-Δt)，改变调节方向，减小ωref，如此循环，使风力机输出功率P_风工作在最大功率点。

4.根据权利要求1所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，其特征在于，所述光伏发电系统采用光伏阵列最大功率跟踪方法进行发电控制：

1)根据光伏阵列I-V方程

$I=N_p{I}_{pv}-N_p{I}_0\{\exp \&lsqb;\frac{q(V/N_s+{\mathrm{IR}}_s/N_p)}{AKT}\&rsqb;-1\}-\frac{N_{p}V/N_s+{\mathrm{IR}}_s}{R_{sh}}$

当T一定时，I-V呈非线性关系，同时P_光＝I×U，则V-P呈非线性关系，将光伏阵列最大功率跟踪转化为对于输出电压Uoc的跟踪；

其中：Np代表并联光伏电池数，Ns代表串联光伏电池数，I为光伏阵列输出电流，Ipv为光生电流，I₀为流过二极管的反向饱和漏电流，V为外加电压，q是电子电荷，K是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，A为二极管理想因子，T为环境温度，Rsh为旁路电阻，Rs为串联电阻，由光伏组件的等效模型获得上述变量的取值；

2)根据光伏阵列输出功率P_光与光伏阵列输出电压Uoc的关系，使用比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比，实现光伏阵列输出电压Uoc的控制，直至ΔP_光＝0。

5.根据权利要求4所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，其特征在于，所述比较控制法改变光伏控制装置TMS320LF2407脉冲宽度调制波占空比具体过程如下：

光伏发电系统进入初始状态，光伏发电系统开始工作，通过光伏阵列出口电压采样电路采集电压，计算此时光伏组件输出的最大电压设定值Uset＝0.76Uoc(set)，Uoc(set)为光伏组件输出电压开路值；

按照步长为0.1V逐步减小Uoc(set)，比较Uset与Uoc(t)大小，Uoc(t)为光伏组件实时输出电压：

当Uoc(t)≥Uset，则继续减小Uoc(t)，直到Uoc(t)<Uset；

当Uoc(t)<Uset，进入局部搜索算法达到光伏阵列最大功率点，计算t时刻的输出功率P_光(t)，与上时刻t-Δt时的输出功率P_光(t-Δt)比较：

如果P_光(t)＝P_光(t-Δt)，则保持光伏组件最大功率跟踪时的设定值Uref不变；

如果P_光(t)≠P_光(t-Δt)，则判断光照强度大小A(t)，如若A(t)＝A(t-Δt)，则判断P_光(t)是否大于P(t-Δt)，若P(t)>P(t-Δt)，则增大Uref；若P(t)<P(t-Δt)，则减小Uref；如若A(t)≠A(t-Δt)，当A(t)>A(t-Δt)，则增大Uref，否则改变调节方向，减小Uref，如此循环，使光伏阵列输出功率P_光工作在最大功率点。

6.一种具有无功自补偿风光互补发电系统，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制方法，包括风力发电系统和光伏发电系统；

风力发电系统和光伏发电系统分别通过第二断路器QF2和第四断路器QF4连接在35kV配电装置上，35kV配电装置与所升压站之间设置有第五断路器QF5，所述35kV配电装置通过升压站连接到电网上。

7.根据权利要求6所述的一种具有无功自补偿风光互补发电控制系统，其特征在于，所述风力发电系统包括：风机、永磁同步发电机、不可控整流电路、第一稳压电路、第一可控逆变电路、第一滤波电路、第一断路器QF1、风力箱式变压器及风力变换器控制单元；

所述风机通过机械装置连接永磁同步发电机，永磁同步发电机与不可控整流电路相连，不可控整流电路输出电能经过第一稳压电路连接可控逆变电路，第一可控逆变电路输出电能经过第一滤波电路后与第一断路器QF1一侧连接，第一断路器QF1另一侧与风力箱式变压器低压侧相连，风力箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

所述风力变换器控制单元的输出端与第一可控逆变电路相连，输入端与风力箱式变压器输入侧与输出侧的电压与电流采集端相连；

其中，所述不可控整流电路由二极管组成；第一稳压电路为电容；第一可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

8.根据权利要求6所述的一种具有无功自补偿风光互补发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括第二稳压电路、第二可控逆变电路、第二滤波电路、第三断路器QF3、光伏箱式变压器及光伏发电控制单元，以及至少包括一个单元光伏阵列；

所述光伏发电控制单元的输出端与第二可控逆变电路相连，输入端与光伏阵列单元和主变压器的电压与电流采集端相连；

光伏阵列输出与第一稳压电路连接，电能稳压后连接第二可控逆变电路直流侧，第二可控逆变电路输出交流电能经第二滤波电路后与断路器一侧连接，断路器另一侧与光伏箱式变压器低压侧相连，光伏箱式变压器高压侧将电能送至整个发电系统35kV配电装置交流母线；

其中，所述第二稳压电路由二极管及电容组成；可控逆变电路由功率开关器件IGBT组成。

9.根据权利要求8所述的一种具有无功自补偿风光互补发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统控制单元中设有无线通信电路；

所述无线通信电路通过串口通讯驱动电路与单片机相连；

通过单片机P89V51RD2FA来处理显示和与外部通讯等以减轻DSP的负担；使用可插拔无线通讯电路灵活的实现系统远程监控。