CN105226930B - 一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法 - Google Patents
一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，包括步骤：S1、采集光伏并网变流器输出端的三相静止坐标系下的交流电压和交流电流；S2、通过坐标变换将三相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换成双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量；S3、根据电压和电流的正、负序分量，基于光伏并网变流器控制模型计算无功电流指令；S4、对无功电流指令进行滤波电容的容性无功功率补偿；S5、根据无功电流指令闭环控制光伏并网变流器的功率因数。本发明所述技术方案消除了光伏并网变流器中负序电流分量和电容的容性无功功率对变流器输出的无功功率的影响，实现了无功功率的精确控制，满足上级电网调度部门要求。
Description
技术领域
本发明涉及光伏并网发电领域。更具体地，涉及应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法。
背景技术
光伏并网变流器的研制和控制方法的优化成为近年来光伏发电领域研究的热点，其控制方法的升级尤其得到关注。目前光伏并网变流器在无功功率控制方法上多采用根据无功功率指令或功率因数指令计算无功电流指令，通过坐标变换的方式，在两相旋转坐标系下采用双闭环控制策略实现对无功功率的控制这种方法。这种方法一方面由于电压不平衡，所以电网电压中会存在负序电压分量，同时由于负序电压分量的存在，会导致电网电流不平衡，不平衡的电流会导致电网电流中存在负序电流分量，负序电流和负序电压会产生无功功率，导致有功功率、无功功率与电压、电流不能完全解耦，使得计算的无功电流指令存在偏差；另一方面由于目前光伏并网变流器多采用LCL或LC的硬件滤波方式，其中电容上的容性无功功率也会对变流器整机输出的无功功率造成影响，所以目前传统的无功功率调度方法，在接受上级电网调度部门指令后实际输出的无功功率会偏离电网调度部门的要求，对电网运行造成影响。这对于光伏并网变流器的推广是不利的。
因此，需要提供一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，解决光伏并网变流器现有控制方法中对无功功率控制不准确的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，该方法包括步骤：
S1、采集光伏并网变流器输出端的三相静止坐标系下的交流电压和交流电流；
S2、通过坐标变换将三相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换成双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量；
S3、根据电压和电流的正、负序分量，基于光伏并网变流器控制模型计算无功电流指令；
S5、根据无功电流指令闭环控制光伏并网变流器的功率因数。
优选地，步骤S3之后且步骤S5之前还包括步骤：
S4、对无功电流指令进行滤波电容的容性无功功率补偿。
优选地，步骤S2中双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量包括：正序有功电压矢量、正序无功电压矢量、负序有功电压矢量、负序无功电压矢量和电流矢量：正序有功电流矢量、正序无功电流矢量、负序无功电流矢量、负序无功电流矢量。
优选地，步骤S3的具体过程为：将上级电网调度部门下发的有功功率指令和无功功率指令作为的控制目标，根据电压和电流的正、负序分量，基于体现光伏并网变流器的有功功率、无功功率、电压以及电流解耦后的关系的光伏并网变流器控制模型，计算无功电流指令，计算公式如下：
公式中，分别为在有功轴、无功轴的正序电流期望值；分别为在有功轴、无功轴的正序电动势；Pg0、Qg0分别为有功功率、无功功率的平均值。
优选地，步骤S4的具体过程为：
通过检测网侧电压和电容容值计算滤波电容的容性无功功率，将所述滤波电容的容性无功功率加入到步骤S3中计算无功电流指令过程中的无功功率的平均值中进行修正，重新计算无功电流指令。
优选地，步骤S5中的闭环控制策略为：
对光伏并网变流器的输出端的正序有功功率采用双闭环控制策略，外环控制直流电压，将最大功率点跟踪功能追踪到的电压作为指令进行直流电压控制，内环控制有功电流，将电压环输出作为指令进行控制；
对光伏并网变流器的输出端的正序无功功率采用单闭环控制策略，利用无功电流指令作为给定值控制光伏并网变流器的功率因数，进而控制光伏并网变流器的无功功率输出；
对光伏并网变流器的输出端的负序有功轴和负序无功轴功率均采用单闭环控制策略，将零作为两个控制环的指令，进而将负序电流控制为零，确保无负序电流输出
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案消除了光伏并网变流器中负序电流分量和电容的容性无功功率对变流器输出的无功功率的影响，实现了无功功率的精确控制，满足上级电网调度部门要求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出用于光伏并网变流器的无功功率调度方法流程图。
图2示出用于光伏并网变流器的无功功率调度方法控制框图。
图3示出3相静止坐标系和双同步旋转坐标系。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本实施例提供的应用于光伏并网变流器的无功功率调度方法，通过对电网电压和电流的正负序分解，得到负序电压和电流分量，由于电压是电网自身的，很难对其进行控制，所以为了消除由于负序电流分量和负序电压分量一起产生的无功功率，需要控制负序电流分量为零，就能消除这一部分无功功率的影响；其次需要根据电网调度部门的功率指令利用转换坐标系以解耦后的光伏变流器有功功率、无功功率、电压以及电流完全解耦后的关系式计算无功电流指令；最后在无功电流指令的基础上补偿滤波电容上的容性无功功率得到最终的无功电流指令，作为闭环控制的电流指令进行控制，该方法具体包括如下步骤：
S1、采集光伏并网变流器输出端的三相静止坐标系下的交流电压和交流电流；
S2、通过坐标变换将三相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换成双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量；
S3、根据电压和电流的正、负序分量，基于光伏并网变流器控制模型计算无功电流指令；
S5、根据无功电流指令闭环控制光伏并网变流器的功率因数。
为了得到更精确的无功电流指令，在步骤S3之后且步骤S5之前还包括步骤：
S4、对无功电流指令进行滤波电容的容性无功功率补偿。
其中
步骤S2中双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量，包括：正序有功电压矢量正序无功电压矢量负序有功电压矢量负序无功电压矢量和电流矢量：正序有功电流矢量正序无功电流矢量负序无功电流矢量负序无功电流矢量
步骤S3中的光伏并网变流器控制模型，即光伏并网变流器的有功功率、无功功率、电压以及电流解耦后的关系公式为：
公式(1)
公式中，分别为三相电网基波电动势在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电动势，如为正序有功轴电动势，上标p、n分别表示正序、负序，下标d、q分别表示d轴、q轴；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的变流器输出电压期望值；ω是电网电压角频率；L是网侧滤波电感值；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电流；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电流期望值；Kp为控制环比例系数；Ki为控制环积分系数；
对关系公式(1)进行分析计算，针对不同的控制目标可以得到不同的控制效果；
则步骤S3中计算初步无功电流指令的方法为：
将上级电网调度部门下发的有功功率指令和无功功率指令作为的控制目标，利用光伏并网变流器的有功功率、无功功率、电压以及电流解耦后的关系公式计算无功电流指令，计算公式如下：
公式(2)
公式中，Pg0、Qg0分别为有功功率、无功功率的平均值；
步骤S4的具体过程为：
光伏变流器中滤波电容的影响，产生的原因是：由于通过传感器采样得到的网侧电流不包括滤波电容的电流，所以在现有的控制过程中，不能对滤波电容的电流所产生的容性无功功率进行控制，所以需要对滤波电容的容性无功功率进行补偿。
而步骤S4中补偿的方法是通过检测网侧电压和电容容值计算这部分滤波电容的容性无功功率，将这部分无功功率加入到原无功功率的平均值Qg0中进行修正，确保变流器最终输出的无功功率补偿了滤波电容的无功功率，得到理想的期望值。
步骤S5的方法为：
如图3所示，图3中，α、β是两相静止坐标系坐标轴；ω是电网电压角速度；是正序电压矢量和负序电压矢量；Ug是电压矢量，即合成的最终矢量；dP是正序两相旋转坐标系d轴，dn是负序两相旋转坐标系d轴；qP是正序两相旋转坐标系q轴，qn是负序两相旋转坐标系q轴，在双同步旋转坐标系下，正序d轴(有功轴)dp采用双闭环控制策略，外环控制直流电压Udc，将最大功率点跟踪功能追踪到的电压作为指令进行直流电压控制，内环控制有功电流，将电压环输出作为指令进行控制，从而保证直流电压稳定并按照要求输出有功功率；正序q轴(无功轴)采用单闭环控制策略，将补偿了电容无功功率的无功电流指令作为给定值，控制光伏并网变流器的功率因数，控制光伏并网变流器的无功功率输出，确保变流器按照指令要求输出无功功率；负序d轴(有功轴)和q轴(无功轴)采用单闭环控制策略，将零作为两个控制环的指令，将负序电流控制为零，确保无负序电流输出，从而确保不会因为存在负序电流从而影响无功功率的大小。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，其特征在于，该方法包括步骤：
S1、采集光伏并网变流器输出端的三相静止坐标系下的交流电压和交流电流；
S2、通过坐标变换将三相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换成双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量；
S3、将上级电网调度部门下发的有功功率指令和无功功率指令作为控制目标，根据电压和电流的正、负序分量及光伏并网变流器的有功功率、无功功率、电压以及电流解耦后的关系公式，计算无功电流指令；
其中，
光伏并网变流器的有功功率、无功功率、电压以及电流解耦后的关系公式为：
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其中，分别为三相电网基波电动势在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电动势，上标p、n分别表示正序、负序，下标d、q分别表示d轴、q轴；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的变流器输出电压期望值；ω是电网电压角频率；L是网侧滤波电感值；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电流；分别为在有功轴d轴和无功轴q轴的正序p、负序n的电流期望值；Kp为控制环比例系数；Ki为控制环积分系数；
计算无功电流指令的计算公式如下：
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公式中，分别为在有功轴、无功轴的正序电流期望值；分别为在有功轴、无功轴的正序电动势；Pg0、Qg0分别为有功功率、无功功率的平均值；
S5、根据无功电流指令闭环控制光伏并网变流器的功率因数；
步骤S5中的闭环控制策略为：
对光伏并网变流器的输出端的正序有功功率采用双闭环控制策略，外环控制直流电压，将最大功率点跟踪功能追踪到的电压作为指令进行直流电压控制，内环控制有功电流，将电压环输出作为指令进行控制；
对光伏并网变流器的输出端的正序无功功率采用单闭环控制策略，利用无功电流指令作为给定值控制光伏并网变流器的功率因数，进而控制光伏并网变流器的无功功率输出；
对光伏并网变流器的输出端的负序有功轴和负序无功轴功率均采用单闭环控制策略，将零作为两个控制环的指令，进而将负序电流控制为零，确保无负序电流输出。
2.根据权利要求1所述的应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，其特征在于，步骤S3之后且步骤S5之前还包括步骤：
S4、对无功电流指令进行滤波电容的容性无功功率补偿。
3.根据权利要求1所述的应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，其特征在于，步骤S2中双同步旋转坐标系下的电压和电流的正、负序分量包括：正序有功电压矢量正序无功电压矢量负序有功电压矢量负序无功电压矢量和电流矢量：正序有功电流矢量正序无功电流矢量负序有功电流矢量负序无功电流矢量
4.根据权利要求2所述的应用于光伏并网变流器的无功功率控制方法，其特征在于，步骤S4的具体过程为：
通过检测网侧电压和电容容值计算滤波电容的容性无功功率，将所述滤波电容的容性无功功率加入到步骤S3中计算无功电流指令过程中的无功功率的平均值中进行修正，重新计算无功电流指令。
Priority Applications (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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