CN105591401A

CN105591401A - 一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法

Info

Publication number: CN105591401A
Application number: CN201610057166.6A
Authority: CN
Inventors: 王慧芳; 黄显斌; 林达
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: CN105591401B

Abstract

本发明涉及一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法。现有的光伏低电压穿越方法有很多，然而并未充分利用光伏逆变器对功率的控制作用。本发明在电压跌落不严重情况下，保持光伏有功功率输出不变，尽量提供无功功率；在电压跌落较严重情况下，光伏不输出有功功率，全部输出无功功率。同时在电网不对称故障下，引入负序控制消除由负序分量引起的有功功率波动，并推导出最大无功功率设定值计算公式。本发明能根据电压跌落情况充分利用光伏对有功功率和无功功率的控制能力，在一定情况下保证有功功率输出又能最大限度的提供无功功率，有助于并网点电压的恢复。

Description

一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法。

背景技术

当今环境问题日益严重，发展新能源的是缓解环境问题的一种有效手段，而光伏作为新能源的一种因此越来越受到人们的关注，光伏产业也在最近几年迅速发展。当大规模光伏电源接入电网以后，在电网发生故障时，光伏电源不能简单的被切除，应具备一定的低电压穿越能力，否则由于光伏电源的切除，导致功率的缺失，进一步导致电压的下降，可能会引起相邻光伏电源的脱网，进一步造成电网是故障范围扩展，甚至引起电网崩溃。除此之外，光伏电源在低电压时不仅仅需要保持不脱网允许一段时间，同时需要光伏向电网注入一定的无功电流以支撑电网电压。

发明内容

本发明的目的在于根据光伏低电压穿越要求，提供一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法。

在满足上述要求和考虑电网有功功率平衡的情况下，基于正负负序电网电压定向PI控制提出了如下控制策略：光伏并网点电压跌落后还不低于阀值时，优先保证光伏有功功率输出不变，利用光伏并网逆变器过流能力提供最大无功功率输出；当并网点电压跌落后低于阀值时，切除光伏并网逆变器有功功率输入，光伏全部提供无功功率输出，以最大限度对并网点电压提供支撑作用。上述策略在光伏低电压穿越时光伏输出的有功功率P和无功功率Q按公式下面设定：

P = \{\begin{matrix} P_{0}; & V_{p c c} &GreaterEqual; V_{r e f} \\ 0; & V_{p c c} < V_{r e f} \end{matrix}

Q＝Q_max

其中，V_pcc为光伏并网点电压的正序电压标幺值；V_ref为切除光伏并网逆变器有功功率输入的电压阀值。P₀为故障前光伏输出有功功率；Q_max为在不同V_pcc跌落情况下考虑光伏逆变器最大电流限制能提供的最大无功功率，该值需要计算。

本发明有益效果：本发明在电压跌落不严重情况下，保持光伏有功功率输出不变，尽量提供无功功率；在电压跌落较严重情况下，光伏不输出有功功率，全部输出无功功率。同时在电网不对称故障下，引入负序控制消除由负序分量引起的有功功率波动，并推导出最大无功功率设定值计算公式。本发明能根据电压跌落情况充分利用光伏对有功功率和无功功率的控制能力，在一定情况下保证有功功率输出，又能最大限度的提供无功功率，有助于并网点电压的恢复。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明方法整体控制策略图。

图3为滞环控制环节示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。如附图1所示，本发明有几个关键步骤：

1)若未监测到并网点电压跌落，则光伏逆变器以功率因数为1并网运行；若检测到并网点电压跌落，则判断电压跌落程度。

2)若电压跌落程度较小(测量到的光伏并网点的正序电压标幺值大于等于阈值V_ref)，则设定输出有功功率P为P₀，并根据有功功率P₀及光伏逆变器电流约束条件计算出能输出的最大无功功率Q_max，并设为Q；否则光伏并网逆变器全部输出无功，不输出有功功率，即P＝0，Q_max。

3)根据P、Q设定值计算内环参考电流。

如图2所示，对光伏采用T/4延时法将并网点电压和电流坐标变换到静止αβ坐标系下的正、负序电压和正、负序电流再变换到同步旋转dq坐标下，最后得到正序d轴电压正序q轴电压负序d轴电压负序q轴电压和正序d轴电流正序q轴电流负序d轴电流负序q轴电流

根据跌落程度判断是否输出有功功率。如公式所示：

P = \{\begin{matrix} P_{0}; & V_{p c c} &GreaterEqual; V_{r e f} \\ 0; & V_{p c c} < V_{r e f} \end{matrix}

根据P和逆变器能运行流过的最大电流I_max(一般情况下I_max为额定电流IN的1.5倍)计算光伏能输出的最大无功功率。

其中V_ref应满足

I_{m a x}^{2} V_{r e f}^{6} {(n^{2} - 1)}^{2} (n^{2} + 1) + 4 {(P_{0} V_{d}^{n} V_{q}^{n})}^{2} - P_{0} V_{r e f}^{4} {(n^{2} - 1)}^{2} &GreaterEqual; 0

其中n为不对称度，定义为

n = \sqrt{\frac{{(V_{d}^{n})}^{2} + {(V_{q}^{n})}^{2}}{{(V_{d}^{p})}^{2} + {(V_{q}^{p})}^{2}}}

V_ref整定需要对电网各种故障进行模拟，确定其最小值，然后根据电网实际需求进行整定，只要其大于整个电网的最小值即可。

Q = Q_{m a x} = \frac{(H - 2 {PV}_{d}^{n} V_{q}^{n})}{D_{1}}

其中：

H = \sqrt{I_{m a x}^{2} D_{1}^{2} D_{2} - P^{2} (D_{2}^{2} - 4 {(V_{d}^{n} V_{q}^{n})}^{2})}

D_{1} = [{(V_{d}^{p})}^{2} + {(V_{q}^{p})}^{2}] - [{(V_{d}^{n})}^{2} + {(V_{q}^{n})}^{2}]

D_{2} = [{(V_{d}^{p})}^{2} + {(V_{q}^{p})}^{2}] + [{(V_{d}^{n})}^{2} + {(V_{q}^{n})}^{2}]

由于光伏输出功率和电流满足关系：

P(t)＝P₁+P_c2cos(2ωt)+P_s2sin(2ωt)

Q(t)＝Q₁+Q_c2cos(2ωt)+Q_s2sin(2ωt)

其中

P_{1} = V_{d}^{p} I_{d}^{p} + V_{q}^{p} I_{q}^{p} + V_{d}^{n} I_{d}^{n} + V_{q}^{n} I_{q}^{n}

P_{c 2} = V_{d}^{p} I_{d}^{n} + V_{q}^{p} I_{q}^{n} + V_{d}^{n} I_{d}^{p} + U_{q}^{n} I_{q}^{p}

P_{s 2} = V_{q}^{n} I_{d}^{p} - V_{d}^{n} I_{q}^{p} - V_{q}^{p} I_{d}^{n} + V_{d}^{p} I_{q}^{n}

Q_{1} = V_{q}^{p} I_{d}^{p} - V_{d}^{p} I_{q}^{p} + V_{q}^{n} I_{d}^{n} - V_{d}^{n} I_{q}^{n}

其中，ω为电网角频率；P_c2、P_s2、Q_c2、Q_s2均是由系统电压不平衡引起的有功和无功二倍频波动。P₁和Q₁是光伏输出的有功功率和无功功率。为消除有功功率的二倍频波动，即令P_c2＝0、P_s2＝0。同时根据计算得到的P和Q，令P₁＝P、Q₁＝Q,然后据下面公式计算内环正序d轴参考值正序q轴参考值负序d轴参考值负序q轴参考值

[\begin{matrix} I_{d r e f}^{p} \\ I_{q r e f}^{p} \\ I_{d r e f}^{n} \\ I_{q r e f}^{n} \end{matrix}] = \frac{P}{D_{1}} [\begin{matrix} V_{d}^{p} \\ V_{q}^{p} \\ - V_{d}^{n} \\ - V_{q}^{n} \end{matrix}] + \frac{Q}{D_{2}} [\begin{matrix} V_{q}^{p} \\ - V_{d}^{p} \\ V_{q}^{n} \\ - V_{d}^{n} \end{matrix}]

步骤(4)：根据步骤(3)计算得到的和再与并网点电流和相减，其偏差通过正负序内环PI控制器后生成SVPWM调制信号控制光伏并网逆变器，从而实现光伏在不对称故障下的低电压穿越。

当电网电压在无功电流注入的情况下得到支撑或者故障切除导致电压升高时，应满足滞环控制环节如附图3所示。

当V_pcc从高降低时，只要低于V_ref，控制改为全部提供无功方式，但当V_pcc从低升高时，需升高V_ref+ΔV到以后，控制才改为优先提供有功方式。调节ΔV大小可以有效防止因为控制方式的改变引起的电压跳变问题。

本发明在满足光伏低压穿越要求的前提下，根据并网点电压跌落情况，在接入点电压跌落不严重时优先提供有功，电压跌落严重时全部提供无功支持。电网不对称故障时，消除光伏输出的有功二倍频波动，保证系统有功平衡，进一步，提出了滞环控制环节，消除光伏低电压穿越控制方法可能出现的电压跳变问题。该光伏低电压穿越方法根据并网点电压跌落情况合理分配光伏输出的有功功率和无功功率能对并网点电压有较明显提升作用。

Claims

1.一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法，其特征在于：在电网发生故障后引起光伏接入点电压下降，执行以下步骤：

步骤(1)：对光伏采用T/4延时法将并网点电压和电流坐标变换到静止αβ坐标系下的正、负序电压和正、负序电流再变换到同步旋转dq坐标下，最后得到正序d轴电压正序q轴电压负序d轴电压负序q轴电压和正序d轴电流正序q轴电流负序d轴电流负序q轴电流

步骤(2)：判断跌落程度，根据跌落程度判断是否输出有功功率P；

令V_pcc为光伏并网点电压的正序电压标幺值；V_ref为切除光伏并网逆变器有功功率输入的电压阀值，若V_pcc≥V_ref，则设定输出有功功率P为P₀，并根据有功功率P₀及光伏逆变器电流约束条件计算出能输出的最大无功功率Q_max，并设为Q；否则光伏并网逆变器全部输出无功；其中P₀为故障前光伏输出功率

步骤(3)：由于光伏输出功率和电流满足关系：

P(t)＝P₁+P_c2cos(2ωt)+P_s2sin(2ωt)

Q(t)＝Q₁+Q_c2cos(2ωt)+Q_s2sin(2ωt)

其中

P_{1} = V_{d}^{p} I_{d}^{p} + V_{q}^{p} I_{q}^{p} + V_{d}^{n} I_{d}^{n} + V_{q}^{n} I_{q}^{n}

P_{c 2} = V_{d}^{p} I_{d}^{n} + V_{q}^{p} I_{q}^{n} + V_{d}^{n} I_{d}^{p} + U_{q}^{n} I_{q}^{p}

P_{s 2} = V_{q}^{n} I_{d}^{p} - V_{d}^{n} I_{q}^{p} - V_{q}^{p} I_{d}^{n} + V_{d}^{p} I_{q}^{n}

Q_{1} = V_{q}^{p} I_{d}^{p} - V_{d}^{p} I_{q}^{p} + V_{q}^{n} I_{d}^{n} - V_{d}^{n} I_{q}^{n}

其中，ω为电网角频率；P_c2、P_s2、Q_c2、Q_s2均是由系统电压不平衡引起的有功和无功二倍频波动；P₁和Q₁是光伏输出的有功功率和无功功率；为消除有功功率的二倍频波动，即令P_c2＝0、P_s2＝0；同时根据步骤

(2)中计算得到的P和Q，令P₁＝P、Q₁＝Q,然后据下面公式计算内环正序d轴参考值正序q轴参考值负序d轴参考值负序q轴参考值

[\begin{matrix} I_{d r e f}^{p} \\ I_{q r e f}^{p} \\ I_{d r e f}^{n} \\ I_{q r e f}^{n} \end{matrix}] = \frac{P}{D_{1}} [\begin{matrix} V_{d}^{p} \\ V_{q}^{p} \\ - V_{d}^{n} \\ - V_{q}^{n} \end{matrix}] + \frac{Q}{D_{2}} [\begin{matrix} V_{q}^{p} \\ - V_{d}^{p} \\ V_{q}^{n} \\ - V_{d}^{n} \end{matrix}]

2.根据权利要求1所述的一种含无功电流注入的光伏低电压穿越方法，其特征在于：

切除光伏并网逆变器有功功率输入的电压阀值V_ref应满足

I_{m a x}^{2} V_{r e f}^{6} {(n^{2} - 1)}^{2} (n^{2} + 1) + 4 {(P_{0} V_{d}^{n} V_{q}^{n})}^{2} - P_{0} V_{r e f}^{4} {(n^{2} - 1)}^{2} &GreaterEqual; 0

其中n为不对称度，定义为

n = \sqrt{\frac{{(V_{d}^{n})}^{2} + {(V_{q}^{n})}^{2}}{{(V_{d}^{p})}^{2} + {(V_{q}^{p})}^{2}}} .