CN106208139B - 一种太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法，涉及可再生能源发电技术领域，由括M组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的并联支路、N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的并联支路、电流谐波检测模块和谐波分配控制模块组成，多个并联支路在并网逆变的同时，为本地负荷提供谐波电流，抑制电网谐波电流，提高电网电能质量，节约系统成本。

Description

一种太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法
技术领域
本发明涉及可再生能源发电技术领域，特别是涉及太阳能光伏发电系统技术领域。
背景技术
由于近年来光伏电站安装容量逐年增长，较好地解决了当地有功负荷的供电问题，然而电网负荷复杂，时常伴有各类非线性负荷，使电网产生较严重的谐波电流，影响电网电能质量。低阶的谐波电流难以采用无源滤波器进行有效抑制，因此大量有源滤波器投入使用，增大了系统成本；而三相光伏逆变器具有与有源电力滤波器相同的电路拓扑结构，目前已有学者将其用于并网发电和电网谐波电流抑制功能。然而此类光伏逆变器需要检测电网谐波，并同时对多次谐波进行抑制，其控制算法更为复杂，单台逆变器成本更高。
发明内容
基于现有技术上存在的不足，本发明目的是针对大容量的多台逆变器支路并网的太阳能光伏发电系统，提出一种太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制系统。
本发明包括M组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、电流谐波检测模块（201）和谐波分配控制模块（202）；
各组三相光伏逆变器及其光伏阵列中的三相光伏逆变器（102）与太阳能光伏阵列（101）一一对应连接；
所述N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路包括输出2次谐波的三相光伏逆变器（104）、输出3次谐波的三相光伏逆变器（106）、……、输出k次谐波的三相光伏逆变器（108）和输出N+1次谐波的三相光伏逆变器（110），以上各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器与太阳能光伏阵列一一对应连接；
以上M为≥1的整数，N为≥1的整数，2≤k≤N+1，且k为整数；
各组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路分别并联在三相电网上，同时在本地非线性负荷与电网之间接入电流谐波检测模块（201）；所述电流谐波检测模块（201）的信号输出端与谐波分配控制模块（202）的信号输入端连接，N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中的各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器的信号输入端分别与谐波分配控制模块连接；
所述各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器均根据谐波分配控制模块（202）输入的给定信号，输出相应幅值的谐波电流；若谐波分配控制模块（202）对其中第k次谐波的给定信号为零，则该次谐波的三相光伏逆变器工作模式切换于仅输出有功电流模式；
所述N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中，各太阳能光伏阵列的功率容量根据太阳能光伏发电系统所在接入点的统计分析的非线性负荷电流的各次谐波大小进行容量配比；
所述谐波分配控制模块（202）根据电流谐波检测模块（201）所测得各次电流谐波幅值，判断该幅值是否大于负载电流的0.5%；若大于0.5%，则输出相应次谐波电流给定值至输出该次谐波的三相光伏逆变器中，使其补偿该次谐波；否则，则控制输出该次谐波的三相光伏逆变器输出有功基波电流。
可输出固定阶谐波的三相光伏逆变器根据谐波分配控制模块（202）输出的谐波电流信号，相应地输出该次电流谐波，并联后接入电网，并网总线电流即为各次谐波电流之和；
由此可知，整个系统仅需要单独的电流谐波检测模块（201）及谐波分配控制模块（202），各组可输出固定阶谐波电流的三相光伏逆变器仅需要对相应的某一次谐波进行补偿或输出有功电流，单台逆变器控制方式更简单，且单台逆变器无需电流谐波检测模块，成本更低。
另外，本发明所述各组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中的各组三相光伏逆变器分别为仅输出有功电流的三相光伏逆变器；由此可保证光伏系统整体对电网有功功率的支持，满足有功负荷功率需求。
优选地，所述电流谐波检测模块主要由锁相环、多个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块组成，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块一一对应连接，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块分别通过锁相环连接在电网的基波频率相位上，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块的采样端分别连接非线性负荷三相电流信号端。
电流谐波检测模块通过锁相环实时获取电网基波频率相位，利用广义d-q坐标变换原理，将采样测得的非线性负荷三相电流信号接入2次谐波频率d-q坐标变换模块、3次谐波频率d-q坐标变换模块，……N+1次谐波频率d-q坐标变换模块，获取相应谐波频率的d-q同步旋转坐标系下d轴电流i d_100Hz、i d_150Hz…i d_k×50Hz…i d_(N+1)×50Hz，输出至相应低通滤波器模块中，并输出N组可输出固定阶谐波的三相光伏逆变器给定谐波电流幅值i * d_100Hz、i * d_150Hz…i * d_k×50Hz…i * d_(N+1)×50Hz。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电流谐波检测模块的原理框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，首先根据太阳能光伏发电系统所在接入点的统计分析的非线性负荷电流的各次谐波大小，对N组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列中的太阳能光伏阵列103、太阳能光伏阵列105、太阳能光伏阵列107、……、太阳能光伏阵列109的功率容量进行容量配比；当M取值为30且N取值为20时，此30组支路由三相光伏逆变器及其光伏阵列组成，20组支路由可输出固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成。
同时在本地非线性负荷与三相电网之间接入电流谐波检测模块201，通过锁相环301实时获取电网基波频率相位，利用广义d-q坐标变换原理，将采样测得的非线性负荷三相电流信号i A 、i B 、i C 接入2次谐波频率d-q坐标变换模块302、3次谐波频率d-q坐标变换模块304、……，以此类推至21次谐波频率d-q坐标变换模块308，获取2至21次谐波频率的d-q同步旋转坐标系下d轴电流i d_100Hz、i d_150Hz…i d_1050Hz，输出至相应低通滤波器模块中，获得20组可输出固定阶谐波的三相光伏逆变器的给定谐波电流幅值i * d_100Hz、i * d_150Hz…i * d_1050Hz。
在30组三相光伏逆变器及其光伏阵列中，各组均由三相光伏逆变器102与太阳能光伏阵列（101）一一连接而成，且各组三相光伏逆变器仅输出有功电流。
在20组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列中，第一组由输出2次谐波的三相光伏逆变器104与太阳能光伏阵列103连接而成，第二组由输出3次谐波的三相光伏逆变器106与太阳能光伏阵列105连接而成，以此类推，第20组由输出21次谐波的三相光伏逆变器与太阳能光伏阵列连接而成；输出2次谐波的三相光伏逆变器104，输出3次谐波的三相光伏逆变器106，……可输出21次谐波的三相光伏逆变器，均根据谐波分配控制模块202输入的谐波电流幅值信号i * d_100Hz、i * d_150Hz…i * d_1050Hz，输出相应幅值的谐波电流。
各组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路和各组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路分别并联在三相电网上。电流谐波检测模块201的信号输出端与谐波分配控制模块202的信号输入端连接，2至21次谐波电流幅值信号发送至20组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器中的各组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器的信号输入端分别与谐波分配控制模块202连接。谐波分配控制模块202根据电流谐波检测模块201所测得各次电流谐波幅值，判断该幅值是否大于负载电流的0.5%，若大于则输出相应次谐波电流给定值至可输出该次谐波的三相光伏逆变器中，使其补偿该次谐波，否则控制可输出该次谐波的三相光伏逆变器输出有功基波电流。
如图2所示：电流谐波检测模块201主要由锁相环301、多个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块组成，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块一一对应连接，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块分别通过锁相环301连接在电网的基波频率相位上，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块的采样端分别连接非线性负荷三相电流信号i A 、i B 、i C 。
电流谐波检测模块201通过锁相环301实时获取电网基波频率相位，利用广义d-q坐标变换原理，将采样测得的非线性负荷三相电流信号i A 、i B 、i C 分别接入2次谐波频率d-q坐标变换模块302、3次谐波频率d-q坐标变换模块304、……、N+1次谐波频率d-q坐标变换模块308，获取相应谐波频率的d-q同步旋转坐标系下d轴电流i d_100Hz、i d_150Hz…i d_k×50Hz…i d_(N+1)×50Hz，再分别输出至相应低通滤波器模块303、305、307、……、309中，并输出N组输出固定阶谐波的三相光伏逆变器给定谐波电流幅值i * d_100Hz、i * d_150Hz…i * d_k×50Hz…i * d_(N+1)×50Hz。

Claims (3)

1.一种太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法，其特征在于：包括M组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、电流谐波检测模块和谐波分配控制模块；
各组三相光伏逆变器及其光伏阵列中的三相光伏逆变器与太阳能光伏阵列一一对应连接；
所述N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路包括输出2次谐波的三相光伏逆变器、输出3次谐波的三相光伏逆变器、……、输出k次谐波的三相光伏逆变器和输出N+1次谐波的三相光伏逆变器，以上各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器与太阳能光伏阵列一一对应连接；
以上M为≥1的整数，N为≥1的整数，2≤k≤N+1，且k为整数；
各组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路、各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路分别并联在三相电网上，同时在本地非线性负荷与电网之间接入电流谐波检测模块；所述电流谐波检测模块的信号输出端与谐波分配控制模块的信号输入端连接，N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中的各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器的信号输入端分别与谐波分配控制模块连接；
所述各组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器均根据谐波分配控制模块输入的给定信号，输出相应幅值的谐波电流；若谐波分配控制模块对其中第k次谐波的给定信号为零，则该次谐波的三相光伏逆变器工作模式切换于仅输出有功电流模式；
所述N组输出不同固定阶谐波的三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中，各太阳能光伏阵列的功率容量根据太阳能光伏发电系统所在接入点的统计分析的非线性负荷电流的各次谐波大小进行容量配比；
所述谐波分配控制模块根据电流谐波检测模块所测得各次电流谐波幅值，判断该幅值是否大于负载电流的0.5%；若大于0.5%，则输出相应次谐波电流给定值至输出该次谐波的三相光伏逆变器中，使其补偿该次谐波；否则，则控制输出该次谐波的三相光伏逆变器输出有功基波电流。
2.根据权利要求1所述太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法，其特征在于：所述各组三相光伏逆变器及其光伏阵列组成的支路中的各组三相光伏逆变器分别为仅输出有功电流的三相光伏逆变器。
3.根据权利要求1或2所述太阳能光伏发电系统主动谐波抑制的分布式控制方法，其特征在于：所述电流谐波检测模块主要由锁相环、多个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块组成，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块和低通滤波器模块一一对应连接，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块分别通过锁相环连接在电网的基波频率相位上，各个不同固定谐波频率d-q坐标变换模块的采样端分别连接非线性负荷三相电流信号端。
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