CN106230030B - 基于pq解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略 - Google Patents

基于pq解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略 Download PDF

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Abstract

一种基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，其特点是，包括:测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压，求取高压端直流电压平均值，测量光伏并网电流、并网电压经派克变换得到并网电流、电压的d、q轴分量；以追踪直流电压平均值为目标，求得并网电流d轴分量参考值，以追踪无功功率为目标，求得并网电流q轴分量参考值，计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vd1，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vq1；按照各光伏阵列输出功率的不同对vd1、vq1进行分配，进而求得级联多电平DC/AC变换器中各子模块的调制量；采用直流电压补偿对各子模块的调制量进行修正，在满足各光伏阵列输出功率不等的条件下，解决各光伏阵列直流端电压平衡问题。

Description

基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略
技术领域
本发明涉及光伏联网发电运行控制领域，是一种基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略。
背景技术
太阳能资源丰富、可持久续用，是目前具有大规模商业化开发潜能的可再生能源之一，许多国家已经做出大规模开发太阳能发电的决策和规划。截至2015年底，中国光伏发电累计装机容量达到43.18GW，约占全球装机容量的1/5，超过德国成为全球光伏装机容量最大的国家。随着太阳能资源持续的开发利用，对于开展友好型、安全型、灵活型光伏并网系统的研究具有重要的意义。
常见大规模光伏并网系统可分为集中式、组串式、集散式三种结构。集中式光伏并网结构是多光伏阵列单元经串并联汇集后经较大容量DC/AC逆变器并网，当各阵列单元所处位置光照资源不同时，集中式结构难以保证各光伏阵列单元均运行于MPPT状态，影响发电效率，其优点是结构简单。组串式光伏并网结构是将集中安装的光伏阵列分割成多个组串，每个组串经小功率DC/AC逆变器并网，其优点是有利于提高光伏电站的发电量，但光伏逆变器数量显著增加，导致光伏电站的投资成本增强。集散式光伏并网结构特点是将多台光伏阵列DC/DC变换器通过直流母线并联后，再经一台大功率DC/AC逆变器并网，即实现MPPT控制，与集中式结构相比，可提高光伏阵列单元发电效率；与组串式结构相比，大功率DC/AC逆变器工作效率高、成本低。近年来，基于级联多电平变换器的多端输入集散式光伏并网系统结构得到广泛关注，该类结构直流侧各输入端口可经DC/DC变换器对各光伏阵列单元实现MPPT控制，提高太阳能利用率；逆变侧采用级联多电平DC/AC结构，具有输出电能质量高、模块化程度高、可冗余控制等优点；但该结构存在各光伏阵列光照强度不一致而引起的功率不平衡问题，相内直流电压平衡控制是该类结构运行控制亟需解决的问题。
为此，研究一种基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略。针对单相多端输入光伏并网系统，将并网电压和并网电流进行dq变换，求取级联多电平DC/AC变换器的dq轴输出电压vd1、vq1，根据各光伏阵列输出功率的不同，对vd1进行按比例分配，对vq1进行均等分配，进而求得级联多电平DC/AC变换器中各子模块的调制量，从而在满足各光伏阵列输出功率不等的约束条件下，解决各光伏阵列直流端电压平衡控制问题，同时具有向系统注入无功的能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，在满足各光伏阵列输出功率不等的约束条件下，解决各光伏阵列直流端电压平衡控制问题。
解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，其特征是，它包括以下步骤：
(1)测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan，求取高压端直流电压平均值Udcavg；测量光伏并网电流isa、并网电压Usa，延时90度后得到电流isa-β、电压Usa-β，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Usd、q轴分量的无功电压Usq；
(2)以追踪高压端直流电压平均值为目标，给定一个高压端直流电压平均值的参考值Udcref，将高压端直流电压平均值与参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为idref＝Kp1(Udcref-Udcavg)+Ki1∫(Udcref-Udcavg)dt,iqref＝Kp3(Qref-Q)+Ki3∫(Qref-Q)dt；
(3)将步骤(1)中得到d轴分量的有功电流id、d轴分量的无功电流iq分别与步骤(2)中的d轴有功电流参考指令idref、d轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vd，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vq，PI控制器的时域表达式为
vd＝Kp2(idref-id)+Ki2∫(idref-id)dt+Usd-ωLiq，
vq＝Kp4(iqref-iq)+Ki4∫(iqref-iq)dt+Usq+ωLid；
(4)在步骤(3)的基础上按照各光伏阵列输出功率的不同对d轴输出电压vd1、q轴输出电压vq1进行分配，进而求得级联多电平DC/AC变换器中各子模块的调制量m1、m2、……、mn；
(5)将步骤(1)中测量的各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan与高压端直流电压平均值Udcavg的误差信号经过比例控制器后对m1、m2、……、mn按照偏移量进行补偿，得到新的调制量m11、m21、……、mn1，保证各光伏阵列输出功率不同时，各DAB高压端直流电压平衡。
本发明的基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，能够通过直流电压补偿实现每相中的直流电压平衡控制，根据各光伏阵列输出功率的不同将级联多电平DC/AC变换器的d轴输出电压vd1、q轴输出电压vq1进行分配，从而在满足各光伏阵列输出功率不等的约束条件下，解决各光伏阵列直流端电压平衡控制问题。具有科学合理，实用性强，效果佳等优点。
附图说明
图1是本发明研究的一种的多端输入光伏系统结构示意图；
图2是基于PQ解耦的功率控制策略示意图；
图3是调制电压合成与分配示意图；
图4是高压直流电压波形示意图；
图5是级联多电平DC/AC变换器中各子模块输出有功功率波形示意图；
图6是级联多电平DC/AC变换器中各子模块输出无功功率波形示意图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略进行详细说明。
参照图1-图3，本发明的基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，包括以下步骤：
(1)测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan，求取高压端直流电压平均值Udcavg；测量光伏并网电流isa、并网电压Usa，延时90度后得到电流isa-β、电压Usa-β，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Usd、q轴分量的无功电压Usq；
(2)以追踪高压端直流电压平均值为目标，给定一个高压端直流电压平均值的参考值Udcref，将高压端直流电压平均值与参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为
idref＝Kp1(Udcref-Udcavg)+Ki1∫(Udcref-Udcavg)dt,iqref＝Kp3(Qref-Q)+Ki3∫(Qref-Q)dt；
(3)将步骤(1)中得到d轴分量的有功电流id、d轴分量的无功电流iq分别与步骤(2)中的d轴有功电流参考指令idref、d轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vd，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vq，PI控制器的时域表达式为
vd＝Kp2(idref-id)+Ki2∫(idref-id)dt+Usd-ωLiq，
vq＝Kp4(iqref-iq)+Ki4∫(iqref-iq)dt+Usq+ωLid；
(4)在步骤(3)的基础上按照各光伏阵列输出功率的不同对d轴输出电压vd1、q轴输出电压vq1进行分配，进而求得级联多电平DC/AC变换器中各子模块的调制量m1、m2、……、mn；
(5)将步骤(1)中测量的各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan与高压端直流电压平均值Udcavg的误差信号经过比例控制器后对m1、m2、……、mn按照偏移量进行补偿，得到新的调制量m11、m21、……、mn1，保证各光伏阵列输出功率不同时，各DAB高压端直流电压平衡。
参照图4-图6，对于本发明提出的多端输入光伏并网结构来说，由于交流侧为多个DC/AC变换器串联形式，各级联模块在交流侧串联电流相等。当各光伏阵列的输出功率不同时，会引起各DAB高压端直流电压不平衡。采用PQ解耦的功率控制策略后，在满足各光伏阵列输出功率不等的约束条件下，解决各光伏阵列直流端电压平衡控制问题。
本实施例验证了基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略的有效性与可行性。
本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于PQ解耦的多端输入光伏并网系统功率控制策略，其中光伏并网系统包括：多个光伏阵列单元，每个光伏阵列单元输出连接一个DAB变换器，DAB变换器输出为高压直流端电压，每个DAB变换器输出端连接一个DC/AC变换器，各个DC/AC变换器的输出端依次串联后输出并网；
其特征是，它包括以下步骤：
(1)测量多端输入光伏并网系统中各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan，求取高压端直流电压平均值Udcavg；测量光伏并网电流isa、并网电压Usa，延时90度后得到电流isa-β、电压Usa-β，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Usd、q轴分量的无功电压Usq；
(2)以追踪高压端直流电压平均值为目标，给定一个高压端直流电压平均值的参考值Udcref，将高压端直流电压平均值与参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为idref＝Kp1(Udcref-Udcavg)+Ki1∫(Udcref-Udcavg)dt,iqref＝Kp3(Qref-Q)+Ki3∫(Qref-Q)dt；
(3)将步骤(1)中得到d轴分量的有功电流id、d轴分量的无功电流iq分别与步骤(2)中的d轴有功电流参考指令idref、d轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vd，q轴级联多电平DC/AC变换器输出电压vq，PI控制器的时域表达式为
vd＝Kp2(idref-id)+Ki2∫(idref-id)dt+Usd-ωLiq，
vq＝Kp4(iqref-iq)+Ki4∫(iqref-iq)dt+Usq+ωLid；
(4)在步骤(3)的基础上按照各光伏阵列输出功率的不同对d轴输出电压vd1、q轴输出电压vq1进行分配，进而求得级联多电平DC/AC变换器中各子模块的调制量m1、m2、……、mn；
(5)将步骤(1)中测量的各高压直流端电压Udca1、Udca2、……、Udcan与高压端直流电压平均值Udcavg的误差信号经过比例控制器后对m1、m2、……、mn按照偏移量进行补偿，得到新的调制量m11、m21、……、mn1，保证各光伏阵列输出功率不同时，各DAB高压端直流电压平衡。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107332271B (zh) * 2017-06-16 2020-04-28 东北电力大学 一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制方法
CN108448637A (zh) * 2018-05-12 2018-08-24 国网宁夏电力有限公司 一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略
CN110854905B (zh) * 2019-10-31 2021-04-27 合肥工业大学 开绕组双逆变器光伏发电系统的功率均分控制方法
CN112510759B (zh) * 2020-12-07 2022-08-02 合肥工业大学 共直流母线级联型光伏逆变器的功率不平衡控制方法
CN112994090B (zh) * 2021-02-23 2022-06-21 浙江大学 适合模块间功率不平衡的光伏中压级联型变换器控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103178837A (zh) * 2013-03-21 2013-06-26 上海电力学院 一种基于查表补偿的单相锁相环延时消除方法
CN103972901A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 东北电力大学 改善光伏接入点电压调节性能的单级式光伏系统无功控制策略
CN104362923A (zh) * 2014-11-05 2015-02-18 东南大学 一种基于解耦svpwm的开绕组pmsm驱动系统容错控制方法
CN105846466A (zh) * 2016-05-15 2016-08-10 东北电力大学 基于dab变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104092239B (zh) * 2014-06-25 2017-02-15 国家电网公司 一种基于模块化多电平换流器的光伏并网控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103178837A (zh) * 2013-03-21 2013-06-26 上海电力学院 一种基于查表补偿的单相锁相环延时消除方法
CN103972901A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 东北电力大学 改善光伏接入点电压调节性能的单级式光伏系统无功控制策略
CN104362923A (zh) * 2014-11-05 2015-02-18 东南大学 一种基于解耦svpwm的开绕组pmsm驱动系统容错控制方法
CN105846466A (zh) * 2016-05-15 2016-08-10 东北电力大学 基于dab变换器的多端输入光伏并网系统功率平衡控制策略

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