CN107134807A - 光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质，该方法包括当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据所述输出电流和所述输出电压计算光伏发电系统的输出功率；根据所述输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行；基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。该方法通过改进传统的光伏发电系统的功率输出控制策略，使光伏发电系统主动参与电网侧系统辅助调节，承担传统发电机维护系统稳定性的功能。

Description

光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
传统的光伏发电系统一般采用最大功率点跟踪控制方法，这种方法能最大限度将太阳能转换为电能，从而最大化光伏发电系统的经济效益。由于太阳辐照度的波动，基于这种控制方法的光伏发电系统的输出功率将随之波动，从而被动地影响了电网侧的潮流流动。
这种控制方法在光伏发电渗透率不高的电力系统里对电力系统的安全运行产生的负面影响较小。但是，在光伏发电渗透率较高的情况下，光伏发电系统输出功率的剧烈变化将危及电网的稳定性。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够提高电网稳定性的光伏发电系统的控制方法和装置、计算机设备和存储介质。
一种光伏发电系统的控制方法，包括：
当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据所述输出电流和所述输出电压计算光伏发电系统的输出功率；
根据所述输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行；
基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
一种光伏发电系统的控制装置，包括：输出功率计算模块、备用获取模块和控制模块；
所述输出功率计算模块，用于当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据所述输出电流和所述输出电压计算光伏发电系统的输出功率；
所述备用获取模块，用于根据所述输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行；
所述控制模块，用于基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的光伏发电系统的控制方法的步骤。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的光伏发电系统的控制的步骤。
上述的光伏发电系统与电网侧功率交换的控制方法，与传统的最大功率点跟踪以获取最大经济效益为唯一目标的控制方法不同，光伏发电系统的输出功率可在最大功率点以下根据电网侧需求自由调节，从而为光伏发电系统预留了一定的备用容量参与电网侧辅助调节功能。通过改进传统的光伏发电系统的功率输出控制策略，使光伏发电系统主动参与电网侧系统辅助调节，承担传统发电机维护系统稳定性的功能。从而减小不可调度新能源发电系统给电力系统带来的冲击，有助于提高新能源发电系统在电力系统中的渗透率。
附图说明
图1为一个实施例的光伏发电系统的元件图；
图2为一个实施例的光伏模块的等效电路图；
图3为一个实施例的光伏发电系统的控制方法的流程图；
图4为一个实施例的光伏发电系统接口逆变器P-Q曲线的示意图；
图5为一个实施例的有功功率-频率下垂特性曲线的示意图；
图6为一个实施例的无功功率-电压下垂特性曲线的示意图；
图7为另一个实施例的光伏发电系统的控制方法的流程图；
图8为一个实施例的最大功率点跟踪控制方法的示意图；
图9为一个实施例的光伏发电系统的控制装置的结构框图。
具体实施方式
图1所示为光伏发电系统元件图。如图1所示，光伏发电系统包括由多个光伏模块组成的光伏阵列101、直流升压变换器102和逆变器103。直流升压变换器102的输入端与光伏阵列101连接，其输出端与逆变器103的输入端连接，逆变器103的输出端并入电网。一个实施例的光伏模块的等效电路图如图2所示。光伏阵列101端口与直流升压变换器102连接，光伏发电系统的控制功能主要通过控制直流升压变换器实现，而连接直流母线与电网侧的逆变器的功能则是为了稳定直流母线电压，并在与电网侧同频同压的情况下与电网侧进行功率交换。
在一个实施例中，如图3所示，一种光伏发电系统的控制方法包括以下步骤：
S302：当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据输出电流和输出电压计算光伏发电系统的输出功率。
具体地，光伏阵列的输出电流Im为：
其中，Vm为光伏阵列端口电压，Rs为光伏阵列等效电路串联电阻，Is为光电流，光电流与光照照度成正比，In为光伏阵列等效电路旁路电阻Rp电流，Id为二极管电流，Ir为反响饱和电流，q为基本电荷(1.6×10-19C)，η为p-n结品质因子，k为波兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T为环境开氏温度。
光伏发电系统的输出功率PPV为：
PPV＝Vm×Im
其中，Vm为光伏阵列端口电压，Im为光伏阵列的输出电流。
S304：根据输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行。
具体地，可采用最大功率点跟踪方法获取最大功率点。常用的最大功率点跟踪方法有扰动观察法和增量导纳法。扰动观测法相对于功率反馈，主动调整光伏阵列输出电压，然后计算输出功率，和上次采样计算得到的输出功率比较，如果增加了，就继续增加扰动，如果减小了，就反方向增加扰动。增量导纳法利用光伏发电系统的功率-电压特性曲线在最大功率点处的斜率为零，即
实践中利用一个比例积分(PI)控制器来控制与的误差获取最大功率点。
一个实施例的光伏发电系统的控制方法在最大功率点跟踪法的基础上，首先利用导纳增量法来获取光伏发电系统的最大功率点，并根据与的误差在一定的整定范围内时认定为最大功率点，并保存此时的功率输出值至寄存器，为后续次优最大功率跟踪控制使用。
具体地，采用有功功率调节控制方法为光伏发电系统预留备用有功功率Pres，即：
Pres＝PMPP-PPV
其中，PMPP为存储的最大功率点，PPV为输出功率。
S306：基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
该方法建立在传统的最大功率点跟踪控制方法基础上，利用扰动观察法或者增量导纳法获取光伏发电系统的最大功率点。在太阳光辐照度不变的情况下，通过有功功率调节方式使光伏发电系统减载运行，在光伏发电系统里人为的预留出了一部分有功功率，这部分有功功率可在电网侧需要的情况下输送到电网侧；另一方面，在电网侧有功功率过剩的情况下，减载运行也能防止这种情况发生。
上述的光伏发电系统与电网侧功率交换的控制方法，与传统的最大功率点跟踪以获取最大经济效益为唯一目标的控制方法不同，光伏发电系统的输出功率可在最大功率点以下根据电网侧需求自由调节，从而为光伏发电系统预留了一定的备用容量参与电网侧辅助调节功能。通过改进传统的光伏发电系统的功率输出控制策略，使光伏发电系统主动参与电网侧系统辅助调节，承担传统发电机维护系统稳定性的功能，进一步地减小不可调度新能源发电系统给电力系统带来的冲击，有助于提高新能源发电系统在电力系统中的渗透率。
一个实施例的光伏发电系统与电网侧功率交换的控制方法，光伏发电系统主动参与电网侧频率和电压调节。
步骤S306包括：基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节；和/或基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以使因减载运行而腾出的接口逆变器预留的备用容量参与电网侧电压调节。
具体地，预留的有功功率可以用来参与电网侧频率调节，所用的调节方法采用与传统发电机相似的有功功率-频率下垂特性来分配各光伏发电系统的有功功率输出PPV。
PPV＝P0+kp(f-f0)
其中，P0为光伏发电系统额定输出有功功率，kp为有功功率-频率下垂特性常数，f为电网侧频率，f0为电网侧额定频率。
光伏发电系统接口逆变器因减载运行而腾出的容量空间则可以用来与电网侧进行无功功率交换实现辅助电压调节，这部分备用容量为：
其中，S为逆变器额定容量。逆变器的无功容量空间可由图4所示逆变器P-Q曲线表示。
光伏发电系统接口逆变器预留的备用容量可以用来与电网侧进行无功功率交换，从而参与电网侧电压调节。所用的调节方法采用与传统发电机相似的无功功率-电压下垂特性来分配各光伏发电系统的无功功率输出QPV。具体为：
QPV＝Q0+kq(v-v0)
其中，Q0为光伏发电系统额定输出无功功率，kq为无功功率-电压下垂特性常数，v为电网侧电压，v0为电网侧额定电压。
光伏发电系统参与电网侧辅助调节，如图5所示，频率调节采用有功功率-频率下垂特性实现，如图6所示，电压调节则采用无功功率-电压下垂特性调节。减载运行使得光伏发电系统预留了一部分有功功率参与系统频率调节，同时光伏发电系统接口逆变器也留下了一部分容量空间与电网侧进行无功功率交换，从而使得光伏发电系统也能参与电网侧的电压调节。可见，本发明使得光伏发电系统的功率输出不再是被动地仅由太阳光辐照度决定，本发明的光伏发电系统的控制方法赋予了光伏发电系统一定的自由度，能够减小不可调度新能源发电系统给电力系统带来的冲击，有助于提高新能源发电系统在电力系统中的渗透率。
一个具体的实施例的光伏发电系统与电网侧功率交换的控制方法的流程图如图7所示，包括以下步骤：
S702：检测太阳辐射照度的变化值是否超过阈值。若是，则执行步骤S704，若否，则执行步骤S706。
S704：获取并存储光伏发电系统的最大功率点。
具体地，如图8所示，利用导纳增量法重新获取光伏发电系统的最大功率点并存储至寄存器。增量导纳法利用光伏发电系统的功率-电压特性曲线在最大功率点处的斜率为零，即
实践中利用一个比例积分(PI)控制器来控制与的误差获取最大功率点。
本实施例的光伏发电系统的控制方法在最大功率点跟踪法的基础上，首先利用导纳增量法来获取光伏发电系统的最大功率点，并根据与的误差在一定的整定范围内时认定为最大功率点，并保存此时的功率输出值至寄存器，为后续次优最大功率跟踪控制使用。
S706：测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据输出电流和输出电压计算光伏发电系统的输出功率。
S708：根据输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行。
S710：基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节，基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以使因减载运行而腾出的接口逆变器预留的备用容量参与电网侧电压调节。步骤S710之后，执行步骤S712和S713。
具体地，在电网侧有多套光伏发电系统或有其他电源并列运行的情况下，为了节省电源间通讯设备费用同时避免电源间通信导致的延时影响负荷分配，类似传统发电机的有功功率-频率下垂特性、无功功率-电压下垂特性可用于各电源间负荷分配。这种方法无需电源间增设通信设备就可以实现电源间按照各自额定容量按比例分配负荷。具体如下：
假如系统里有n个电源，各电源的有功功率-频率下垂特性可用如下公式表述：
PPV1＝P01+kp1(f-f0)
PPV2＝P02+kp2(f-f0)
…
PPVn＝P0n+kpn(f-f0)
若各电源有功功率-频率下垂特性常数设定满足：
则各光伏发电系统间有功功率分配将按光伏系统额定输出功率分配，即：
PPV1:PPV2:…:PPVn＝P01:P02:…:P0n
按类似原理，假如各光伏发电系统的无功功率-电压下垂特性的按如下公式设定：
各光伏发电系统间无功功率负荷分配为：
QPV1:QPV2:…:QPVn＝Q01:Q02:…:Q0n
S712：比较输出功率和存储的最大功率点。当输出功率小于存储的最大功率点时，返回步骤S710。当输出功率大于或等于存储的最大功率点，执行步骤S714：控制光伏发电系统以最大功率点跟踪模式运行。
S713：比较电网侧无功功率与逆变器提供的无功功率的大小。当电网侧无功功率小于逆变器提供的无功功率时，返回步骤S710，当电网侧无功功率大于或等于逆变器提供的无功功率时，执行步骤S715。
步骤S715：控制逆变器无功功率输出参考值取其最大值。
由于有功功率受太阳光辐照度影响，当电网侧所需有功功率超过光伏发电系统最大功率点时，光伏发电系统以最大功率点跟踪模式运行。光伏发电系统的无功功率输出则受制于接口逆变器的容量，当电网侧所需无功功率超过逆变器所能提供的无功功率时，逆变器无功功率输出参考值取其最大值。
在一个实施例中，如图9所示，提供一种光伏发电系统的控制装置，包括：输出功率计算模块901、备用获取模块902和控制模块903。
输出功率计算模块901，用于当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据输出电流和输出电压计算光伏发电系统的输出功率。
备用获取模块902，用于根据输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行。
控制模块903，用于基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
在另一个实施例中，控制模块903，用于基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节；和/或基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以使因减载运行而腾出的逆变器预留的备用容量参与电网侧电压调节。
控制模块903，还用于当电网侧所需功率大于或等于存储的最大功率点时，控制光伏发电系统以最大功率点跟踪模式运行，还用于当电网侧所需无功功率大于或等于逆变器提供的无功功率时，令逆变器无功功率输出参考值取其最大值。
上述的光伏发电系统与电网侧功率交换的控制装置，与传统的最大功率点跟踪以获取最大经济效益为唯一目标的控制方法不同，光伏发电系统的输出功率可在最大功率点以下根据电网侧需求自由调节，从而为光伏发电系统预留了一定的备用容量参与电网侧辅助调节功能。通过改进传统的光伏发电系统的功率输出控制策略，使光伏发电系统主动参与电网侧系统辅助调节，承担传统发电机维护系统稳定性的功能，进一步地减小不可调度新能源发电系统给电力系统带来的冲击，有助于提高新能源发电系统在电力系统中的渗透率。
在再一个实施例中，光伏发电系统的控制装置还包括最大功率点获取模块，用于当检测到太阳辐射照度的变化值超过阈值时，获取并存储光伏发电系统的最大功率点。
一个实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述的光伏发电系统的控制方法的步骤。
一个实施例中，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的光伏发电系统的控制的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏发电系统的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据所述输出电流和所述输出电压计算光伏发电系统的输出功率；
根据所述输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行；
基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节的步骤，包括：
基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节；
和/或
基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以使因减载运行而腾出的逆变器预留的备用容量参与电网侧电压调节。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，测量光伏阵列的输出电流和输出电压的步骤之前，还包括：
当检测到太阳辐射照度的变化值超过阈值时，获取并存储光伏发电系统的最大功率点。
4.根据权利要求2所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节的步骤之后，还包括：
当电网侧所需功率大于或等于存储的最大功率点时，控制光伏发电系统以最大功率点跟踪模式运行。
5.根据权利要求2所述的光伏发电系统的控制方法，其特征在于，基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以通过所述备用容量参与电网侧电压调节的步骤之后，还包括：
当电网侧所需无功功率大于或等于所述逆变器提供的无功功率时，控制逆变器无功功率输出参考值取其最大值。
6.一种光伏发电系统的控制装置，其特征在于，包括：输出功率计算模块、备用获取模块和控制模块；
所述输出功率计算模块，用于当检测到太阳辐射照度的变化值未超过阈值时，测量光伏阵列的输出电流和输出电压，并根据所述输出电流和所述输出电压计算光伏发电系统的输出功率；
所述备用获取模块，用于根据所述输出功率和存储的最大功率点为光伏发电系统预留备用有功功率以实现减载运行；
所述控制模块，用于基于预留的有功功率使光伏发电系统参与电网侧辅助调节。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统的控制装置，其特征在于，所述控制模块，用于基于有功功率-频率下垂特性，调节光伏发电系统的有功功率输出以参与电网侧频率调节；和/或基于无功功率-电压下垂特性分配光伏发电系统的无功功率输出，以使因减载运行而腾出的逆变器预留的备用容量参与电网侧电压调节。
8.根据权利要求6所述的光伏发电系统的控制装置，其特征在于，还包括最大功率点获取模块，用于当检测到太阳辐射照度的变化值超过阈值时，获取并存储光伏发电系统的最大功率点。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述的光伏发电系统的控制方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现权利要求1至5任一项所述的光伏发电系统的控制的步骤。
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