CN107332271A - 一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，其特点是，包括测量光伏逆变器的三相端电压，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电压，经过锁相环输出相位，再经过派克变换处理得到d、q轴分量，测量逆变器三相电流，经过派克变换处理得到d、q轴分量；以追踪直流电压为目标，求得有功电流d轴分量参考值；以追踪端电压为目标，求得有功电流q轴参考值，计算出光伏逆变器d轴输出电压U_d，q轴输出电压U_q，经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制量v_a、v_b、v_c，进而驱动光伏逆变器，提高弱交流系统条件下光伏发电的运行稳定性。

Description

一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，是一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略。

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2016年底，我国光伏发电累计 装机容量达到7742万千瓦，预计2020年光伏装机容量达1.5亿千瓦，每年新增容量2000万 千瓦左右，光伏发电呈现快速发展态势。

由于受资源禀赋约束，大规模光伏发电多位于电网结构薄弱的沙漠/半沙漠地带，经逆变 器并网。随着光伏并网发电容量的增加，电网阻抗不可忽略，导致所接入电网呈现弱交流电 网特性。并网点电压受光伏阵列输出功率扰动、电网扰动等多方面影响，易产生波动。波动 的并网点电压反过来影响光伏逆变器控制系统的动态，基于理想电网条件假设的光伏逆变器 控制系统设计被破坏，光伏逆变器的控制适应性面临挑战，其运行稳定性得到广泛关注。

为提高光伏发电接入弱交流系统运行稳定性，现有技术提出了一种基于光伏发电系统的 小信号模型优化设计光伏逆变器的控制方法，但是，由于弱交流系统条件下光伏逆变器的各 控制环路间交互影响，现有的控制方法并不适用。

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， 效果佳的基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，通过在控制系统引入虚拟端电压，可等 效地减小电网阻抗，提高弱交流系统条件下光伏发电的运行稳定性。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，其 特征是，它包括以下步骤：

1)测量光伏逆变器的三相端电压u_ta、u_tb、u_tc，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电 压U_tavir、U_tbvir、U_tcvir，再经过锁相环后，输出的相位为θ_pllvir，将三相虚拟端电压U_tavir、U_tbvir、 U_tcvir经过派克变换处理得到d轴分量的有功电压U_tdvir、q轴分量的无功电压U_tqvir，通过PLL 跟踪交流母线电压相位，保持虚拟端电压相量与d轴重合；测量逆变器三相电流i_a、i_b、i_c经 过派克变换处理得到d轴分量的有功电流i_d、q轴分量的无功电流i_q；

2)以追踪直流电压为目标，给定一个直流电压的参考值U_dcref，将直流电压U_dc与直流电 压参考值U_dcref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i_dref，PI控制器的时域表达式为

i_dref＝K_p(U_dc-U_dcref)+K_i∫(U_dc-U_dcref)dt；

3)以追踪端电压为目标，给定一个端电压幅值的参考值U_tref，将端电压U_t与端电压幅 值参考值U_tref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q轴 有功电流参考指令i_qref，PI控制器的时域表达式为

i_qref＝K_p(U_t-U_tref)+K_i∫(U_t-U_tref)dt；

4)将步骤1)中得到的有功电流i_d、无功电流i_q分别与步骤2)、步骤3)中的有功电流参考指令i_dref、无功参考电流指令i_qref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轴电压U_d1和q轴电压U_q1，PI控制器的时域表达式为

U_d1＝K_p(i_dref-i_d)+K_i∫(i_dref-i_d)dt，U_q1＝K_p(i_qref-i_q)+K_i∫(i_qref-i_q)dt；

5)将步骤4)中得到的d轴电压U_d1和q轴电压U_q1与步骤1)中得到的虚拟d轴有功电压U_tdvir、虚拟q轴无功电压U_tqvir、d轴有功电流i_d以及q轴无功电流i_q进行叠加，求得光伏 逆变器d轴输出电压U_d和q轴输出电压U_q，将其经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制 量v_a、v_b、v_c，进而驱动光伏逆变器。

本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，能够克服现有技术的不足，在 控制系统引入虚拟端电压，可等效地减小电网阻抗，从而提高弱交流系统条件下光伏发电的 运行稳定性。具有科学合理，实用性强，效果佳等优点。

附图说明

图1是本发明研究的光伏发电接入弱交流系统结构示意图；

图2是光伏发电原有控制策略示意图；

图3是基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略示意图；

图4是弱交流系统下光伏发电基于原有控制策略的系统不稳定示意图；

图5是弱交流系统下光伏发电基于虚拟端电压控制策略的系统稳定示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略进行详 细说明。

参照图1-图3，本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，包括以下步骤：

1)测量光伏逆变器的三相端电压u_ta、u_tb、u_tc，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电 压U_tavir、U_tbvir、U_tcvir，再经过锁相环后，输出的相位为θ_pllvir，将三相虚拟端电压U_tavir、U_tbvir、 U_tcvir经过派克变换处理得到d轴分量的有功电压U_tdvir、q轴分量的无功电压U_tqvir，通过PLL 跟踪交流母线电压相位，保持虚拟端电压相量与d轴重合；测量逆变器三相电流i_a、i_b、i_c经 过派克变换处理得到d轴分量的有功电流i_d、q轴分量的无功电流i_q；

2)以追踪直流电压为目标，给定一个直流电压的参考值U_dcref，将直流电压U_dc与直流电 压参考值U_dcref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i_dref，PI控制器的时域表达式为

i_dref＝K_p(U_dc-U_dcref)+K_i∫(U_dc-U_dcref)dt；

3)以追踪端电压为目标，给定一个端电压幅值的参考值U_tref，将端电压U_t与端电压幅 值参考值U_tref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q轴 有功电流参考指令i_qref，PI控制器的时域表达式为

i_qref＝K_p(U_t-U_tref)+K_i∫(U_t-U_tref)dt；

4)将步骤1)中得到的有功电流i_d、无功电流i_q分别与步骤2)、步骤3)中的有功电流参考指令i_dref、无功参考电流指令i_qref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轴电压U_d1和q轴电压U_q1，PI控制器的时域表达式为

U_d1＝K_p(i_dref-i_d)+K_i∫(i_dref-i_d)dt，U_q1＝K_p(i_qref-i_q)+K_i∫(i_qref-i_q)dt；

5)将步骤4)中得到的d轴电压U_d1和q轴电压U_q1与步骤1)中得到的虚拟d轴有功电压U_tdvir、虚拟q轴无功电压U_tqvir、d轴有功电流i_d以及q轴无功电流i_q进行叠加，求得光伏 逆变器d轴输出电压U_d和q轴输出电压U_q，将其经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制 量v_a、v_b、v_c，进而驱动光伏逆变器。

参照图4-图5，对于本发明的光伏发电接入弱交流系统结构来说，采用基于虚拟端电压 的光伏发电运行控制后，等效地减小电网阻抗，提高了系统的运行稳定性。

本实施例验证了一种基于虚拟端电压的光伏发电运行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)

1.一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，其特征是，它包括以下步骤：

1)测量光伏逆变器的三相端电压u_ta、u_tb、u_tc，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电压U_tavir、U_tbvir、U_tcvir，再经过锁相环后，输出的相位为θ_pllvir，将三相虚拟端电压U_tavir、U_tbvir、U_tcvir经过派克变换处理得到d轴分量的有功电压U_tdvir、q轴分量的无功电压U_tqvir，通过PLL跟踪交流母线电压相位，保持虚拟端电压相量与d轴重合；测量逆变器三相电流i_a、i_b、i_c经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流i_d、q轴分量的无功电流i_q；

2)以追踪直流电压为目标，给定一个直流电压的参考值U_dcref，将直流电压U_dc与直流电压参考值U_dcref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i_dref，PI控制器的时域表达式为

i_dref＝K_p(U_dc-U_dcref)+K_i∫(U_dc-U_dcref)dt；

3)以追踪端电压为目标，给定一个端电压幅值的参考值U_tref，将端电压U_t与端电压幅值参考值U_tref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q轴有功电流参考指令i_qref，PI控制器的时域表达式为

i_qref＝K_p(U_t-U_tref)+K_i∫(U_t-U_tref)dt；

4)将步骤1)中得到的有功电流i_d、无功电流i_q分别与步骤2)、步骤3)中的有功电流参考指令i_dref、无功参考电流指令i_qref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轴电压U_d1和q轴电压U_q1，PI控制器的时域表达式为

U_d1＝K_p(i_dref-i_d)+K_i∫(i_dref-i_d)dt，U_q1＝K_p(i_qref-i_q)+K_i∫(i_qref-i_q)dt；

5)将步骤4)中得到的d轴电压U_d1和q轴电压U_q1与步骤1)中得到的虚拟d轴有功电压U_tdvir、虚拟q轴无功电压U_tqvir、d轴有功电流i_d以及q轴无功电流i_q进行叠加，求得光伏逆变器d轴输出电压U_d和q轴输出电压U_q，将其经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制量v_a、v_b、v_c，进而驱动光伏逆变器。