CN108418226B - 开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法 - Google Patents

开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法。开绕组双逆变器光伏发电系统中的两组光伏阵列可通过独立的MPPT控制以提高太阳能的利用率。但若受到遮挡或组件损坏等因素的影响,两组光伏阵列的最大输出功率可能会存在较大的差异,进而引发过调制问题,导致并网电流性能变差,甚至会导致系统不稳定。本发明针对开绕组双逆变器光伏发电系统在两组光伏阵列在输出功率相差较大运行工况下出现的过调制问题,提出了一种简单且易于实现的无功补偿控制方法,通过所提出的无功补偿控制方法可以有效避免过调制问题的发生,拓宽了开绕组双逆变器光伏发电系统中两组光伏阵列的最大功率点运行范围,提高了光伏系统的发电效率。

Description

开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法
技术领域
本发明属于电气工程领域的光伏发电技术,涉及开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法,特别是基于电压空间矢量180°解耦的开绕组双逆变器光伏发电系统无功补偿方法。
背景技术
太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式,随着技术的不断发展,光伏发电逐渐成为最有发展前景的发电技术之一。光伏逆变器作为光伏发电系统能量转换与控制的核心,近些年来已经成为研究的热点。在高压大功率光伏并网发电领域,开绕组双逆变器拓扑结构可在开关器件数目相等的情况下提供更多的电平数,产生更少的输出电压、电流谐波,因此得到了众多学者广泛的关注。开绕组双逆变器拓扑结构中的两台逆变器的直流侧分别由两组独立的光伏阵列供电,交流侧经原边开绕组三相变压器连接而成,变压器的副边通过三角形或星形连接并入电网。此外,开绕组双逆变器拓扑结构中的两组光伏阵列可工作在各自的最大功率点(MPP-Maximum Power Point),实现独立MPPT控制,能够进一步扩大开绕组双逆变器型光伏发电系统的运行范围,提高发电效率。
开绕组双逆变器光伏发电系统中的两组光伏阵列可通过独立的MPPT控制以提高太阳能的利用率。但若受到遮挡或组件损坏等因素的影响,两组光伏阵列的最大输出功率会存在较大的差异,如果其中一组光伏阵列受此影响功率严重下降时,由于流过两个逆变器的电流相等而功率差异较大,会使得输出功率较大的光伏阵列所对应的逆变器产生过调制现象,导致并网电流性能变差,甚至会导致系统不稳定。
目前,国内外已有学者对于光伏逆变器在功率不平衡运行条件下的控制进行了相关研究。题为“一种可实现两组池板独立MPPT控制的新型双逆变器光伏并网变流器”,《电工技术学报》,2015年第12期97-105页的文章。该文献提出通过增加容性无功,可以保证两台逆变器在光照差异较大的情况下仍然工作在各自的最大功率点,但并未给出容性无功补偿的具体方案。
题为“基于无功补偿的级联H桥光伏逆变器功率不平衡控制策略”,《中国电机工程学报》,2017年第17期5076-5085页的文章。该文献提出了一种应用于级联H桥中的无功补偿方案,该方案遵循用功按比例分配,无功按需求分配的原则,这种补偿方案势必会造成各逆变器之间的参考电压矢量角度存在随机性,控制过程较为复杂,同时不适用于开绕组双逆变器系统中已有的电压空间矢量180°解耦的调制算法。
综上所述,现有的无功补偿方案还存在如下不足:
1)尚未有文献针对开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下出现过调制问题的机理进行分析,同时没有文献提出过适用于开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法。
2)现有的应用于级联H桥中的无功补偿方案会引起各逆变器之间的参考电压矢量角度之间存在随机性,不适用于开绕组双逆变器光伏发电系统中已有的电压空间矢量180°解耦调制方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题为当开绕组双逆变器光伏发电系统中的两组光伏阵列独立运行在各自的最大功率点时,若输出功率相差过大,输出功率较大的光伏阵列所对应的逆变器会产生过调制问题,需通过无功补偿来抑制过调制问题的发生。相比于现有文献,本发明详细介绍了适用于开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法,有效解决了过调制问题,拓宽了系统的运行范围,提高了光伏发电效率。
为解决本发明的技术问题,所采用的技术方案为一种开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法,本控制方法所涉及的开绕组双逆变器光伏发电系统拓扑包括两个光伏阵列,分别记为光伏阵列1和光伏阵列2,所述光伏阵列1与电容C1并联,电容C1正极连接逆变器1输入正极,电容C1负极连接逆变器1输入负极;所述光伏阵列2与电容C2并联,电容C2正极连接逆变器2输入正极,电容C2负极连接逆变器2输入负极;三相开绕组变压器是将三相变压器的原边三相绕组拆开,拆开后变压器A相绕组有两个端子A1、A2,B相绕组有两个端子B1、B2,C相绕组有两个端子C1、C2,端子A1、B1、C1经桥臂侧滤波电抗L连接至逆变器1交流输出侧,端子A2、B2、C2连接至逆变器2交流输出侧,彼此串联的滤波电容Cd和阻尼电阻Rd跨接在开绕组变压器原边,开绕组变压器副边通过星形连接并入电网;
本控制方法包括对光伏阵列1和光伏阵列2直流侧电压的独立控制,并网电流控制,无功补偿控制和电压空间矢量180°解耦调制算法,包括以下步骤:
步骤1、对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2,对电网线电压和并网电流进行采样,得到电网线电压Eab、Ebc、Eca和并网电流Ia、Ib、Ic
步骤2、先根据步骤1得到的光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2经扰动观测法对光伏阵列1和光伏阵列2进行最大功率点跟踪,得到逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *
步骤3、将步骤1得到的光伏阵列1直流侧电压Vdc1和光伏阵列2直流侧电压Vdc2与步骤2得到的逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *作差,得到逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2,计算公式分别为:
步骤4、根据步骤3得到的逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值,经平均电压调节器得到d轴电流给定值经平衡电压调节器得到功率调节系数k,和k的计算公式为分别为:
其中,KVPΣ为平均电压调节器的比例系数,KVIΣ为平均电压调节器的积分系数;KVPΔ为平衡电压调节器的比例系数,KVIΔ为平衡电压调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子;
步骤5、将步骤1得到的电网线电压Eab、Ebc、Eca经过基于双同步坐标系的解耦软件锁相环DDSRF-SPLL锁相得到电网线电压相角θ和dq坐标系下的电网线电压d轴分量Ed、电网线电压q轴分量Eq
步骤6、将步骤1得到的并网电流Ia、Ib、Ic在步骤5得到的电网线电压相角θ下做三相静止abc坐标系到两相旋转dq坐标系下的转换,得到并网电流dq分量Id、Iq,其坐标转换公式为:
步骤7、先令无功电流指令值Iq *为0,根据无功电流指令值Iq *和步骤4计算得到的d轴电流给定值Id *,依次通过电流调节器、电网电压前馈以及电流前馈解耦环节,得到有功电压参考矢量Vd *、无功电压参考矢量Vq *、总电压参考矢量V*,计算公式如下:
其中,KiP为电流调节器的比例系数,KiI为电流调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子,kN为开绕组变压器变比,L为桥臂侧滤波电抗值,ω为电网电压角速度;
步骤8、将步骤7得到的有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在步骤5所得的电网线电压相角θ下做两相旋转dq坐标系到三相静止abc坐标系下的转换,得到有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在三相静止abc坐标系下的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *,坐标转换公式如下:
步骤9、将步骤8得到的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *根据步骤4得到的功率调节系数k进行电压空间矢量180°解耦分配,得到逆变器1的A相调制波V1a *、B相调制波V1b *、C相调制波V1c *和逆变器2的A相调制波V2a *、B相调制波V2b *、C相调制波V2c *,然后经SPWM调制后作为IGBT的驱动信号,调制波计算公式为:
步骤10、将开绕组双逆变器光伏发电系统中的光伏阵列1和光伏阵列2稳定在各自的最大功率点工作,重新对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1最大功率点处输出电流Idc1_MPP、光伏阵列2最大功率点处输出电流Idc2_MPP、光伏阵列1最大功率点处直流侧电压Vdc1_MPP和光伏阵列2最大功率点处直流侧电压Vdc2_MPP,计算此时光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2,同时计算此种运行工况下的开绕组双逆变器光伏发电系统单位功率因数并网的总电流幅值,记为总电流幅值Igd,计算公式为:
其中,Vg为电网线电压幅值;
步骤11、根据步骤10采样得到的光伏阵列1和光伏阵列2在最大功率点运行时下的输出电流Idc1_MPP、Idc2_MPP,计算得到开绕组双逆变器光伏发电系统运行于单位功率因数工况下的并网电流最小限定值,并记为并网电流最小限定值Imin,计算公式为:
步骤12、比较步骤10中的总电流幅值Igd与步骤11中的并网电流最小限定值Imin的大小,并进行以下操作:
Igd≥Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统未发生过调制,保持无功电流指令值Iq *为0,本次控制结束;
若Igd<Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统发生过调制,按照以下步骤进行:
(1)比较步骤10得到光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2的数值,将光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2中较大的值记为高输出功率PH,输出功率大的光伏阵列所对应的直流侧电压记为VdcH,并令满足如下拘束关系:
其中,为无功补偿后的合成并网电流,为总电压参考矢量V*与合成并网电流的矢量夹角,为电网线电压d轴分量Ed与合成并网电流的矢量夹角;
(2)求解(1)给出的方程组,得到无功补偿后的合成并网电流和矢量角
(3)设无功补偿后的无功电流指令为Iq *’,令本次控制结束。
本发明相对于现有技术的有益效果是:
1解决了开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运工况下出现的过调制问题。
2拓宽了开绕组双逆变器光伏发电系统中光伏阵列1和光伏阵列2的最大功率点运行范围,有效提高了开绕组双逆变器光伏发电系统的效率。
3无功补偿原理清晰,实现方法简单,具有较大的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明实施的开绕组双逆变器光伏发电系统拓扑结构图。
图2是本发明实施的开绕组双逆变器光伏发电系统控制框图。
图3是开绕组双逆变器光伏发电系统在无功电流补偿时的运行矢量图。
图4是开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下的输出功率仿真波形。
图5是开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下的电网电压和并网电流及其局部放大仿真波形。
图6是开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下,输出功率较大的光伏阵列1所对应的逆变器调制波仿真波形。
图7是开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下的输出功率及其局部放大实验波形。
图8是开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2输出功率较大不平衡运行工况下的电网电压和并网电流及其局部放大实验波形。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施的开绕组双逆变器光伏发电系统拓扑结构图。结构如下:光伏阵列1与电容C1并联,同时电容C1正极连接逆变器1输入正极,电容C1负极连接逆变器1输入负极,光伏阵列2与电容C2并联,同时电容C2正极连接逆变器2输入正极,电容C2负极连接逆变器2输入负极,三相开绕组变压器是将三相变压器的原边三相绕组拆开,拆开后变压器A相绕组有两个端子A1、A2,B相绕组有两个端子B1、B2,C相绕组有两个端子C1、C2,端子A1、B1、C1经桥臂侧滤波电抗L连接至逆变器1交流输出侧,端子A2、B2、C2连接至逆变器2交流输出侧,滤波电容Cd和阻尼电阻Rd跨接在开绕组变压器原边,开绕组变压器副边通过星形连接并入电网。具体参数如下:开绕组变压器变比为kN=364/380,电网线电压幅值为Vg=560V,桥臂侧滤波电抗值为L=3.5mH,阻尼电容为Cd=4.5uF,阻尼电阻为Rd=1Ω。
图2为本发明实施的开绕组双逆变器光伏发电系统控制框图,由该图可见,本发明控制方法的步骤如下:
步骤1、对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2,对电网线电压和并网电流进行采样,得到电网线电压Eab、Ebc、Eca和并网电流Ia、Ib、Ic
步骤2、先根据步骤1得到的光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2经扰动观测法对光伏阵列1和光伏阵列2进行最大功率点跟踪,得到逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *
步骤3、将步骤1得到的光伏阵列1直流侧电压Vdc1和光伏阵列2直流侧电压Vdc2与步骤2得到的逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *作差,得到逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2,计算公式分别为:
步骤4、根据步骤3得到的逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值,经平均电压调节器得到d轴电流给定值经平衡电压调节器得到功率调节系数k,和k的计算公式为分别为:
其中,KVPΣ为平均电压调节器的比例系数,KVIΣ为平均电压调节器的积分系数;KVPΔ为平衡电压调节器的比例系数,KVIΔ为平衡电压调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子。本实施例中,KVPΣ=2,KVIΣ=50,KVPΔ=0.01,KVIΔ=1。
具体的,将逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2之和经平均电压调节器得到d轴电流给定值Id *;将逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2之差依次经平衡电压调节器、-0.5~0.5限幅环节、常数0.5上拉偏置环节得到功率调节系数k。
步骤5、将步骤1得到的电网线电压Eab、Ebc、Eca经过基于双同步坐标系的解耦软件锁相环DDSRF-SPLL锁相得到电网线电压相角θ和dq坐标系下的电网线电压d轴分量Ed、电网线电压q轴分量Eq
步骤6、将步骤1得到的并网电流Ia、Ib、Ic在步骤5得到的电网线电压相角θ下做三相静止abc坐标系到两相旋转dq坐标系下的转换,得到并网电流dq分量Id、Iq,其坐标转换公式为:
步骤7、先令无功电流指令值Iq *为0,根据无功电流指令值Iq *和步骤4计算得到的d轴电流给定值Id *,依次通过电流调节器、电网电压前馈以及电流前馈解耦环节,得到有功电压参考矢量Vd *、无功电压参考矢量Vq *、总电压参考矢量V*,计算公式如下:
其中,KiP为电流调节器的比例系数,KiI为电流调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子,kN为开绕组变压器变比,L为桥臂侧滤波电抗值,ω为电网电压角速度。本实施例中,电网电压角速度ω为100πrad/s,KiP=15,KiI=1000,kN=364/380。
步骤8、将步骤7得到的有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在步骤5所得的电网线电压相角θ下做两相旋转dq坐标系到三相静止abc坐标系下的转换,得到有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在三相静止abc坐标系下的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *,坐标转换公式如下:
步骤9、将步骤8得到的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *根据步骤4得到的功率调节系数k进行电压空间矢量180°解耦分配,得到逆变器1的A相调制波V1a *、B相调制波V1b *、C相调制波V1c *和逆变器2的A相调制波V2a *、B相调制波V2b *、C相调制波V2c *,然后经SPWM调制后作为IGBT的驱动信号,调制波计算公式为:
步骤10、将开绕组双逆变器光伏发电系统中的光伏阵列1和光伏阵列2稳定在各自的最大功率点工作,重新对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1最大功率点处输出电流Idc1_MPP、光伏阵列2最大功率点处输出电流Idc2_MPP、光伏阵列1最大功率点处直流侧电压Vdc1_MPP和光伏阵列2最大功率点处直流侧电压Vdc2_MPP,计算此时光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2,同时计算此种运行工况下的开绕组双逆变器光伏发电系统单位功率因数并网的总电流幅值,记为总电流幅值Igd,计算公式为:
其中,Vg为电网线电压幅值。本实施例中,Idc1_MPP=25.63A,Idc2_MPP=16.88A,Vdc1_MPP=615V,Vdc2_MPP=629V,P1=15.4kW,P2=10.6kW,Igd=32.8A。
步骤11、根据步骤10采样得到的光伏阵列1和光伏阵列2在最大功率点运行时下的输出电流Idc1_MPP、Idc2_MPP,计算得到开绕组双逆变器光伏发电系统运行于单位功率因数工况下的并网电流最小限定值,并记为并网电流最小限定值Imin,计算公式为:
为保证开绕组双逆变器光伏发电系统中的逆变器1和逆变器2均不过调制,开绕组双逆变器光伏发电系统运行于单位功率因数工况下的并网电流存在最小值限制。本实施例中,Imin=34.17A;
步骤12、比较步骤10中的总电流幅值Igd与步骤11中的并网电流最小限定值Imin的大小,并进行以下操作:
Igd≥Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统未发生过调制,保持无功电流指令值Iq *为0,本次控制结束;
若Igd<Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统发生过调制,按照以下步骤进行:
(1)比较步骤10得到光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2的数值,将光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2中较大的值记为高输出功率PH,输出功率大的光伏阵列所对应的直流侧电压记为VdcH,并令满足如下拘束关系:
其中,为无功补偿后的合成并网电流,为总电压参考矢量V*与合成并网电流的矢量夹角,为电网线电压d轴分量Ed与合成并网电流的矢量夹角。
(2)求解(1)给出的方程组,得到无功补偿后的合成并网电流和矢量角
(3)设无功补偿后的无功电流指令为Iq *’,令本次控制结束。
本实施例中,PH=15.4kW,VdcH=615V,
图3是开绕组双逆变器光伏发电系统在无功电流补偿时的运行矢量图。
图4为开绕组双逆变器光伏发电系统在光伏阵列1和光伏阵列2阵列输出功率相差较大运行工况下的输出功率仿真波形,可以看出在0.2s光伏阵列2输出功率下降较为严重,此时Igd≤Imin,因此输出功率较大的光伏阵列1对应的逆变器会发生过调制现象。0.6s光伏阵列2输出功率恢复正常。
图5为开绕组双逆变器光伏发电系统在与图4完全相同的运行工况下的电网电压与并网电流及其局部放大仿真波形。可以看出在0.2s光伏阵列2输出功率严重下降时,系统会发生过调制现象,并网电流波形发生明显畸变。在0.4s按本发明提出的无功补偿方案进行补偿,可以看出并网电流波形有了明显的改善。
图6为开绕组双逆变器光伏发电系统在与图4完全相同的运行工况下的逆变器1调制波波形,可以看出在0.2s光伏阵列2输出功率下降较为严重时,逆变器1的调制波幅值超过三角载波幅值(三角载波幅值为0.5),系统发生了过调制现象。在0.4s按本文所提出的无功补偿方案进行补偿,可以看出逆变器1的调制波幅值刚好与三角载波幅值保持一致,进一步验证了本发明所提出的无功补偿方法的正确性。0.6s后逆变器2输出功率恢复正常,系统恢复至平衡状态下运行。
图7为开绕组双逆变器光伏发电系统在与图4完全相同的运行工况下的输出功率及其局部放大实验波形。实验结果与图4的仿真结果保持一致,验证了开绕组双逆变器光伏发电系统中的两组光伏阵列可以工作在不同的最大功率点。
图8为开绕组双逆变器光伏发电系统在与图4完全相同的运行工况下的电网电压与并网电流及其局部放大实验波形。通过实验波形可以看出,当光伏阵列2输出功率下降较为严重时,此时并网电流波形发生明显畸变,在加入本文所提出的无功补偿方案后,可以看出并网电流波形有了明显的改善,实验结果验证了无功补偿控制方案的正确性。

Claims (1)

1.一种开绕组双逆变器光伏发电系统的无功补偿控制方法,本控制方法所涉及的开绕组双逆变器光伏发电系统拓扑包括两个光伏阵列,分别记为光伏阵列1和光伏阵列2,所述光伏阵列1与电容C1并联,电容C1正极连接逆变器1输入正极,电容C1负极连接逆变器1输入负极;所述光伏阵列2与电容C2并联,电容C2正极连接逆变器2输入正极,电容C2负极连接逆变器2输入负极;三相开绕组变压器是将三相变压器的原边三相绕组拆开,拆开后变压器A相绕组有两个端子A1、A2,B相绕组有两个端子B1、B2,C相绕组有两个端子C1、C2,端子A1、B1、C1经桥臂侧滤波电抗L连接至逆变器1交流输出侧,端子A2、B2、C2连接至逆变器2交流输出侧,彼此串联的滤波电容Cd和阻尼电阻Rd跨接在开绕组变压器原边,开绕组变压器副边通过星形连接并入电网;
本控制方法包括对光伏阵列1和光伏阵列2直流侧电压的独立控制、并网电流控制、无功补偿控制和电压空间矢量180°解耦调制算法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2,对电网线电压和并网电流进行采样,得到电网线电压Eab、Ebc、Eca和并网电流Ia、Ib、Ic
步骤2、先根据步骤1得到的光伏阵列1输出电流Idc1、光伏阵列2输出电流Idc2、光伏阵列1直流侧电压Vdc1、光伏阵列2直流侧电压Vdc2,经扰动观测法对光伏阵列1和光伏阵列2进行最大功率点跟踪,得到逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *
步骤3、将步骤1得到的光伏阵列1直流侧电压Vdc1和光伏阵列2直流侧电压Vdc2与步骤2得到的逆变器1直流侧参考电压Vdc1 *和逆变器2直流侧参考电压Vdc2 *作差,得到逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2,计算公式分别为:
步骤4、根据步骤3得到的逆变器1直流侧电压偏差值ΔVdc1和逆变器2直流侧电压偏差值ΔVdc2,经平均电压调节器得到d轴电流给定值经平衡电压调节器得到功率调节系数k,和k的计算公式为分别为:
其中,KVPΣ为平均电压调节器的比例系数,KVIΣ为平均电压调节器的积分系数;KVPΔ为平衡电压调节器的比例系数,KVIΔ为平衡电压调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子;
步骤5、将步骤1得到的电网线电压Eab、Ebc、Eca经过基于双同步坐标系的解耦软件锁相环DDSRF-SPLL锁相得到电网线电压相角θ和dq坐标系下的电网线电压d轴分量Ed、电网线电压q轴分量Eq
步骤6、将步骤1得到的并网电流Ia、Ib、Ic在步骤5得到的电网线电压相角θ下做三相静止abc坐标系到两相旋转dq坐标系下的转换,得到并网电流dq分量Id、Iq,其坐标转换公式为:
步骤7、先令无功电流指令值Iq *为0,根据无功电流指令值Iq *和步骤4计算得到的d轴电流给定值Id *,依次通过电流调节器、电网电压前馈以及电流前馈解耦环节,得到有功电压参考矢量Vd *、无功电压参考矢量Vq *、总电压参考矢量V*,计算公式如下:
其中,KiP为电流调节器的比例系数,KiI为电流调节器的积分系数,s为拉普拉斯算子,kN为开绕组变压器变比,L为桥臂侧滤波电抗值,ω为电网电压角速度;
步骤8、将步骤7得到的有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在步骤5所得的电网线电压相角θ下做两相旋转dq坐标系到三相静止abc坐标系下的转换,得到有功电压参考矢量Vd *和无功电压参考矢量Vq *在三相静止abc坐标系下的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *,坐标转换公式如下:
步骤9、将步骤8得到的A相电压参考矢量Va *、B相电压参考矢量Vb *、C相电压参考矢量Vc *根据步骤4得到的功率调节系数k进行电压空间矢量180°解耦分配,得到逆变器1的A相调制波V1a *、B相调制波V1b *、C相调制波V1c *和逆变器2的A相调制波V2a *、B相调制波V2b *、C相调制波V2c *,然后经SPWM调制后作为IGBT的驱动信号,调制波计算公式为:
步骤10、将开绕组双逆变器光伏发电系统中的光伏阵列1和光伏阵列2稳定在各自的最大功率点工作,重新对光伏阵列1和光伏阵列2的输出电流和直流侧电压进行采样,得到光伏阵列1最大功率点处输出电流Idc1_MPP、光伏阵列2最大功率点处输出电流Idc2_MPP、光伏阵列1最大功率点处直流侧电压Vdc1_MPP和光伏阵列2最大功率点处直流侧电压Vdc2_MPP,计算此时光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2,同时计算此种运行工况下的开绕组双逆变器光伏发电系统单位功率因数并网的总电流幅值,记为总电流幅值Igd,计算公式为:
其中,Vg为电网线电压幅值;
步骤11、根据步骤10采样得到的光伏阵列1和光伏阵列2在最大功率点运行时下的输出电流Idc1_MPP、Idc2_MPP,计算得到开绕组双逆变器光伏发电系统运行于单位功率因数工况下的并网电流最小限定值,并记为并网电流最小限定值Imin,计算公式为:
步骤12、比较步骤10中的总电流幅值Igd与步骤11中的并网电流最小限定值Imin的大小,并进行以下操作:
若Igd≥Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统未发生过调制,保持无功电流指令值Iq *为0,本次控制结束;
若Igd<Imin,开绕组双逆变器光伏发电系统发生过调制,按照以下步骤进行:
(1)比较步骤10得到的光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2的数值,将光伏阵列1最大输出功率P1和光伏阵列2最大输出功率P2中较大的值记为高输出功率PH,输出功率大的光伏阵列所对应的直流侧电压记为VdcH,并令满足如下拘束关系:
其中,为无功补偿后的合成并网电流,为总电压参考矢量V*与合成并网电流的矢量夹角,为电网线电压d轴分量Ed与合成并网电流的矢量夹角;
(2)求解(1)给出的方程组,得到无功补偿后的合成并网电流和矢量角
(3)设无功补偿后的无功电流指令为Iq *’,令本次控制结束。
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