CN108448637A - 一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略 - Google Patents

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丁茂生
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杨慧彪
杨博闻
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张爽
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Abstract

一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特点是，包括：测量集中式光伏发电系统中直流端电压、光伏并网电流、并网点电压，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流和有功电压、q轴分量的无功电流和无功电压；将直流端电压与参考值的电压差值输入到控制器中，计算出d轴有功电流参考指令，将无功差值输入到控制器中，算出一个q轴无功电流参考指令；将d轴分量的有功电流、无功电流和有功电流参考指令、q轴无功参考电流指令作差输入控制器，算出d轴集中式光伏逆变器输出电压；将d轴集中式光伏逆变器输出电压，q轴集中式光伏逆变器输出电压送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动集中式光伏逆变器工作，进而响应系统频率变化。

Description

一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略
技术领域
本发明涉及光伏联网发电运行控制领域，是一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略。
背景技术
大规模开发利用光伏发电等新能源已成为中国能源战略的重要组成部分。近年来，我国新能源持续快速增长，截至2017年底，我国新能源发电累计装机容量29393万千瓦，占全国电源装机容量的17％；新能源发电新增装机容量6809万千瓦，占全国电源新增装机容量的52％。我国风电累计装机容量达到16367万千瓦，同比增长10％。太阳能发电累计装机容量达到13025万千瓦，同比增长69％，光伏发电成为电源增长的主力，其中，国家电网调度范围太阳能发电累计装机容量12083万千瓦，占全国太阳能发电装机容量的93％。国家电网是全球范围内接入新能源规模最大的电网。预计到2020年，中国新能源发电装机容量达4.1亿千瓦，其中太阳能发电1.5亿千瓦。光伏发电等新能源呈现弱惯性或零惯性，普遍不参与电网调频，随着其渗透率的不断提高，将逐渐恶化电力系统的频率特性，对电网安全稳定运行带来威胁。
国内外关于新能源参与电网调频的研究主要集中在风电方面，关于光伏的相关研究较为缺乏。我国多个省份光伏发电占比较高，例如：宁夏当前光伏装机容量已接近电网最大负荷的一半，并且仍在快速发展，对光伏发电参与调频、调压的技术需求愈发迫切。因此，本发明提出了一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略。
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，效果佳的集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，在光伏发电备用一定有功功率的基础上响应系统频率变化。
解决其技术问题采用的技术方案是，一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特征是，它包括以下步骤：
(1)测量集中式光伏发电系统中直流端电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，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Utd、q轴分量的无功电压Utq；
(2)给定一个直流端电压的参考值Udcref，将直流端电压Udc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Q与参考值Qref的无功差值输入到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＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
式中，KP为比例系数，KI为积分系数，下同。
(3)在步骤(2)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1
式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为直流侧初始电压，f0为电网初始频率。
(4)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(3)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(2)中q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轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：
Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，Uq＝Kp(iqref-iq)+Ki∫(iqref-iq)dt；
(5)将d轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动集中式光伏逆变器工作，进而响应系统频率变化。
本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，是在集中式光伏逆变器中引入f-Udc补偿环节，基于有功功率储备，来修正直流侧电压控制回路。可以实现在系统频率下降时提供类似传统机组的调频等辅助服务，维持系统频率稳定性。具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。
附图说明
图1是本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略框图；
图2是搭建的两区四机仿真算例系统示意图；
图3是电网频率、光伏阵列输出功率以及单个同步发电机组输出功率的波形示意图；
图4是集中式光伏逆变器的直流端电压的波形示意图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略进行详细说明。
参照图1和图2，图1是本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略框图；图2是搭建的两区四机仿真算例系统示意图；由三个同步发电机组、一个光伏电站构成。
本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，包括以下步骤：
(1)测量集中式光伏发电系统中直流端电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，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Utd、q轴分量的无功电压Utq；
(2)给定一个直流端电压的参考值Udcref，将直流端电压Udc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Q与参考值Qref的无功差值输入到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＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
式中，KP为比例系数，KI为积分系数，下同。
(3)在步骤(2)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1
式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为直流侧初始电压，f0为电网初始频率。
(4)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(3)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(2)中q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轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：
Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，Uq＝Kp(iqref-iq)+Ki∫(iqref-iq)dt；
(5)将d轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动集中式光伏逆变器工作，进而响应系统频率变化。
参照图3，当系统负荷突增，不同惯量系数HPV的情况下，电网频率、光伏阵列输出功率以及单个同步发电机组输出功率的波形示意图可以看出，当负荷出现扰动时集中式光伏发电可以主动参与电网频率调节，抑制电网频率最低跌落，提高稳态频率偏差。
参照图4，当系统负荷突增，不同惯量系数HPV的情况下，集中式光伏逆变器的直流端电压的波形示意图可以看出，采用本发明的集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略后，集中式光伏发电会主动调节逆变器直流端来响应系统频率变化。
本实施例验证了本发明的一种集中式光伏发电参与电网频率调节控制策略的有效性与可行性。
本发明具体实施方式给出的实施例，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)

1.一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特征是，它包括以下步骤：
(1)测量集中式光伏发电系统中直流端电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，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Utd、q轴分量的无功电压Utq；
(2)给定一个直流端电压的参考值Udcref，将直流端电压Udc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Q与参考值Qref的无功差值输入到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＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
式中，KP为比例系数，KI为积分系数，下同。
(3)在步骤(2)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1
式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为直流侧初始电压，f0为电网初始频率。
(4)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(3)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(2)中q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轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：
Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，Uq＝Kp(iqref-iq)+Ki∫(iqref-iq)dt；
(5)将d轴集中式光伏逆变器输出电压Ud，q轴集中式光伏逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动集中式光伏逆变器工作，进而响应系统频率变化。
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