CN109217368B - 一种可监控的分布式光伏发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可监控的分布式光伏发电系统，包括光伏组件，能够将太阳辐射能转换成直流电，并通过其所对应的所述汇流件将转换成的所述直流电输送至转换模块；转换模块，接收来自所述光伏组件的直流电，并将所述直流电转换为交流电；分配模块，将来自所述转换模块的所述交流电输送至终端设备上；控制模块，所述汇流件通过所述控制模块与所述转换模块进行连接，所述控制模块还连接有储存模块；以及，监控单元。所述转换模块采用一种弱电网下基于阻抗分析的三相LCL型并网逆变器的控制方法，能够解决电网阻抗带来的系统稳定裕度降低问题，显著提高并网逆变器的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子功率变换装置控制领域，尤其是涉及一种可监控的分布式光伏发电系统。
背景技术
可再生能源发电技术日益进步的今天，基于太阳能的分布式发电技术是人类应对环境污染和能源危机的一项重要手段，受到越来越多的重视。然而，由于分布式电源接入位置的分散性以及输电线路、变压设备的存在等原因，使公共电网等效出一个不可忽略的电网阻抗，表现出弱电网特性。并网逆变器作为连接分布式发电系统和电网主要的功率接口单元，当其工作在弱电网情况下，系统的稳定裕度会受到影响，严重时将失去稳定。
针对并网逆变器工作于弱电网环境下，如何保证系统稳定性，提高并网电流质量等问题，国内外很多学者做了很多研究，尤其是近年来基于阻抗分析法的控制技术得到了越来越多的关注。Xu J等人在Proceedings of IEEE Applied Power ElectronicsConference and Exposition上发表的《Robust control and design based onimpedance-based stability criterion for improving stability and harmonicsrejection of inverters in weak grid》使用阻抗分析法揭示了弱电网情况下电网电流的谐波抑制效果与系统稳定裕度的内在联系，并对常用的比例谐振(PR)控制器做出了串联校正改进，以增强系统鲁棒性；WangX等人在IEEE Transactions on Power Electronics上发表的《Grid-Current-Feedback Active Damping for LCL Resonance in Grid-Connected Voltage-Source Converters》在采用并网电流反馈有源阻尼技术的基础上，提出沿其阻尼路径增加负高通滤波环节，从而实现对电网侧电感进行阻感支路与负电感支路并联的虚拟阻抗控制的方法，该方法可以减小数字控制系统带来的相位滞后问题。
关于阻抗分析的相关理论均基于对系统输出阻抗的准确建模，因此对锁相环这一为电流闭环控制提供所需电流基准值的环节进行阻抗建模也是必要的。经过对现有文献的检索，其中“吴恒，阮新波，杨东升.弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计[J].中国电机工程学报，2014，34(30)：5259-5268”；“张旸，陈新等.弱电网下并网逆变器的阻抗相角动态控制方法[J].电工技术学报，2017，32(01):97-106.”等均对锁相环节进行了建模分析。但不足之处是所提策略在工程实际中实现难度大，可行性不高，有待于进一步改进。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的发电系统中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中的一个目的是提供一种可监控的分布式光伏发电系统，其并网逆变器采用一种弱电网下基于阻抗分析的三相LCL型并网逆变器的控制方法，能够解决电网阻抗带来的系统稳定裕度降低问题，显著提高并网逆变器的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可监控的分布式光伏发电系统，其包括光伏组件，能够将太阳辐射能转换成直流电，所述光伏组件对应有汇流件，并通过其所对应的所述汇流件将转换成的所述直流电输送至转换模块；转换模块，与所述汇流件建立联系，接收来自所述光伏组件的直流电，并将所述直流电转换为交流电；分配模块，与所述转换模块进行连接，并将来自所述转换模块的所述交流电输送至终端设备上，同时，所述分配模块还通过变压模块连接到电网；控制模块，所述汇流件通过所述控制模块与所述转换模块进行连接，所述控制模块还连接有储存模块，且所述储存模块能够储存来自所述汇流件的直流电；以及，监控单元，包括采集模块，所述采集模块同时与所述控制模块以及所述转换模块进行连接，并能够在所述控制模块的控制下实时采集所述转换模块的工作状态；所述监控单元还包括监测模块，并将所述监测模块所监测得到的数据信息发送至第一客户端；同时，所述监测模块还与第二客户端进行无线连接，并能够将所述监测模块所监测得到的数据信息通过无线传输的方式发送至所述第二客户端。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述转换模块与分配模块之间设置有第一计量模块，所述分配模块通过向所述终端设备输送交流电为其提供工作所需电能，而其余的电能则通过所述变压模块输送至电网，所述分配模块与所述变压模块之间还设置有第二计量模块。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述转换模块采用并网逆变器，所述并网逆变器采用如下控制方法：
S1：绘制包括锁相环在内的LCL型并网逆变器控制框图；
S2：建立包括锁相环在内的并网逆变器等效输出阻抗模型；
S3：采用阻抗分析法分析锁相环以及电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响；
S4：验证超前校正网络对系统稳定裕度的提升作用。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S1具体包含：
S11：绘制包括锁相环在内的三相LCL型并网逆变器控制框图；
S12：将abc三相静止坐标系下的电压电流分量转换到αβ两相静止坐标系下；
S13：建立α轴下的并网逆变器控制框图及等效控制框图。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S12中，abc三相静止坐标系下的电压电流分量到αβ两相静止坐标系下的变换矩阵为：
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S2具体包含：
S21：推导出由锁相环等效的阻抗和并网逆变器的等效输出阻抗；
S22：建立由输出阻抗和电网阻抗串联的等效电路模型。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：并网逆变器的等效输出阻抗是由锁相环节等效的阻抗与系统并网电流单闭环控制时的等效阻抗并联而成。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S3具体包含：
S31：考虑锁相环的存在对并网逆变器稳定性的影响；
S32：采用阻抗分析法分析电网阻抗的增加对系统稳定性的影响机理。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S31中，锁相环对并网逆变器稳定性的影响可以通过对锁相环参数的合理设计得以校正。
作为本发明所述可监控的分布式光伏发电系统的一种优选方案，其中：所述的步骤S4在电容电流前馈支路上附加超前校正网络来提升系统稳定性，具体包含：
S41：所提基于电容电流前馈的相角补偿法的基本思想；
S42：相角补偿的参数设计过程。
本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，在使用阻抗法对并网逆变器进行分析与控制时，针对锁相环的建模与电网阻抗增加降低系统稳定裕度的问题，本发明将锁相环进行小信号建模，通过检测LCL滤波器电容支路的电流，将其通过一个超前校正网络反馈给电流闭环控制器的输出端，可解决电网阻抗带来的系统稳定裕度降低问题，显著提高并网逆变器的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的系统结构图。
图2为本发明第二个实施例所述的三相LCL型并网逆变器拓扑及控制结构图。
图3为本发明第二个实施例所述的锁相环控制框图。
图4为本发明第二个实施例所述的包括锁相环在内的并网逆变器控制框图。
图5为本发明第二个实施例所述的包括锁相环在内的并网逆变器诺顿等效电路图。
图6为本发明第二个实施例所述的考虑锁相环前后，并网逆变器输出阻抗bode图。
图7为本发明第二个实施例所述的电网阻抗与逆变器等效输出阻抗比的奈奎斯特图。
图8为本发明第二个实施例所述的经过相位补偿后的并网逆变器控制框图。
图9为本发明第二个实施例所述的相位补偿后，并网逆变器的等效诺顿电路图。
图10本发明第二个实施例所述的为相位补偿前后电网阻抗与逆变器等效输出阻抗比的bode图。
图11本发明第二个实施例所述的为理想电网(电网阻抗为零)下，并网系统PCC电压与电流波形图。
图12本发明第二个实施例所述的为电网阻抗为2mH时，并网系统PCC电压与电流波形图。
图13本发明第二个实施例所述的为电网阻抗为2mH时，相位补偿后的并网系统PCC电压与电流波形图。
图14本发明第二个实施例所述的为电网阻抗为2mH时，相位补偿后A相并网电流动态波形图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种可监控的分布式光伏发电系统。由图1可知，所述可监控的分布式光伏发电系统包括光伏组件100、转换模块200、分配模块300、变压模块400、第一计量模块500、第二计量模块600和控制模块700等，通过各模块的协调作用能够实现将太阳辐射能转换为直流电以及交流电，并应用于日常生活的各种(直流、交流)负载中，还能够将多余的电能输送至电网中，贡献给民用市电。
具体的，由于单体光伏电池不能直接做为电源使用，因此，光伏组件100(俗称太阳能电池板)是由一定数量、规格相同的光伏电池片(整片的两种规格125*125mm、156*156mm、124*124mm等)串联组合在一起，形成一条条并联的光伏电池串。光伏电池串能够通过各个单体光伏电池所累积的“光生伏打效应”，将太阳辐射能转换成直流电。
由于光伏组件100中各条光伏电池串产生的是直流电，若需要将其转换为交流电，还需借助转换模块200。本发明中的转换模块200可以采用逆变器，其与光伏组件100建立联系，接收来自光伏组件100中各条光伏电池串的直流电，并能够将该直流电转换为交流电。
因此原则上，光伏组件100中各条光伏电池串均需要与转换模块200进行连接。但实际中，每个光伏组件100中包含的光伏电池串较多，逐一连接将会造成连接线路混杂、极易出错，因此各条光伏电池串可以先同时与汇流件101并联，统一汇集到汇流件101上，再通过汇流件101与转换模块200形成连接，将转换成的直流电输送至转换模块200。本发明中的汇流件101可以采用常规的光伏汇流箱，其能够保证光伏电池串的有序连接，还能够保障发电系统在维护、检查时易于切断电路，当发电系统发生故障时减小停电的范围。
较佳的，本发明所述的可监控的分布式光伏发电系统中可以同时并列设置有多组光伏组件100，每组光伏组件100均对应有各自的汇流件101，并通过其所对应的所述汇流件101将转换成的直流电输送至转换模块200。
经过上述的转换模块200所转换得到的交流电可以通过分配模块300进行分配和外接电路。本发明中的分配模块300可以采用交流配电箱，其与转换模块200进行连接，并将来自转换模块200的交流电输送至终端设备上，即用于交流负载。此处的“终端设备”为能够在交流电下进行工作的设备、家电等。同时，分配模块300还通过变压模块400连接到电网，本发明中的变压模块400是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，可以采用变压器。
因此，来自转换模块200的交流电，其一部分直接用于交流负载(向终端设备输送交流电为其提供工作所需电能)，余下的另一部分由分配模块300通过变压模块400汇入国家电网，以获得相应电价的回馈收入。
进一步的，转换模块200与分配模块300之间设置有第一计量模块500，第一计量模块500为光伏发电总表，用于计量由转换模块200转换所得的交流电能总量，其可以采用常规电能表或者智能电表。分配模块300与变压模块400之间还设置有第二计量模块600，其用于计量从分配模块300汇入电网的电能总量，还能够计量从电网进入用户，并被交流负载消耗的电能总量，因此，此处的第二计量模块600为双向电表，其可以采用智能电表。
在实际中，当光伏组件100所产生的电能经过转换模块200转换过后，若能够完全支持交流负载，且仍有盈余，则剩余的电能由分配模块300分配汇入电网，并经过第二计量模块600进行计量，由其测出汇入电网的电能总量，以获得相应的电价收入。若由于自然原因或者其他外界因素，导致光伏组件100发电量较少或者不发电、发电量无法满足交流负载的工作需求，则此时电网可以通过分配模块300向用户输送交流负载所需电能，该交流电同样经过第二计量模块600，为用户消耗电网中的电能进行计费。
进一步的，可监控的分布式光伏发电系统还包括控制模块700和储存模块800，其中的储存模块800用于将由光伏组件100所产生的电能进行部分存储，当白天光照不足或者处于夜间之时(负载需求大于光伏组件100的发电量)，储存模块800释放电能，以满足负载的电能需求。而控制模块700则用于控制和规定储存模块800的充、放电条件，并能够按照实际负载的电源需求控制光伏组件100和储存模块800对负载的电能输出。
本发明中的储存模块800可以采用蓄电池，其能够储存来自汇流件101的直流电；而控制模块700可以采用常规的光伏控制器，其能够防止蓄电池的过充或者过放，且能够提供负载控制的功能。
进一步的，上述的控制模块700与储存模块800直接连接，且控制模块700位于汇流件101与转换模块200之间，汇流件101通过控制模块700与转换模块200进行连接。此外，若用户需要用到以直流供电工作的设备，也可以将该设备与控制模块700建立联系，并通过控制模块700将来自汇流件101的直流电输送至直流设备，为用户提供直流负载。但需要注意的是：若涉及到直流负载的使用，则控制模块700还可以连接有直流配电柜，并通过直流配电柜对来自汇流件101的直流电进行分配使用。
进一步的，本发明所述可监控的分布式光伏发电系统还包括监控单元900，其能够监测发电系统的工作状态，及其相关的工作数据信息，此外监控单元900还能够采集外界的气象信息，并将其实时反馈给用户。
具体的，监控单元900包括采集模块901，采集模块901与各个终端设备(如摄像机、环境监测仪或气象站等)进行连接，用以采集发电系统相关的各项工作数据和环境参数。因此，本发明中的采集模块901为数据采集器。采集模块901同时与控制模块700以及转换模块200进行连接，并能够在控制模块700的控制下实时采集转换模块200的工作状态(如交流电转换效率、交流电输出量等)。
此外，监控单元900还包括监测模块902，监测模块902即为与采集模块901进行连接的终端设备，如：本发明中的监测模块902可以包括温度仪902a、辐射仪902b、风速仪902c等等，用于分别监测发电系统周边的环境温度、太阳辐射强度、风力强度等环境参数，且分别与采集模块901进行连接。较佳的，监测模块902还包括录像机902d，录像机902d通过其外接的摄像头902d-1来获取现场的实际状况，然后将该现场录像资料传送至与之连接的采集模块901。摄像头902d-1可以设置在光伏组件100、转换模块200、控制模块700等设备的附近，对其进行实时监控录像。
采集模块901还连接有第一客户端903，第一客户端903为用于查看采集模块901所采集得到的相关数据信息，该数据信息包括上述的转换模块200的工作状态、自然环境参数以及现场录像资料等。本发明中的第一客户端903为本地的监控PC，上述的采集模块901在采集得到来自监测模块902以及转换模块200的相关数据信息之后，将该相关数据信息再次实时传输至第一客户端903，最终被用户所查看。
同时，监控单元900还可以包括第二客户端904，此处的第二客户端904是相对于第一客户端903而言的远端智能终端，如远端的计算机、智能手机或者平板等电子终端设备。监测模块902与第二客户端904之间进行无线连接，并能够将监测模块902所监测得到的所述相关数据信息通过无线传输的方式发送至第二客户端904。此处的“无线连接”可以采用GPRS进行无线连接。因此，用户即使是在远处甚至异地，也能够随时查看发电系统的实时工作状态。
参照图2～14，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于上一个实施例的是：上述实施例中的转换模块200采用并网逆变器，并网逆变器除了可以将直流电转换成交流电外，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可以回到市电。
但是，实际中由于分布式电源接入位置的分散性以及输电线路、变压设备的存在等原因，使公共电网等效出一个不可忽略的电网阻抗，表现出弱电网特性。并网逆变器作为连接可监控的分布式光伏发电系统和电网主要的功率接口单元，当其工作在弱电网环境下，系统的稳定裕度会受到影响，严重时将失去稳定。
针对弱电网中电网阻抗的增加导致并网电流谐波增大，甚至造成并网逆变器的不稳定问题，同时也为了保证发电系统的稳定性，提高并网电流质量等因素，本发明中的并网逆变器还涉及一种控制方法，该方法从阻抗分析角度出发，通过对LCL滤波器的电容前馈支路附加超前校正网络，来实现提升系统稳定性的作用。
所述并网逆变器所采用的控制方法是一种弱电网下基于阻抗分析的三相LCL型并网逆变器的控制方法，其包含以下步骤：
S1：绘制包括锁相环在内的LCL型并网逆变器控制框图，具体包含：
S11：绘制包括锁相环在内的三相LCL型并网逆变器控制框图；
S12：将abc三相静止坐标系下的电压电流分量转换到αβ两相静止坐标系下；
S13：建立α轴下的并网逆变器控制框图及等效控制框图。
S2：建立包括锁相环在内的并网逆变器等效输出阻抗模型，具体包含：
S21：推导出由锁相环等效的阻抗和并网逆变器的等效输出阻抗；
S22：建立由输出阻抗和电网阻抗串联的等效电路模型。
S3：采用阻抗分析法分析锁相环以及电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响
S31：考虑锁相环的存在对并网逆变器稳定性的影响；
S32：采用阻抗分析法分析电网阻抗的增加对系统稳定性的影响机理。
S4：验证超前校正网络对系统稳定裕度的提升作用。
S41：所提基于电容电流前馈的相角补偿法的基本思想；
S42：相角补偿的参数设计过程。
如下提供一种实施例进行详细说明：
如图2所示，图中，Vin为直流侧输入电压；L1为逆变器侧电感，Cf为滤波电容，R为与Cf进行串联的阻尼电阻，L2为电网侧滤波电感，它们共同组成具有无源阻尼性质的LCL滤波器；i1和i2分别为逆变器侧电流和并网电流；PCC为分布式电网公共耦合点；Zg是电网阻抗；Ug为电网电压；控制器采用PI控制；控制系统通过锁相环获得与PCC电压同步的并网电流指令信号i2αβ *。其中锁相环采用基于同步旋转坐标系的软件锁相法(Synchronous ReferenceFrame Phase Locked Loop，SRF-PLL)，其控制框图如图3所示。
以α轴电流控制为例，图4所示为包括锁相环在内的并网逆变器控制框图。KPWM表示正弦脉宽调制环节，它取决于直流侧输入电压Vin与三角载波幅值Vtri的比值。Gc(s)为滤波电容与电阻组成的串联支路表达式：
整个框图包括两部分，一部分是并网电流单闭环控制回路，即并网电流基准值i2α *到并网电流ig的环路部分；另一部分是锁相环回路，即公共电压点电压UPCC通过锁相环到并网电流基准值i2α *的环路部分。因此，并网电流i2α可以表示为：
其中，
考虑锁相环对控制系统的影响后，并网电流只受到公共电压点的影响，故可将其改写为如下形式：
其中，ZPLL(s)为锁相环回路的等效阻抗，Zo(s)为并网电流控制回路的输出阻抗，定义系统的等效输出阻抗为Zinv(s)。因此Zinv(s)是由锁相环等效阻抗ZPLL(s)与并网电流控制回路的输出阻抗Zo(s)并联而成，表达式如下。图5所示为包括锁相环在内的并网逆变器诺顿等效电路。
首先分析Zinv(s)的稳定性。由图5可知，其与Zo(s)和ZPLL(s)有关。由于1/Zo(s)是在不考虑锁相环回路且电网阻抗Zg(s)＝0的前提下，已经预先按照稳定性标准设计完成，所以通常认为1/Zo(s)稳定；而ZPLL(s)为负阻抗性质，幅值与Gx1、Gx2、Im *、TPLL(s)有关。Gx1、Gx2由系统固有参数决定，因此影响ZPLL(s)幅值特性和相位特性的变量是Im *和TPLL(s)。Im *越大，ZPLL(s)的幅值越小，由并联知识可知，ZPLL(s)对Zinv(s)的幅值影响越大，同时会导致Zinv(s)的相角越小，从而稳定性变差。因此，并网电流参考值Im *的选取不宜过大。
图6是并网电流控制回路输出阻抗Zo(s)和系统输出阻抗Zinv(s)的bode图。从图中可以看出，锁相环的存在降低了输出阻抗的模值，而且在低频段还带来了相位滞后的问题，从而影响Zinv(s)的稳定性，这一问题可以通过对锁相环参数的合理设计得以解决。
其次，要考虑Zg(s)/Zinv(s)部分，该部分在满足奈奎斯特稳定性判据时才能保证并网逆变器的稳定性，即要求Zg(s)/Zinv(s)在幅值相等时有一定的相位裕度。设Zg(s)/Zinv(s)幅值相等时对应的频率为交截频率fi，则相位裕度PM为：
相应地，Zg(s)/Zinv(s)在nyquist曲线图中表现为与单位圆有至少一个的交点，这些交点与和原点形成的直线与实轴的负半轴的夹角即为相位裕度，如图7所示。从图中可以看出，随着电网阻抗的增加，相位裕度逐渐减小为负数，会增大交截频率附近的谐波，甚至造成并网逆变器系统的不稳定。由于电网阻抗默认为纯感性，为了解决电网阻抗增大时造成的相位裕度减小问题，只能提升逆变器输出阻抗Zinv(s)的相角。
基于以上分析，本发明提出定义一个超前校正网络Gp(s)作为相角补偿函数来解决这一问题，表达式如下。选择将Gp(s)作为电容电流前馈通路上的反馈函数来实现相位的补偿，对应的控制框图如图8所示。
此时并网逆变器的等效输出阻抗为：
比较看出，相位补偿以后的输出阻抗分别在分子和分母上多了一项与Gp(s)有关的表达式，从数学角度分析，Zinv_p(s)可由Zinv(s)先串联Zc(s)，后并联Zb(s)得到，如图9所示。
其中：
因此，要实现对逆变器输出阻抗的相位补偿，应对Gp(s)的参数进行合理的设计。其基本原则是：基于现有的电网阻抗在线测量技术确定电网阻抗值，计算电网阻抗与逆变器输出阻抗在交截频率处的实际相位裕度值，然后将实际值与设定的相位裕度进行对比，基于差值来对Gp(s)中的z和p进行设计。
由于Gp(s)实现的是对相位的补偿，所以只对Gp(s)频率特性的相频函数进行分析：
根据实际实验条件下并网逆变器的额定功率，假定已经测量出电网阻抗为2mH。已知的电网阻抗和逆变器输出阻抗的bode图如图10所示。在相位补偿前，Zinv(s)与Zg(s)在交截频率处对应的相位裕度约为-1.4°，这时的逆变器接近临界稳定状态，因此需要对相位裕度进行补偿。若假定最大补偿相角为45°，则补偿后的相角接近45°，可以在很大程度上减少谐波问题。
对Gp(s)频率特性的相频函数求导可以得出在ωm处存在一个最大的补偿相角
由图10读出ωm＝13446rad/s，设定联解上式得到p＝32465，z＝5568。同样图10可以看出，基于此设计出的经过相位补偿以后的输出阻抗与电网阻抗的交截频率几乎不变，而相位裕度为43°，基本上达到了想要的相位裕度补偿效果。同时，由于输出阻抗在中低频段的幅值增益几乎不变，保证了并网逆变器对电网电压的抗干扰能力。
图11所示为考虑锁相环对系统的影响后，理想电网下的系统稳态性能测试。可以看出，并网电流无明显低频振荡，说明并网系统具有良好的稳定性。仿真中将电网阻抗设置为2mH，对应的并网点电压电流波形如图12所示。由两图对比可知，在理想电网条件下，并网逆变器稳定工作，系统有足够的相位裕度，此时并网电流的THD值为2.12％，符合并网要求。当电网阻抗增大为2mH时，明显增加了并网电压的畸变率，造成并网电流剧烈振荡现象的产生，不利于接入电网的其他设备的正常运行。这与图10所示的相位补偿前，系统的输出阻抗与电网阻抗在交截频率处相位裕度为负值的结果一致。图13为在前述相同情况下，采用所提补偿相位裕度后的并网电压与电流图。可以看出，经过相位补偿以后的的并网电压和电流的波形畸变率都大大减小，电容支路上的前馈补偿函数消除了电网阻抗带来的不利影响，此时的并网电流的THD值1.86％，且主要为高次谐波，便于消除。
其次，图14给出了当指令电流改变时，所提方法并网电流的A相动态仿真波形。由图可知，经过相位补偿以后的系统可以实现对指令电流的精准跟踪，从满载到半载时的动态超调量为3.07A，但一个周期内就达到了稳定状态，具有较好的动态响应能力。系统从满载到半载，再到满载的并网电流THD值分别为2.34％、3.73％、1.83％，均达到了并网电流THD值小于5％的并网标准。
综上所述，本发明的控制策略从阻抗分析的角度出发，给出了一种提升并网逆变器系统稳定性的方法，且设计过程简便，便于在工程实际中进行推广应用，并为其他阻抗控制方法提供设计思路。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：包括，
光伏组件(100)，能够将太阳辐射能转换成直流电，所述光伏组件(100)对应有汇流件(101)，并通过其所对应的所述汇流件(101)将转换成的所述直流电输送至转换模块(200)；
转换模块(200)，与所述汇流件(101)建立联系，接收来自所述光伏组件(100)的直流电，并将所述直流电转换为交流电；
分配模块(300)，与所述转换模块(200)进行连接，并将来自所述转换模块(200)的所述交流电输送至终端设备上，同时，所述分配模块(300)还通过变压模块(400)连接到电网；
控制模块(700)，所述汇流件(101)通过所述控制模块(700)与所述转换模块(200)进行连接，所述控制模块(700)还连接有储存模块(800)，且所述储存模块(800)能够储存来自所述汇流件(101)的直流电；以及，
监控单元(900)，包括采集模块(901)，所述采集模块(901)同时与所述控制模块(700)以及所述转换模块(200)进行连接，并能够在所述控制模块(700)的控制下实时采集所述转换模块(200)的工作状态；
所述监控单元(900)还包括监测模块(902)，并将所述监测模块(902)所监测得到的数据信息发送至第一客户端(903)；同时，所述监测模块(902)还与第二客户端(904)进行无线连接，并能够将所述监测模块(902)所监测得到的数据信息通过无线传输的方式发送至所述第二客户端(904)；
所述转换模块(200)采用并网逆变器，所述并网逆变器采用如下控制方法：
S1：绘制包括锁相环在内的LCL型并网逆变器控制框图；
S2：建立包括锁相环在内的并网逆变器等效输出阻抗模型；
S3：采用阻抗分析法分析锁相环以及电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响；
S4：验证超前校正网络对系统稳定裕度的提升作用。
2.如权利要求1所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述转换模块(200)与分配模块(300)之间设置有第一计量模块(500)，所述分配模块(300)通过向所述终端设备输送交流电为其提供工作所需电能，而其余的电能则通过所述变压模块(400)输送至电网，所述分配模块(300)与所述变压模块(400)之间还设置有第二计量模块(600)。
3.如权利要求1所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述的步骤S1具体包含：
S11：绘制包括锁相环在内的三相LCL型并网逆变器控制框图；
S12：将abc三相静止坐标系下的电压电流分量转换到αβ两相静止坐标系下；
S13：建立α轴下的并网逆变器控制框图及等效控制框图。
4.如权利要求3所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述的步骤S12中，abc三相静止坐标系下的电压电流分量到αβ两相静止坐标系下的变换矩阵为：
5.如权利要求1～4任一所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述的步骤S2具体包含：
S21：推导出由锁相环等效的阻抗和并网逆变器的等效输出阻抗；
S22：建立由输出阻抗和电网阻抗串联的等效电路模型。
6.如权利要求5所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：并网逆变器的等效输出阻抗是由锁相环节等效的阻抗与系统并网电流单闭环控制时的等效阻抗并联而成。
7.如权利要求1～4或6任一所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述的步骤S3具体包含：
S31：考虑锁相环的存在对并网逆变器稳定性的影响；
S32：采用阻抗分析法分析电网阻抗的增加对系统稳定性的影响机理。
8.如权利要求7所述的可监控的分布式光伏发电系统，其特征在于：所述的步骤S31中，锁相环对并网逆变器稳定性的影响通过对锁相环参数的合理设计得以校正。
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