CN109494798A - 光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，逆变器主动响应电压偏差，减少了无功补偿装置的投入。本发明为并网系统设置了四种响应模式，能够根据电网电压的跌落程度以及逆变器自身的无功输出裕度合理的安排逆变器以及无功补偿装置的无功输出，既体现了并网逆变器的主动性，又具有对电网连接的友好性。本发明对逆变器与无功补偿装置进行协调控制，能够平滑、快速的输出大量无功功率来支撑电压恢复，有效地解决了现有技术中故障下间接并网电网型系统的不脱网运行能力较弱的问题。

Description

光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法
技术领域
本发明涉及新能源发电领域，特别是涉及光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法。
背景技术
光伏发电系统集中并入输电系统，由于输电线路的阻抗较大，随着光伏发电系统容量的增加，其输出有功功率的波动会对并网点母线电压幅值产生影响，当接入电网较弱时，并网点电压的幅值波动范围有可能会超出电力系统的运行要求，严重时还会影响电力系统电压稳定性。
光伏发电系统由于变流器削弱或者隔离了发电设备与电力系统的电气连接，输出功率可灵活控制且相响应较快，通过改变控制策略和运行方式，可人为使其输出功率与电网电压相关，从而保障电力系统的稳定运行。电网故障引起电压跌落时，可通过控制变流器使其输出一定的无功功率以支撑电网电压恢复。然而，由于功率器件过电压和过电流的能力非常有限，故障下间接并网电网型系统的不脱网运行能力较弱，若没有保护措施或者合理的控制方案，系统不得不从电网中切出，从而导致大量的有功功率和无功功率的缺失，进而引起电力系统电压的大幅下降，甚至会引起整个电力系统的崩溃。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，能够解决现有技术中故障下间接并网电网型系统的不脱网运行能力较弱的问题。
技术方案：本发明所述的光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，包括以下步骤：
S1：预先设置电网额定电压UN、并网点正常运行的最低电压限值Unor、光伏电站需要耐受的电压下限Umin和并网系统相关特性参数，实时采集并网点电气量信息和并网系统的相关运行数据并进行预处理；
S2：根据逆变器主动支撑的电压跌落深度ΔUinv和步骤S1设置的并网点正常运行的最低电压限值Unor确定逆变器主动支撑电压响应可耐受的最低电压Uinv，Uinv＝Unor-ΔUinv，其中，ΔUinv通过以下式子得到：其中，SVQ为逆变器的无功电压灵敏度；
S3：通过比较判断模块将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，确定并网系统的工作响应模式，在工作响应模式下，各个无功补偿装置根据自身的控制策略输出无功功率，支撑电网电压的逐渐恢复；
S4：在电网电压的恢复过程中，比较判断模块继续将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，依次切出无功补偿装置。
进一步，所述步骤S1中的并网系统相关特性参数包括电压跌落到Umin时需要保持并网的时间T1以及电压跌落到Unor时需要保持并网的时间T2。
进一步，所述步骤S1中的并网点电气量信息包括电网电压US、电网电流iS、各逆变器单元交流侧输出电压Uit以及各逆变器单元交流侧输出电流Iit。
进一步，所述步骤S2中，还为光伏并网系统设置电压死区恒功率因数运行模式、逆变器主动支撑电压偏差响应模式、越限区逆变器最大无功运行模式和逆变器退出运行模式这四种响应模式。
进一步，当并网点电压US处于(Unor，UN)范围时，系统处于电压死区恒功率因数运行模式，逆变器电压、电流双闭环控制输出有功功率与无功功率；
当US处于(Uinv，Unor)范围时，系统处于逆变器主动支撑电压偏差响应模式，第i个逆变器输出的无功电流Iiqref为其中，Ed为电网电压d轴分量，Qiref为第i个逆变器需输出无功功率的参考指令，Qref为电网所需的无功功率，Qitmax为第i个逆变器的无功输出极限，Uit为第i个逆变器的交流侧电压，xit为逆变器输送线路阻抗，为所有逆变器的总的无功输出极限，n为逆变器的总个数；
当US处于(Umin，Uinv)范围时，系统处于越限区逆变器最大无功运行模式，每个逆变器输出最大无功功率，无功补偿装置动作，无功补偿装置采用SVS与STATCOM协调控制；
当US处于(0，Umin)范围时，系统处于逆变器退出运行模式，切出光伏电站，无功补偿装置单独作用全力输出无功功率。
有益效果：本发明公开了一种光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明中，逆变器主动响应电压偏差，减少无功补偿装置的投入，体现了本发明的经济性；
2)本发明为并网系统设置了四种响应模式，能够根据电网电压的跌落程度以及逆变器自身的无功输出裕度合理的安排逆变器以及无功补偿装置的无功输出，既体现了并网逆变器的主动性，又具有对电网连接的友好性；
3)本发明对逆变器与无功补偿装置进行协调控制，能够平滑、快速的输出大量无功功率来支撑电压恢复，有效地解决了现有技术中故障下间接并网电网型系统的不脱网运行能力较弱的问题。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法的示意图；
图2为本发明具体实施方式中光伏并网系统四种响应模式的示意图；
图3为本发明具体实施方式中无功补偿装置的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式中STATCOM与SVS模糊控制示意图；
图5为本发明具体实施方式中并网光伏发电系统模型示意图；
图6为本发明具体实施方式中基于电网电压定向的逆变器双环矢量控制系统的示意图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，光伏并网系统发电系统如图5所示，建模过程中，认为逆变器理想，通过电抗器XT同电网相连，光伏发电单元无功补偿装置的结构如图3所示，本方法如图1所示，包括以下步骤：
S1：预先设置电网额定电压UN、并网点正常运行的最低电压限值Unor、光伏电站需要耐受的电压下限Umin和并网系统相关特性参数，实时采集并网点电气量信息和并网系统的相关运行数据并进行预处理；
S2：根据逆变器主动支撑的电压跌落深度ΔUinv和步骤S1设置的并网点正常运行的最低电压限值Unor确定逆变器主动支撑电压响应可耐受的最低电压Uinv，Uinv＝Unor-ΔUinv，其中，ΔUinv通过以下式子得到：其中，SVQ为逆变器的无功电压灵敏度；
S3：通过比较判断模块将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，确定并网系统的工作响应模式，在工作响应模式下，各个无功补偿装置根据自身的控制策略输出无功功率，支撑电网电压的逐渐恢复；
S4：在电网电压的恢复过程中，比较判断模块继续将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，依次切出无功补偿装置。
步骤S1中的并网系统相关特性参数包括电压跌落到Umin时需要保持并网的时间T1以及电压跌落到Unor时需要保持并网的时间T2。
步骤S1中的并网点电气量信息包括电网电压US、电网电流iS、各逆变器单元交流侧输出电压Uit以及各逆变器单元交流侧输出电流Iit。
步骤S2中，还为光伏并网系统设置电压死区恒功率因数运行模式、逆变器主动支撑电压偏差响应模式、越限区逆变器最大无功运行模式和逆变器退出运行模式这四种响应模式，如图2所示。
当并网点电压US处于(Unor，UN)范围时，系统处于电压死区恒功率因数运行模式，逆变器电压、电流双闭环控制输出有功功率与无功功率；
当US处于(Uinv，Unor)范围时，系统处于逆变器主动支撑电压偏差响应模式，第i个逆变器输出的无功电流Iiqref为其中，Ed为电网电压d轴分量，Qiref为第i个逆变器需输出无功功率的参考指令，Qref为电网所需的无功功率，Qitmax为第i个逆变器的无功输出极限，Uit为第i个逆变器的交流侧电压，xit为逆变器输送线路阻抗，为所有逆变器的总的无功输出极限，n为逆变器的总个数；
当US处于(Umin，Uinv)范围时，系统处于越限区逆变器最大无功运行模式，每个逆变器输出最大无功功率，无功补偿装置动作，无功补偿装置采用SVS与STATCOM协调控制，如图4所示；
当US处于(0，Umin)范围时，系统处于逆变器退出运行模式，切出光伏电站，无功补偿装置单独作用全力输出无功功率。
下面详细介绍一下系统处于越限区逆变器最大无功运行模式时的情况：1)逆变器接收到运行指令，立即无条件输出最大无功功率Qitmax，根据计算出各逆变器无功电流参考值Iiqref，与此同时，断开图6所示的电压外环，给定不过流的电流内环参考值Iidref或者对电流内环参考值Iidref设置上限。分别将Iiqref、Iidref与电网电流IS dq坐标轴下的无功、有功分量Iiq、Iid比较，经前馈解耦得到逆变器交流侧电压参考值udref、uqref，利用锁相环技术dq到αβ变换后经SVPWM即可得到逆变器触发信号，从而使得逆变器输出相应的无功功率。2)无功补偿装置在接收到运行指令后，根据电压跌落深度ΔU，低电压下STATCOM经比例环节控制立即输出无功提高并网点电压；与此同时，SVS经比例微分环节缓慢输出无功，在电压恢复阶段，STATCOM输出的无功逐渐减少直到电压恢复到Uinv时STATCOM自动切出为下次的无功输出储备更多的能量。

Claims (5)

1.光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：预先设置电网额定电压UN、并网点正常运行的最低电压限值Unor、光伏电站需要耐受的电压下限Umin和并网系统相关特性参数，实时采集并网点电气量信息和并网系统的相关运行数据并进行预处理；
S2：根据逆变器主动支撑的电压跌落深度ΔUinv和步骤S1设置的并网点正常运行的最低电压限值Unor确定逆变器主动支撑电压响应可耐受的最低电压Uinv，Uinv＝Unor-ΔUinv，其中，ΔUinv通过以下式子得到：其中，SVQ为逆变器的无功电压灵敏度；
S3：通过比较判断模块将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，确定并网系统的工作响应模式，在工作响应模式下，各个无功补偿装置根据自身的控制策略输出无功功率，支撑电网电压的逐渐恢复；
S4：在电网电压的恢复过程中，比较判断模块继续将并网点电压US分别与UN、Unor、Uinv以及Umin相比较，依次切出无功补偿装置。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤S1中的并网系统相关特性参数包括电压跌落到Umin时需要保持并网的时间T1以及电压跌落到Unor时需要保持并网的时间T2。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤S1中的并网点电气量信息包括电网电压US、电网电流iS、各逆变器单元交流侧输出电压Uit以及各逆变器单元交流侧输出电流Iit。
4.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，还为光伏并网系统设置电压死区恒功率因数运行模式、逆变器主动支撑电压偏差响应模式、越限区逆变器最大无功运行模式和逆变器退出运行模式这四种响应模式。
5.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器与无功补偿装置的协调控制方法，其特征在于：
当并网点电压US处于(Unor，UN)范围时，系统处于电压死区恒功率因数运行模式，逆变器电压、电流双闭环控制输出有功功率与无功功率；
当US处于(Uinv，Unor)范围时，系统处于逆变器主动支撑电压偏差响应模式，第i个逆变器输出的无功电流Iiqref为其中，Ed为电网电压d轴分量，Qiref为第i个逆变器需输出无功功率的参考指令，Qref为电网所需的无功功率，Qitmax为第i个逆变器的无功输出极限，Uit为第i个逆变器的交流侧电压，xit为逆变器输送线路阻抗，为所有逆变器的总的无功输出极限，n为逆变器的总个数；
当US处于(Umin，Uinv)范围时，系统处于越限区逆变器最大无功运行模式，每个逆变器输出最大无功功率，无功补偿装置动作，无功补偿装置采用SVS与STATCOM协调控制；
当US处于(0，Umin)范围时，系统处于逆变器退出运行模式，切出光伏电站，无功补偿装置单独作用全力输出无功功率。
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