CN109659971B - 离网光伏发电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了离网光伏发电系统的控制方法，包括电压控制和频率控制；电压控制是将采集的系统实时运行母线电压与系统额定运行电压之间的差值作为输入变量，通过电压‑有功数学模型计算输出有功调节差值，通过系统监控系统下达有功调节命令，通过增加电源出力或切负荷等方式调剂系统有功平衡以补偿电压偏差。频率控制是将采集的系统实时运行频率与系统额定运行频率之间的差值作为输入变量，通过频率‑无功数学模型计算输出无功调节差值，通过系统监控系统下达无功调节命令，通过系统无功平衡的调节补偿频率偏差。本发明确保离网光伏或光储系统内的电压/频率处于正常的运行范围，维持离网系统运行稳定性。

Description

离网光伏发电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及离网光伏发电系统的控制方法。

背景技术

随着世界经济发展，传统化石能源短缺、环境污染加重、电力需求增长等问题日益突出，电能替代成为当今能源利用的主题。一方面我国分布式光伏发展迅猛，随着分布式光伏系统接入电网的穿透率日渐增大、分布式光伏离网孤岛运行需求日益迫切，分布式光伏离网运行系统将成为新能源电力应用的一种典型方案；另一方面，东南亚、非洲、美洲等无电地区对电力需求迫切，无论是经济能力还是现实困境，都不会走传统电源、电网的建设模式，区域的中型、微型光伏、光储等发电系统将成为主流的电力应用模式。

目前，对离网系统的研究主要围绕离网型微电网的概念开展，大多研究储能配置、继电保护等方面，运行控制的研究主要围绕时域较长的能量管理系统，电压频率实时稳定控制主要依托功率输出与负荷用电之间的平衡来实现，没有系统考虑离网系统电压/频率与系统有功/无功之间的数学关系，导致离网系统电压/频率稳定控制精度较差，离网系统频繁启停。

因此，需要对现有的离网光伏发电系统的控制方法进行改进，克服现有技术的缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供离网光伏发电系统的控制方法，实现的目的之一是确保离网光伏或光储系统内的电压/频率处于正常的运行范围，维持离网系统运行稳定性。

为实现上述目的，本发明公开了离网光伏发电系统的控制方法；包括电压控制和/或频率控制；

所述电压控制的步骤如下：

A1、第一步，设定系统允许的运行电压偏差值ΔU_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，所述运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

A2、计算电压偏差绝对值，如果|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e，则进入电压控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算电压偏差，直到|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e；

A3、根据电压-有功数学模型公式计算t+1时刻的有功调整值ΔP_t+1；

A4、根据所述有功调整值ΔP_t+1的数值大小情况执行不同的控制程序；当所述t+1时刻有功调整值ΔP_t+1≥0时，执行步骤A5.1；当所述t+1时刻有功调整值ΔP_t+1＜0时，执行步骤A5.2；

A5.1、通过增加所述系统中逆变器出力或切除一定负荷来维持电压水平，判断所述逆变器备用容量ΔP_t ^G与所述有功调整值ΔP_t+1之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^G≤ΔP_t+1时，先将逆变器出力调节为：

不足的部分再切除负荷：

当ΔP_t ^G＞ΔP_t+1时，将逆变器出力调整为：

A5.2、通过恢复之前切除的负荷或降低逆变器出力来维持电压水平，判断所述t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L与所述有功调整值的绝对值|ΔP_t+1|之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^L≤|ΔP_t+1|时，先将

负荷恢复，不足的部分再降低逆变器的出力：

当ΔP_t ^L＞|ΔP_t+1|时，将

负荷恢复；

A6、结束所述电压控制，回到开始。

所述频率控制的步骤如下：

B1、设定系统允许的运行频率偏差值Δf_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，所述运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

B2、计算频率偏差绝对值，如果|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e，则进入频率控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算频率偏差，直到|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e；

B3、根据频率-无功数学模型公式计算t+1时刻感性无功调整值ΔQ_L·(t+1)，以及t+1时刻容性无功调整值ΔQ_C·(t+1)；

B4、根据无功调整的对象是感性还是容性执行不同的控制程序；

当无功调整对象为感性无功装置时，无功装置的感性调整值

当无功调整对象为容性无功装置时，无功装置的容性调整值

B5、结束所述频率控制，回到开始。

优选的，所述步骤A3中，所述电压-有功数学模型的公式如下：

式中，U_e、U_t、P_t为系统额定运行电压和t时刻的运行电压及系统有功功率，ΔU_t为t时刻系统的电压偏差，ΔP_t+1为t+1时刻系统的有功调节值。

优选的，所述步骤B3中，所述频率-无功数学模型的公式如下：

式中，f_e、f_t、Q_L·t、Q_C·t为系统额定运行频率和t时刻的运行频率、系统感性无功功率、系统容性无功功率，Δf_t为t时刻系统的频率偏差，ΔQ_L·(t+1)、ΔQ_C·(t+1)为t+1时刻系统的感性或容性无功调节值。

本发明的有益效果：

本发明的应用能够等效实现传统电网中的AGC/AVC自动控制系统功能，能够自动检测系统电压/频率偏差，并及时发出有功/无功调节指令，调整系统电压/频率处于安全运行范围内。

本发明的控制方法及数学模型与光伏逆变器或储能变流器的控制算法相结合，能使逆变器或变流器具备电压频率自适应控制功能，等效具备传统电网中的一次调频能力。

本方法中的数学模型用于离网光储系统的配置比设计，通过系统内大功率冲击负荷的有功/无功规模，能够更合理的配置储能规模。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例中离网光伏系统电气接线示意图。

图2示出本发明一实施例中离网光伏系统电压控制系统框图。

图3示出本发明一实施例中离网光伏系统电压控制实施流程图。

图4示出本发明一实施例中离网光伏系统频率控制系统框图。

图5示出本发明一实施例中离网光伏系统频率控制实施流程图。

具体实施方式

实施例

如图1所示的离网光伏系统，其中电压控制系统如图2所示，频率控制系统如图4所示。

如图3所示，电压控制的步骤如下：

A1、第一步，设定系统允许的运行电压偏差值ΔU_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

A2、计算电压偏差绝对值，如果|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e，则进入电压控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算电压偏差，直到|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e；

A3、根据电压-有功数学模型公式计算t+1时刻的有功调整值ΔP_t+1；

A4、根据有功调整值ΔP_t+1的数值大小情况执行不同的控制程序；当t+1时刻有功调整值ΔP_t+1≥0时，执行步骤A5.1；当t+1时刻有功调整值ΔP_t+1＜0时，执行步骤A5.2；

A5.1、通过增加系统中逆变器出力或切除一定负荷来维持电压水平，判断逆变器备用容量ΔP_t ^G与有功调整值ΔP_t+1之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^G≤ΔP_t+1时，先将逆变器出力调节为：

不足的部分再切除负荷：

当ΔP_t ^G＞ΔP_t+1时，将逆变器出力调整为：

A5.2、通过恢复之前切除的负荷或降低逆变器出力来维持电压水平，判断t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L与有功调整值的绝对值|ΔP_t+1|之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^L≤|ΔP_t+1|时，先将

负荷恢复，不足的部分再降低逆变器的出力：

当ΔP_t ^L＞|ΔP_t+1|时，将

负荷恢复；

A6、结束电压控制，回到开始。

电压控制的原理如下，将采集的系统实时运行母线电压与系统额定运行电压之间的差值作为输入变量，通过电压-有功数学模型计算输出有功调节差值，通过系统监控系统下达有功调节命令，通过增加电源出力或切负荷等方式调剂系统有功平衡以补偿电压偏差。

如图5所示，频率控制的步骤如下：

B1、设定系统允许的运行频率偏差值Δf_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

B2、计算频率偏差绝对值，如果|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e，则进入频率控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算频率偏差，直到|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e；

B3、根据频率-无功数学模型公式计算t+1时刻感性无功调整值ΔQ_L·(t+1)，以及t+1时刻容性无功调整值ΔQ_C·(t+1)；

B4、根据无功调整的对象是感性还是容性执行不同的控制程序；

当无功调整对象为感性无功装置时，无功装置的感性调整值

当无功调整对象为容性无功装置时，无功装置的容性调整值

B5、结束频率控制，回到开始。

频率控制的原理如下：将采集的系统实时运行频率与系统额定运行频率之间的差值作为输入变量，通过频率-无功数学模型计算输出无功调节差值，通过系统监控系统下达无功调节命令，通过系统无功平衡的调节补偿频率偏差。

在某些实施例中，步骤A3中，电压-有功数学模型的公式如下：

式中，U_e、U_t、P_t为系统额定运行电压和t时刻的运行电压及系统有功功率，ΔU_t为t时刻系统的电压偏差，ΔP_t+1为t+1时刻系统的有功调节值。

在某些实施例中，步骤B3中，频率-无功数学模型的公式如下：

式中，f_e、f_t、Q_L·t、Q_C·t为系统额定运行频率和t时刻的运行频率、系统感性无功功率、系统容性无功功率，Δf_t为t时刻系统的频率偏差，ΔQ_L·(t+1)、ΔQ_C·(t+1)为t+1时刻系统的感性或容性无功调节值。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.离网光伏发电系统的控制方法；其特征在于：包括电压控制和/或频率控制；

所述电压控制的步骤如下：

A1、第一步，设定系统允许的运行电压偏差值ΔU_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，所述运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

A2、计算电压偏差绝对值，如果|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e，则进入电压控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算电压偏差，直到|ΔU_t|＝|U_t-U_e|≥ΔU_e；

A3、根据电压-有功数学模型公式计算t+1时刻的有功调整值ΔP_t+1；

所述电压-有功数学模型公式如下：

式中，U_e、U_t、P_t为系统额定运行电压和t时刻的运行电压及系统有功功率，ΔU_t为t时刻系统的电压偏差，ΔP_t+1为t+1时刻系统的有功调节值；

A4、根据所述有功调整值ΔP_t+1的数值大小情况执行不同的控制程序；当所述t+1时刻有功调整值ΔP_t+1≥0时，执行步骤A5.1；当所述t+1时刻有功调整值ΔP_t+1＜0时，执行步骤A5.2；

A5.1、通过增加所述系统中逆变器出力或切除一定负荷来维持电压水平，判断所述逆变器备用容量ΔP_t ^G与所述有功调整值ΔP_t+1之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^G≤ΔP_t+1时，先将逆变器出力调节为：

不足的部分再切除负荷：

当ΔP_t ^G＞ΔP_t+1时，将逆变器出力调整为：

A5.2、通过恢复之前切除的负荷或降低逆变器出力来维持电压水平，判断所述t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L与所述有功调整值的绝对值|ΔP_t+1|之间的关系执行以下步骤：

当ΔP_t ^L≤|ΔP_t+1|时，先将

负荷恢复，不足的部分再降低逆变器的出力：

当ΔP_t ^L＞|ΔP_t+1|时，将

负荷恢复；

A6、结束所述电压控制，回到开始；

所述频率控制的步骤如下：

B1、设定系统允许的运行频率偏差值Δf_e、额定运行电压值U_e和额定运行频率值f_e，读取系统实时的运行参数，所述运行参数包括t时刻运行电压值U_t、t时刻运行频率值f_t、t时刻运行有功值P_t、t时刻逆变器输出有功值P_t ^G、t时刻负载有功值P_t ^L、t时刻逆变器有功备用容量ΔP_t ^G、t时刻前累计负载切除值ΔP_t ^L、t时刻无功装置输出感性无功值

t时刻无功装置输出容性无功值

B2、计算频率偏差绝对值，如果|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e，则进入频率控制程序，否则返回开始，重新读取数值，计算频率偏差，直到|Δf_t|＝|f_t-f_e|≥Δf_e；

B3、根据频率-无功数学模型公式计算t+1时刻感性无功调整值ΔQ_L·(t+1)，以及t+1时刻容性无功调整值ΔQ_C·(t+1)；

所述频率-无功数学模型公式如下：

式中，f_e、f_t、Q_L·t、Q_C·t为系统额定运行频率和t时刻的运行频率、系统感性无功功率、系统容性无功功率，Δf_t为t时刻系统的频率偏差，ΔQ_L·(t+1)、ΔQ_C·(t+1)为t+1时刻系统的感性或容性无功调节值；

B4、根据无功调整的对象是感性还是容性执行不同的控制程序；

当无功调整对象为感性无功装置时，无功装置的感性调整值

当无功调整对象为容性无功装置时，无功装置的容性调整值

B5、结束所述频率控制，回到开始。

Images