CN109873458A - 一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法及装置，用于光伏并网系统，所述光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口，所述调整方法包括：采集所述光伏并网系统的并网点的实时电网电压；比较所述并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小；根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式；根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。本发明实施例减少了复杂的计算过程，适用于电网电压大幅度升高的恶劣工况，既保证有功功率正常输出，又能提高无功电流参考值，改善网侧电压，提高网侧电流，稳定直流母线电压。

Description

一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法及装置

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法及装置。

背景技术

以风力发电和光伏发电为代表的新能源发电技术均采用并网逆变器(grid-connected inverter，GCI)为并网接口，大量的电力电子设备在新能源发电中的应用给电力系统的安全稳定的运行带来了新的发展和挑战。新能源发电抗扰性差，支撑能力弱，随着新能源并网装机容量的提高，电网电压骤升引发大规模新能源脱网的事故屡见不鲜。现有技术对于无功电流参考值和有功电流参考值的调整策略较复杂，特别是高电压穿越控制策略，其以GCI为代表的发电设备采用电网电压同步的矢量控制，以削减有功功率为代价提高无功输出，难以达到平衡网侧电流和直流母线电压、抑制故障切除后电流和电压突变带来的暂态冲击的目的。

发明内容

本发明实施例提供一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法及装置，以解决现有技术的无功电流参考值和有功电流参考值的调整策略较复杂的问题。

第一方面，提供一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法，用于光伏并网系统，所述光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口，所述调整方法包括：

采集所述光伏并网系统的并网点的实时电网电压；

比较所述并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小；

根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式；

根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。

第二方面，提供一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整装置，用于光伏并网系统，所述光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口，所述调整装置包括：

采集模块，用于采集所述光伏并网系统的并网点的实时电网电压；

比较模块，用于比较所述并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小；

确定模块，用于根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式；

调整模块，用于根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。

本发明实施例，减少了复杂的计算过程，适用于电网电压大幅度升高的恶劣工况，特别是高电压穿越模式下，在满足GCI输出有功功率不变和GCI控制能力的前提下，尽量提高了无功电流参考值；既保证有功功率正常输出，又能改善网侧电压，提高网侧电流，稳定直流母线电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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他的附图。

图1是本发明一优选实施例的光伏发电并网模型的示意图；

图2是本发明一优选实施例的dq坐标系下的GCI控制框图；

图3是本发明实施例的无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法的流程图；

图4是本发明实施例的无功电流参考值和有功电流参考值的调整装置的结构框图；

图5是本发明一优选实施例的故障前后光伏并网系统的电压、电流、功率变化的示意图；

图6是本发明一优选实施例的电网电压升高至1.35pu的状态下按照高电压穿越模式调整与PI控制的光伏并网系统的电压、电流的控制效果的对比示意图；

图7是本发明一优选实施例的电网电压升高至1.35pu的状态下按照高电压穿越模式调整与PI控制的GCI功率输出仿真结果的对比示意图；

图8是本发明一优选实施例的电网电压升高至1.35pu的状态下按照高电压穿越模式调整与PI控制的无功电流参考值和有功电流参考值的仿真结果的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法。该方法用于光伏并网系统。光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口。本发明一优选实施例的光伏并网发电系统如图1所示。图1中，S表示光照强度。I_PV表示光伏电池输出电流。U_PV表示GCI直流母线电压。I_dc表示注入GCI的电流。U_t表示GCI网侧电压。X_T表示电抗器。E表示电网电压。P表示GCI输出有功功率。Q表示GCI输出无功功率。

建模过程中，认为GCI无损耗，通过电抗器X_T同电网相连，dq坐标系下的GCI双环控制结构如图2所示。图2中，e_a、e_b、e_c表示三相静止abc坐标系下电网电压分量。e_d、e_q表示两相旋转dq坐标系下电网电压d、q轴分量。E表示电网电压。i_a、i_b、i_c表示三相静止abc坐标系下电网电流分量。i_d、i_q表示两相旋转dq坐标系下电网电流d、q轴分量。U_dc表示直流母线电压。U_dcref表示直流电容电压参考值。i_dref表示有功电流参考值。i_qref表示无功电流参考值。L表示电抗器电感。ω表示同步旋转角速度。u_d、u_q表示GCI网侧电压d、q轴分量。

如图3所示，该方法包括如下的步骤：

步骤S301：采集光伏并网系统的并网点的实时电网电压。

并网点的实时电网电压用U表示。该采集的实时电网电压可采用现有的方法进行预处理，将其从三相电压预处理为单相电压。

步骤S302：比较并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小。

其中，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限，均可根据经验及实际情况预先设定。电网额定电压用U₀表示。在电网电压动作死区范围内，不需要根据电压控制电流，超出电网电压动作死区，则可按本发明实施例的调整方法调整无功电流参考值和有功电流参考值。电网电压动作死区上限用U_l0表示，电网电压动作死区下限用U_h0表示，高电压穿越上限用U_hh表示。

步骤S303：根据比较的结果，确定并网逆变器的控制模式。

其中，并网逆变器的控制模式包括：低电压穿越模式、单位功率因数控制模式、高电压穿越模式和退出运行模式。

步骤S304：根据控制模式，调整输入并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。

通过上述的步骤，可降低调整无功电流参考值和有功电流参考值的方法的复杂度。

优选的，步骤S304之后，本发明实施例的方法还包括：

将调整后的无功电流参考值的控制信号和调整后的有功电流参考值的控制信号输入到并网逆变器。

具体的，步骤S303包括：

若并网点的实时电网电压小于电网电压动作死区下限，则确定并网逆变器的控制模式为低电压穿越模式(Low Voltage Ride-Through，LVRT)。

则根据步骤S303确定的控制模式，步骤S304具体包括：

(1)若并网点的实时电网电压不小于0.2，则按照i_qref≥1.5(0.9-U)I₀调整无功电流参考值。

其中，i_qref表示无功电流参考值。I₀表示电网额定电流。电网额定电流可根据经验及实际情况预先设定。

(2)若并网点的实时电网电压小于0.2，则按照i_qref≥1.05I₀调整无功电流参考值。

应当理解的是，无论按照上述哪种条件调整无功电流参考值，无功电流参考值均应不大于1.1I₀。

(3)按照调整有功电流参考值。

其中，i_dref表示有功电流参考值。I_qref取上述根据不同条件调整后的无功电流参考值。

应当理解的是，本发明实施例中的无功电流参考值和有功电流参考值的单位为pu，下文不再赘述。

具体的，步骤S303还包括：

若并网点的实时电网电压不小于电网电压动作死区下限，且小于电网电压动作死区上限，则确定并网逆变器的控制模式为单位功率因数控制模式。

则根据步骤S303确定的控制模式，步骤S304具体还包括：

(1)调整无功电流参考值为0。

(2)调整有功电流参考值为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)点电压有功外环的电流值。

MPPT点电压有功外环的电流值用i_dref0表示。MPPT点电压有功外环的电流值通过实时采集得到。

具体的，步骤S303还包括：

若并网点的实时电网电压不小于电网电压动作死区上限，且不大于高电压穿越上限，则确定并网逆变器的控制模式为高电压穿越模式(High Voltage Ride-Through，HVRT)。

由于实时电网电压升高，则设定并网逆变器的控制模式为高电压穿越模式，以便支撑电网降低电压。

则根据步骤S303确定的控制模式，步骤S304具体还包括：

(1)若则按照i_qref＝a²-1调整无功电流参考值。

其中，a表示电网电压升高比例系数。具体的，

(2)若则按照调整无功电流参考值。

按照上述两种方式调整无功电流参考值，以便输出的感性无功电流最大，以最大力度支撑电网电压下降。

(3)若则调整有功电流参考值为最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

其中，i_qref取上述根据不同条件调整后的无功电流参考值。

(4)若则按照调整有功电流参考值。

其中，i_qref取上述根据不同条件调整后的无功电流参考值。

在跟踪高电压穿越前有功电流的基础上，尽可能跟踪有功电流初值(i_dref0)，因此，调整有功电流参考值为i_dref0；否则按照限流上限跟踪，即调整有功电流参考值为

本发明实施例在高电压穿越模式下，考虑在最大有功功率输出条件下，调整无功电流参考值，能够在不削减有功功率的同时尽量提高无功电流参考值，达到平衡系统电压和电流的目的，同时避免故障切除后的连锁故障。

具体的，步骤S103还包括：

若并网点的实时电网电压大于高电压穿越上限，则确定并网逆变器的控制模式为退出运行模式。

在退出运行模式下，光伏并网系统切除，不再采用光伏并网系统供电，从而可对并网逆变器进行过压保护，保证安全。

综上，本发明实施例的无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法，针对无功电流参考值的调整，减少了复杂的计算过程，且适用于电网电压大幅度升高的恶劣工况，具有一定的工程应用价值；此外，结合有功电流控制，提出高电压穿越控制策略，在满足GCI输出有功功率不变和GCI控制能力的前提下，尽量提高了无功电流参考值；既保证有功功率正常输出，又能改善网侧电压，提高网侧电流，稳定直流母线电压；有效的解决了故障切除后的连锁故障，体现了较好的主动性与友好性；GCI主动响应电网电压偏差，减少了无功补偿装置的投入，具有一定的经济性。

本发明实施例还公开一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整装置。该调整装置用于光伏并网系统。光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口。如图4所示，该调整装置包括：

采集模块401，用于采集光伏并网系统的并网点的实时电网电压。

比较模块402，用于比较并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小。

确定模块403，用于根据比较的结果，确定并网逆变器的控制模式。

调整模块404，用于根据控制模式，调整输入并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。

优选的，确定模块403包括：

第一确定子模块，用于若并网点的实时电网电压小于电网电压动作死区下限，则确定并网逆变器的控制模式为低电压穿越模式。

调整模块404包括：

第一调整子模块，用于若并网点的实时电网电压不小于0.2，则按照i_qref≥1.5(0.9-U)I₀调整无功电流参考值。

第二调整子模块，用于若并网点的实时电网电压小于0.2，则按照i_qref≥1.05I₀调整无功电流参考值。

第三调整子模块，用于按照调整有功电流参考值。

其中，U表示并网点的实时电网电压，I₀表示电网额定电流。

优选的，确定模块403还包括：

第二确定子模块，用于若并网点的实时电网电压不小于电网电压动作死区下限，且小于电网电压动作死区上限，则确定并网逆变器的控制模式为单位功率因数控制模式。

优选的，调整模块404还包括：

第四调整子模块，用于调整无功电流参考值为0。

第五调整子模块，用于调整有功电流参考值为最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

优选的，确定模块403还包括：

第三确定子模块，用于若并网点的实时电网电压不小于电网电压动作死区上限，且不大于高电压穿越上限，则确定并网逆变器的控制模式为高电压穿越模式。

优选的，调整模块404还包括：

第六调整子模块，用于若则按照i_qref＝a²-1调整无功电流参考值。

第七调整子模块，用于若则按照调整无功电流参考值。

第八调整子模块，用于若则调整有功电流参考值为最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

第九调整子模块，用于若则按照调整有功电流参考值。

其中，U表示并网点的实时电网电压，U₀表示电网额定电压，i_dref0表示最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

优选的，确定模块403还包括：

若并网点的实时电网电压大于高电压穿越上限，则确定并网逆变器的控制模式为退出运行模式。

优选的，本发明实施例的调整装置还包括：

输入模块，用于根据控制模式，调整输入并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值的步骤之后，将调整后的无功电流参考值的控制信号和调整后的有功电流参考值的控制信号输入到并网逆变器。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

综上，本发明实施例的无功电流参考值和有功电流参考值的调整装置，针对无功电流参考值的调整，减少了复杂的计算过程，且适用于电网电压大幅度升高的恶劣工况，具有一定的工程应用价值；此外，结合有功电流控制，提出高电压穿越控制策略，在满足GCI输出有功功率不变和GCI控制能力的前提下，尽量提高了无功电流参考值；既保证有功功率正常输出，又能改善网侧电压，提高网侧电流，稳定直流母线电压；有效的解决了故障切除后的连锁故障，体现了较好的主动性与友好性；GCI主动响应电网电压偏差，减少了无功补偿装置的投入，具有一定的经济性。

下面以一具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

如图5所示(图5中，U_t表示电网电压，与图1和图2中的E含义相同，I_ac表示并网逆变器输出电流，P_ac表示并网逆变器输出功率，P_pv表示并网逆变器输入功率，Q_C表示并网逆变器滤波电容无功功率，Q_L表示并网逆变器滤波电感无功功率)，高电压穿越模式下，高电压期间无功功率冗余，有功功率保持不变。根据电压升高幅度，估算无功电流参考值i_qref≈a²-1。当故障程度较低的时候，i_qref可取值稍大于a²-1。当则可按照调整无功电流参考值。当故障程度较高时(一般情况下，当电网电压位于电网电压动作死区以外时，故障程度较高)，可在满足GCI控制能力的前提下，适当提高网侧电流水平，i_qref由a²-1决定；即当按照i_qref＝a²-1调整无功电流参考值。

为保证GCI始终处于最大有功输出状态且稳定直流母线电压，有功电流参考值i_dref取自电压外环。为满足GCI控制能力，考虑I_max＝1.1I₀(单位为pu)。比较i_dref0和的大小，当时，断开如图2所示的有功电压外环，按照调整有功电流参考值。

仿真验证本发明实施例的高电压穿越模式的有效性，设置电网电压在[0.5s,0.7s]升高至1.35pu，按照本发明实施例的高电压穿越模式调整i_qref和i_dref。与现有技术的PI控制i_qref和i_dref的方法相比较，比较结果如图6～8所示。从图6～8可以看出，与PI控制方式对比，本发明实施例的方法可以使得交流侧电压升高的同时降低电网电压，同时使并网逆变器直流侧电压波动小、输出有功功率波动小。本发明实施例的方法在保证有功功率不变，正常输出的同时，随着GCI输出感性无功功率增加(如图7所示，图7中Q_ac表示并网逆变器输出总无功功率)，GCI直流母线电压U_dc恢复至初始状态，GCI网侧电流提高至1.1pu，网侧电压降低到1.2pu以下(如图6所示)。在这种恶劣的运行工况下，按照本发明实施例的方法，GCI无功电流参考值i_qref＝a²-1＝0.822pu，有功电流参考值(如图8所示)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整方法，用于光伏并网系统，所述光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口，其特征在于，所述调整方法包括：

采集所述光伏并网系统的并网点的实时电网电压；

比较所述并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小；

根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式；

根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式的步骤，包括：

若所述并网点的实时电网电压小于所述电网电压动作死区下限，则确定所述并网逆变器的控制模式为低电压穿越模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值的步骤，包括：

若所述并网点的实时电网电压不小于0.2，则按照i_qref≥1.5(0.9-U)I₀调整所述无功电流参考值；

若所述并网点的实时电网电压小于0.2，则按照i_qref≥1.05I₀调整所述无功电流参考值；

按照调整所述有功电流参考值；

其中，U表示所述并网点的实时电网电压，I₀表示电网额定电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式的步骤，包括：

若所述并网点的实时电网电压不小于所述电网电压动作死区下限，且小于所述电网电压动作死区上限，则确定所述并网逆变器的控制模式为单位功率因数控制模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值的步骤，包括：

调整所述无功电流参考值为0；

调整所述有功电流参考值为最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式的步骤，包括：

若所述并网点的实时电网电压不小于所述电网电压动作死区上限，且不大于所述高电压穿越上限，则确定所述并网逆变器的控制模式为高电压穿越模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值的步骤，包括：

若则按照i_qref＝a²-1调整所述无功电流参考值；

若则按照调整所述无功电流参考值；

若则调整所述有功电流参考值为最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值；

若则按照调整所述有功电流参考值；

其中，U表示所述并网点的实时电网电压，U₀表示所述电网额定电压，i_dref0表示所述最大功率点跟踪点电压有功外环的电流值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式的步骤，包括：

若所述并网点的实时电网电压大于所述高电压穿越上限，则确定所述并网逆变器的控制模式为退出运行模式。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值的步骤之后，所述方法还包括：

将调整后的所述无功电流参考值的控制信号和调整后的所述有功电流参考值的控制信号输入到所述并网逆变器。

10.一种无功电流参考值和有功电流参考值的调整装置，用于光伏并网系统，所述光伏并网系统采用并网逆变器为并网接口，其特征在于，所述调整装置包括：

采集模块，用于采集所述光伏并网系统的并网点的实时电网电压；

比较模块，用于比较所述并网点的实时电网电压，电网额定电压，电网电压动作死区上限和下限，以及，高电压穿越上限的大小；

确定模块，用于根据所述比较的结果，确定所述并网逆变器的控制模式；

调整模块，用于根据所述控制模式，调整输入所述并网逆变器的无功电流参考值和有功电流参考值。