CN110601257A - 一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法 - Google Patents

一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能电网控制技术领域，具体涉及一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法。一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法，该方法应用于光伏电池板额定功率大于逆变器额定功率的情况下；或应用于在光伏电池板功率超过逆变器额定功率采用限功率运行措施下，当电网频率发生波动，根据当前辐射下光伏电池板能够输出的最大功率进行惯量。本发明提方法简便易用，能检测到超级电容的容量变化，同时不会增加额外的损耗，技术人员可根据老化情况及时提供维修，增加了系统的可用性。

Description

一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法
技术领域
本发明属于智能电网控制技术领域，具体涉及一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法。
背景技术
随着能源枯竭、环境污染日益严重，新能源发电技术在世界范围内稳步发展，不论是商用的大型光伏电站还是民用的分布式光伏电站技术都趋于成熟，电力电子器件的大量接入将会对电网特性产生显著的影响，比如系统惯量和阻尼的降低，电网的稳定性面临挑战。在传统电力系统中，系统惯量主要来自于发电机和汽轮机，当电网频率发生变化时，通过电机的转子转速变化释放动能或者吸收多余能量来保持电网的频率稳定；而对于现代电力系统，逆变器多使用电力电子器件，无法向系统提供类似的转动惯量来支撑电网频率。
对于惯量补偿的解决方案，目前主要的解决方案是采用虚拟同步机技术(VSG，Virtual Synchronous Generator)控制，VSG技术的关键是在有功环中加入一阶惯性环节使逆变器输出特性模仿常规的同步机组的频率电压调节特性，对于模拟转子动能装置多采用配置储能电池的方式实现。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法。
本发明提出的一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法，该方法应用于光伏电池板额定功率大于逆变器额定功率的情况下；或应用于在光伏电池板功率超过逆变器额定功率采用限功率运行措施下，当电网频率发生波动，根据当前辐射下光伏电池板能够输出的最大功率进行惯量；包括如下步骤：
(1)：检测光伏电池板功率PPV是否超过逆变器额定功率PE，当光伏电池板功率大于逆变器额定功率，逆变器在限定功率下运行，否则在最大功率点追踪(MPPT)模式下运行；
(2)：检测电网频率变化，当电网频率f降低，根据当前环境条件PPV(I,T)得到最大有功功率变化ΔPE,max，ΔPE,max满足条件：
其中，n为光伏电池板额定功率与逆变器额定功率的比值；
(3)：根据虚拟同步机转子运动方程和逆变器输出有功(公式有重叠，修改)
其中，J为模拟转动惯量，D为阻尼，ω为角速度，U为电网电压幅值，ωg为电网角频率，E为虚拟同步机电势，是机械转矩，是电磁转矩，δ为功角，α为阻抗角，Z为阻抗，由上述方程得到关于功率变化ΔPe和角速度变化Δωg的小信号模型，在阶跃响应下，根据最大有功功率变化ΔPE,max以惯量J最大为目标确定最优的阻尼D和惯量J；
(4)：通过确定的阻尼D和惯量J对逆变器使用虚拟同步机方式进行控制以弥补惯量。
本发明优点在于：
1)相对于配置储能电池的方式，可利用光伏电池板本身超配的能量进行惯量补偿；
2)利用逆变器本身的设计冗余进行惯量补偿，方便改装；
3)针对不同容配比情况，进行阻尼D和惯量J的参数优化，以模拟最大的惯量。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的流程图。
图3是根据虚拟同步机转子运动方程和逆变器输出有功方程，得到关于ΔPe和Δωg的小信号模型，进一步得到的阶跃响应。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例1：
本发明提出了一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法，能根据工作环境情况进行惯量补偿，不会增加额外的储能装置，增加了电网系统的稳定性。
参见图1，一种用于基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法的系统结构框图。采用两级式拓扑，光伏电池板接入DC/DC模块，再通过DC/AC逆变模块经LCL滤波器接入电网。其中，DC/DC模块通过电压外环和电流内环双环控制直流侧电压，电压环的响应时间视为足够快，将直流侧输出功率视为参考功率；DC/AC模块采用虚拟同步机控制，计算有功功率和无功功率，通过有功-频率环和无功-电压环合成逆变模块参考电压使用SVPWM方式控制逆变器工作。系统配置参数见表1。
参见图2，以10kW并网逆变器为例，光伏电池板额定功率与逆变器额定功率的比值n＝1.2。测试方法如下：
表1系统参数配置
参数 数值 参数 数值
Ug 311V L 140uH
Udc_ref 700V Cbus 370uH
L1 2.3mH Cdc 1.68mF
R 2.06Ω ω0 157(p＝2)
Pref 10KW Qref 0
Kpi 0.2 Kii 0.002
Kpv 10 Kiv 0.02
步骤一：检测光伏电池板功率PPV是否超过逆变器额定功率PE，当光伏电池板功率大于逆变器额定功率，逆变器运行在限定功率，否则运行在最大功率点追踪(MPPT)模式；
步骤二：检测电网频率变化，当电网频率f降低，假设当前环境条件为标准测试条件，光伏电池板能够输出额定功率，得到最大有功功率变化ΔPE,max，ΔPE,max满足条件：
其中，n为光伏电池板额定功率与逆变器额定功率的比值；确定当前能够输出的最大有功功率变化ΔPE,max＝1kW。
步骤三：根据虚拟同步机转子运动方程和逆变器输出有功方程，得到关于ΔPe和Δωg的小信号模型，进一步得到其阶跃响应见图3。根据图3中阻尼D和惯量J在ΔPE,max＝1kW平面的投影，以惯量J最大为目标确定最优的阻尼D＝2000和惯量J＝2.2；
步骤四：通过确定的阻尼D和惯量J对逆变器使用虚拟同步机方式进行控制以弥补惯量。

Claims (1)

1.一种基于光伏超配的主动式光伏逆变器惯量补偿控制方法，其特征在于该方法应用于光伏电池板额定功率大于逆变器额定功率的情况下；或应用于在光伏电池板功率超过逆变器额定功率采用限功率运行措施下，当电网频率发生波动，根据当前辐射下光伏电池板能够输出的最大功率进行惯量；包括如下步骤：
(1)：检测光伏电池板功率PPV是否超过逆变器额定功率PE，当光伏电池板功率大于逆变器额定功率，逆变器在限定功率下运行，否则在最大功率点追踪(MPPT)模式下运行；
(2)：检测电网频率变化，当电网频率f降低，根据当前环境条件PPV(I,T)得到最大有功功率变化ΔPE,max，ΔPE,max满足条件：
其中，n为光伏电池板额定功率与逆变器额定功率的比值；
(3)：根据虚拟同步机转子运动方程和逆变器输出有功
其中，J为模拟转动惯量，D为阻尼，ω为角速度，U为电网电压幅值，ωg为电网角频率，E为虚拟同步机电势，是机械转矩，是电磁转矩，δ为功角，α为阻抗角，Z为阻抗，由上述方程得到关于功率变化ΔPe和角速度变化Δωg的小信号模型，在阶跃响应下，根据最大有功功率变化ΔPE,max以惯量J最大为目标确定最优的阻尼D和惯量J；
(4)：通过确定的阻尼D和惯量J对逆变器使用虚拟同步机方式进行控制以弥补惯量。
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