CN110880783B - 一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法及系统 - Google Patents

一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法及系统，其中方法包括：在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；所述电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过所述电压闭环调节环节对所述组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定所述电压闭环调节环节的补偿系数；根据所述电压闭环调节环节的补偿系数，调节所述无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。

Description

一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力能源技术领域，更具体地，涉及一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法及系统。
背景技术
近年来，我国光伏发电发展速度越来越快，随着光伏电站并网容量迅速增加，对电力系统的影响也越来越明显。此时由于光照资源分布不均衡以及光照辐度变化的随机性、波动性、间歇性等因素相比于传统可调度电厂，光伏伏电源具有可调可控性较差的特点，因此光伏电站能否安全稳定运行成为能否在保证电网安全情况下最大化有效接纳新能源发电的一个关键因素。要实现光伏电站的安全稳定运行，如何实现光伏电站的自主调压控制，成为解决这一问题的有效办法。
目前只要求在低电压穿越时光伏电站逆变器发出一定的无功电流，并不要求逆变器在稳态运行时参与电压闭环调节，组串式逆变器在不加附加控制时会出现多个逆变器抢无功的现象，形成无功环流，这样不仅不会对系统电压产生正向作用，甚至可能会造成局部电压过高或者过低，引起逆变器保护动作。
因此，需要一种技术，以实现针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制技术。
发明内容
本发明技术方案提供一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法及系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法，所述方法包括：
在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；
所述电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过所述电压闭环调节环节对所述组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定所述电压闭环调节环节的补偿系数；
根据所述电压闭环调节环节的补偿系数，调节所述无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
优选地，所述调差环节包括：
Figure BDA0002260984950000021
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000022
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
优选地，所述延时环节包括：
Figure BDA0002260984950000023
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
优选地，所述限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure BDA0002260984950000024
Figure BDA0002260984950000025
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
优选地，所述确定所述电压闭环调节环节的补偿系数，还包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure BDA0002260984950000031
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，ψ为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配。
优选地，并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大。
优选地，每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure BDA0002260984950000032
Figure BDA0002260984950000033
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数。
基于本发明的另一方面，提供一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统，所述系统包括：
初始单元，用于在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；
确定单元，用于所述电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过所述电压闭环调节环节对所述组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定所述电压闭环调节环节的补偿系数；
调节单元，用于根据所述电压闭环调节环节的补偿系数，调节所述无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
优选地，所述调差环节包括：
Figure BDA0002260984950000041
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000042
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
优选地，所述延时环节包括：
Figure BDA0002260984950000043
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
优选地，所述限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure BDA0002260984950000044
Figure BDA0002260984950000045
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
优选地，所述确定所述电压闭环调节环节的补偿系数，还包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure BDA0002260984950000046
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，ψ为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配。
优选地，并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大。
优选地，每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure BDA0002260984950000051
Figure BDA0002260984950000052
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数。
本发明技术方案提供一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法及系统，其中方法包括：在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过电压闭环调节环节对组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定电压闭环调节环节的补偿系数；根据电压闭环调节环节的补偿系数，调节无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。本发明技术方案提供一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法，通过在逆变器无功调节环节中串联快速无功补偿环节，同时根据逆变器可调容量动态调节无功补偿系数，以分配各逆变器的无功电流，同时抑制逆变器之间的无功环流，提高了光伏电站运行的电压稳定性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种典型的组串式光伏逆变器接入电网结构图系统结构图；
图3为根据本发明优选实施方式的组串式光伏逆变器无功电流参考值计算方法示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的无功电流参考值上下限确定方法示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的电压闭环调节中加入电压无功电流补偿环节后的并网点电压-无功电流曲线图；
图6为根据本发明优选实施方式的两种典型补偿系数设置曲线图；以及
图7为根据本发明优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法流程图。本申请实施方式提供的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法，通过在逆变器无功调节环节中串联快速无功补偿环节，同时根据逆变器可调容量动态调节无功补偿系数，以分配各逆变器的无功电流，同时抑制逆变器之间的无功环流，提高光伏电站运行的电压稳定性。如图1所示，一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法，方法包括：
优选地，在步骤101：在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；
优选地，在步骤102：电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过电压闭环调节环节对组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定电压闭环调节环节的补偿系数；
优选地，在步骤103：根据电压闭环调节环节的补偿系数，调节无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
优选地，调差环节包括：
Figure BDA0002260984950000071
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000072
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
优选地，延时环节包括：
Figure BDA0002260984950000073
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
优选地，限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure BDA0002260984950000074
Figure BDA0002260984950000075
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
优选地，确定电压闭环调节环节的补偿系数，还包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure BDA0002260984950000081
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，ψ为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配。
优选地，并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大。
优选地，每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure BDA0002260984950000082
Figure BDA0002260984950000083
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数。
以下对本申请实施方式进行具体说明：
本申请实施方式包括以下步骤：
(1)在组串式逆变器的q轴电流控制环节，串联基于快速电压响应的无功电流补偿环节。如图2所示。
(2)一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法包括无功电流补偿环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节和放大环节，如图3所示，其中Vt为组串式光伏逆变器并网点电压，It为组串式光伏逆变器的并网电流，Xc为补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000084
为补偿因数角，Uc为经过无功电流补偿后的组串式光伏逆变器并网点电压，T1和T2分别为第一串联校正环节的时间常数，T3和T4分别为第二串联校正环节时间常数，K为串联校正环节的直流增益，Kv为积分校正环节选择因子，Kv＝0时为纯积分校正，Kv＝1时为比例积分校正，Ka为放大环节增益，Ta为放大环节时间常数，Iqmax和Iqmin分别为无功电流参考值的上下限。
(3)无功电流参考值的上下限Iqmax和Iqmin确定方法如4所示，假设第i个逆变器当前的瞬时有功电流为Itd，则无功电流上下限Iqmax和Iqmin由式(1)和式(2)所确定；
Figure BDA0002260984950000091
Figure BDA0002260984950000092
(4)第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为
Figure BDA0002260984950000093
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000094
为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，通过对每台逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，可以实现无功电流在各逆变器之间的合理分配。
(5)在并网点电压偏离参考值超过死区时，对于不同补偿系数的逆变器分配的无功电流参考值如图5所示，补偿系数δi设置值越小，逆变器分配的无功电流参考值越大。
(6)为实现无功电流在各逆变器之间的合理分配，不引起抢无功或者无功环流现象的产生，每台逆变器的补偿系数δi需要满足的条件是
δi＞0 (4)
(7)每台逆变器的补偿系数δi设置原则是，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有
Figure BDA0002260984950000095
Figure BDA0002260984950000096
但是实际设置中δi不能设置为0或者正无穷大，可设置为接近于零或者比较大的一个数即可，两种典型的δ曲线l1和l2如图6所示。
本申请通过在逆变器无功调节环节中串联无功电流补偿环节，同时根据逆变器可调容量动态调节无功补偿系数，以分配各逆变器的无功电流，同时抑制逆变器之间的无功环流，提高光伏电站运行的电压稳定性。
图7为根据本发明优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统结构图。如图7所示，本申请提供一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统，系统包括：
初始单元701，用于在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节。
确定单元702，用于电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节，通过电压闭环调节环节对组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定电压闭环调节环节的补偿系数。
调节单元703，用于根据电压闭环调节环节的补偿系数，调节无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
优选地，调节环节包括：
Figure BDA0002260984950000101
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000102
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
优选地，延时环节包括：
Figure BDA0002260984950000103
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
优选地，限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure BDA0002260984950000104
Figure BDA0002260984950000111
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
优选地，确定电压闭环调节环节的补偿系数，还包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure BDA0002260984950000112
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，
Figure BDA0002260984950000113
为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配。
优选地，并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大。
优选地，每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure BDA0002260984950000114
Figure BDA0002260984950000115
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数。
本发明优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统700与本发明另一优选实施方式的一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种针对光伏电站组串式逆变器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；所述电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节；
通过所述电压闭环调节环节对所述组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定所述电压闭环调节环节的补偿系数，包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure FDA0003611023020000011
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，
Figure FDA0003611023020000012
为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配；
并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大；
每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure FDA0003611023020000013
Figure FDA0003611023020000014
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数；根据所述电压闭环调节环节的补偿系数，调节所述无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调差环节包括：
Figure FDA0003611023020000021
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure FDA0003611023020000022
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时环节包括：
Figure FDA0003611023020000023
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure FDA0003611023020000024
Figure FDA0003611023020000025
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
5.一种针对光伏电站组串式逆变器的快速电压响应控制系统，其特征在于，所述系统包括：
初始单元，用于在组串式逆变器的电流控制环节，串联基于快速电压响应控制环节的电压闭环调节环节；所述电压闭环调节环节包括：调差环节，延时环节，死区环节，第一串联校正环节，第二串联校正环节，放大环节和限幅环节；
确定单元，用于通过所述电压闭环调节环节对所述组串式光伏逆变器的无功电流参考值进行计算，并确定所述电压闭环调节环节的补偿系数，还包括：
第i台组串式光伏逆变器电压闭环调节环节的补偿系数计算方法为：
Figure FDA0003611023020000031
其中，Xci为第i台组串式光伏逆变器的补偿电抗，
Figure FDA0003611023020000032
为第i台串式光伏逆变器的补偿因数角，δi为第i台组串式光伏逆变器的电压闭环调节环节的补偿系数；
通过对每台组串式逆变器设置不同的补偿电抗和补偿因数角，实现无功电流在各逆变器之间的合理分配；
并网点电压偏离参考值超过死区时，补偿系数设置值越小，组串式逆变器分配的无功电流参考值越大；
每台组串式逆变器的补偿系数设置原则为，无功可调范围越大，补偿系数越小，并且有：
Figure FDA0003611023020000033
Figure FDA0003611023020000034
其中,Itqimax为组串式逆变器机端无功电流最大值，补偿系数δi设置为接近于零或者接近于无穷大的数；
调节单元，用于根据所述电压闭环调节环节的补偿系数，调节所述无功电流在各组串式光伏逆变器之间的分配，避免各组串式光伏逆变器之间抢无功或无功环流现象的发生。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调差环节包括：
Figure FDA0003611023020000041
其中Vt为风电机组逆变器并网点电压，It为风电机组逆变器的并网电流，Xc为附加补偿电抗，
Figure FDA0003611023020000042
为附加补偿因数角，Uc为经过补偿后的风电机组逆变器并网点电压。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述延时环节包括：
Figure FDA0003611023020000043
其中S为复频率,Tr为延时环节时间常数。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述限幅环节的无功电流参考值的上限Iqimax、下限Iqimin的计算方法为：
Figure FDA0003611023020000044
Figure FDA0003611023020000045
其中，第i台组串式逆变器当前的瞬时有功电流为Itdi，IN为第i台风电机组逆变器的额定电流。
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