CN112436550B - 一种中压光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统领域，公开一种中压光伏发电系统，包括光伏阵列、调压装置和并网接口电路，并网接口电路数量为两个，光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各直流母线电压。本发明在基于模块化多电平变换器的光伏发电系统的结构基础上，提出具有两个并网接口的新型光伏发电系统，使光伏发电系统具备SOP功能，发挥SOP显著提高配电网运行和调度的灵活性、提升电力系统运行的经济性和可靠性的优势，并提高光伏发电系统功率流动的灵活性，提高配电网接纳分布式光伏的能力。

Description

一种中压光伏发电系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种具有SOP功能的双并网接口的中压光伏发电系统。
背景技术
能源是经济和社会可持续发展的基础，是人类生产和生活不可缺少的动力保障。随着能源安全、生态环境、气候变化等问题日益突出，加快发展新能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。作为新能源的重要组成部分，光伏发电正逐渐由大型集中并网朝着分布式并网方向发展。
分布式电源大量接入配电网能带来降低系统损耗、提高供电可靠性、减少环境污染等一系列益处。尽管如此，传统电网设计为由发电侧向用户负载提供能量，即功率单方向流动，随着分布式光伏发电在配电网中渗透率的提高，当光伏发电功率超过用户需求时，过剩的功率将由用户侧流向发电侧，对电能质量、继电保护、电压调节等造成了不利影响，对配电网的稳定运行提出了极大挑战。同时，该功率双向流动还会造成过电压问题，严重威胁电网的安全稳定运行，而传统配电系统中的调节手段有限，难以应对大量间歇性分布式光伏的接入，从而限制了配电网接纳分布式光伏的能力。
智能软开关(Soft open point，SOP)就是应对配电网中大量分布式电源接入所带来一系列问题的新型智能配电装置，如图1所示，该装置用于替代位于馈线末端的传统常开联络开关，通过实施适当的控制策略，可按照调度指令实现功率的双向灵活流动与精确控制，从而影响或改变整个系统的潮流分布，也可对因故障被隔离的失电区域提供有效电压支撑，使配电网的运行调度更加“柔性”。与基于联络开关的常规网络连接方式相比，SOP实现了馈线间常态化柔性互联，避免了开关频繁变位造成的安全隐患，大大提高了配电网控制的灵活性和快速性。
当前研究人员大多采用如图2所示的基于背靠背变流器的SOP拓扑结构，既实现了1#和2#馈线末端之间的功率流动，还实现了图1所示的一条馈线末端因故障被隔离后通过SOP对其不间断供电的控制。由于开关管电压、电流容量的限制，两电平逆变器较难实现中高压并网，可采用模块化多电平变换器实现SOP功能，因此，如何在基于模块化多电平变换器的光伏发电系统的结构基础上，使光伏发电系统具备SOP功能，提高配电网运行和调度的灵活性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种中压光伏发电系统，以解决现有技术中配电网接纳分布式光伏的能力有限的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种中压光伏发电系统。
在一些可选实施例中，所述系统包括：包括光伏阵列、调压装置和并网接口电路，并网接口电路数量为两个，光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；
第一并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；第二并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；n≥2；
光伏阵列包括三相，每相包括n个光伏组串，调压装置包括三相，每相包括n个DC/DC变换器，每个光伏组串和一个DC/DC变换器、一个第一并网接口电路的H桥逆变器以及一个第二并网接口电路的H桥逆变器组成一个光伏并网模块，一个光伏并网模块的两个H桥逆变器共直流母线，光伏组串输出端连接DC/DC变换器输入端，DC/DC变换器输出端连接直流母线；
第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各直流母线电压；
第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，包括：
根据第一并网接口电路有功功率流动的目标值，获得有功电流目标值idref1，根据第一并网接口电路输出无功功率的需求，获得无功电流目标值iqref1；
根据第一并网接口电路输出的实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，有功电流目标值idref1和实测有功电流分量id1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1，无功电流目标值iqref1和实测无功电流分量iq1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1，然后通过dq/abc坐标变换获得各相电压目标值，最终获得第一并网接口电路中各H桥逆变器的开关管控制信号；
所述第二并网接口电路控制各直流母线电压，包括：
各直流母线电压的目标值设置为额定值，根据各直流母线电压的实际值与目标值获得各直流母线电压偏差值，所有直流母线电压偏差值之和通过PI调节器获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2；
根据第二并网接口电路输出无功功率的需求获得无功电流目标值iqref2；
根据第二并网接口电路输出的实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，有功电流目标值idref2和实测有功电流分量id2通过PI调节器获得第二并网接口电路输出电压有功分量目标值vd2，无功电流目标值iqref2和实测无功电流分量iq2经PI调节器求得无功分量目标值vq2，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值；
第二并网接口电路中，任意选取3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，利用PI调节器获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数，再结合各相电压目标值获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值；设定未选取的H桥逆变器的输出电压修正系数为1，获得该未选取的H桥逆变器的输出电压目标值，最终求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号；
利用对各DC-DC变换器的电压变比的控制，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
可选地，根据公式(1)求得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1：
vd1＝kpd1(idref1-id1)+kid1∫(idref1-id1)dt (1)
其中，kpd1为PI调节器比例调节系数，kid1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(2)求得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1：
vq1＝kpq1(iqref1-iq1)+kiq1∫(iqref1-iq1)dt (2)
其中，kpq1为PI调节器比例调节系数，kiq1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(3)获得所有直流母线电压偏差值之和etotal：
Figure BDA0002781461170000041
其中，a表示a相，b表示b相，c表示c相；
evm表示单相直流母线电压偏差值之和；
evai表示a相第i个直流母线电压偏差值，evbi表示b相第i个直流母线电压偏差值，evci表示c相第i个直流母线电压偏差值，i＝1，2……n。
可选地，根据公式(4)获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2：
idref2＝kpetotal+ki∫etotaldt (4)
其中，kp表示PI调节器的比例调节系数，ki表示PI调节器的积分调节系数。
可选地，根据公式(5)获得第二并网接口电路中3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数kmi：
kmi＝1+kpmievmi+kimi∫evmidt (5)
其中，kmi表示m相第i个H桥逆变器输出电压修正系数，i＝1，2……n，m＝a，b，c；
kpmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的比例调节系数，kimi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的积分调节系数，evmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的直流母线电压偏差值。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种中压光伏发电并网方法。
在一些可选实施例中，所述方法包括：
光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各直流母线电压；
其中，第一并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；第二并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；n≥2；
光伏阵列包括三相，每相包括n个光伏组串，调压装置包括三相，每相包括n个DC/DC变换器，每个光伏组串和一个DC/DC变换器、一个第一并网接口电路的H桥逆变器以及一个第二并网接口电路的H桥逆变器组成一个光伏并网模块，一个光伏并网模块的两个H桥逆变器共直流母线，光伏组串输出端连接DC/DC变换器输入端，DC/DC变换器输出端连接直流母线；
所述第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，包括：
根据第一并网接口电路有功功率流动的目标值，获得有功电流目标值idref1，根据第一并网接口电路输出无功功率的需求，获得无功电流目标值iqref1；
根据第一并网接口电路输出的实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，有功电流目标值idref1和实测有功电流分量id1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1，无功电流目标值iqref1和实测无功电流分量iq1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1，然后通过dq/abc坐标变换获得各相电压目标值，最终获得第一并网接口电路中各H桥逆变器的开关管控制信号；
所述第二并网接口电路控制各直流母线电压，包括：
各直流母线电压的目标值设置为额定值，根据各直流母线电压的实际值与目标值获得各直流母线电压偏差值，所有直流母线电压偏差值之和etotal通过PI调节器获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2；
根据第二并网接口电路输出无功功率的需求获得无功电流目标值iqref2；
根据第二并网接口电路输出的实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，有功电流目标值idref2和实测有功电流分量id2通过PI调节器获得第二并网接口电路输出电压有功分量目标值vd2，无功电流目标值iqref2和实测无功电流分量iq2经PI调节器求得无功分量目标值vq2，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值；
第二并网接口电路中，任意选取3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，利用PI调节器获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数，再结合各相电压目标值获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值，设定未选取的H桥逆变器的输出电压修正系数为1，获得该未选取的H桥逆变器的输出电压目标值，最终求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号；
利用对各DC-DC变换器的电压变比的控制，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
可选地，根据公式(1)求得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1：
vd1＝kpd1(idref1-id1)+kid1∫(idref1-id1)dt (1)
其中，kpd1为PI调节器比例调节系数，kid1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(2)求得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1：
vq1＝kpq1(iqref1-iq1)+kiq1∫(iqref1-iq1)dt (2)
其中，kpq1为PI调节器比例调节系数，kiq1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(3)获得所有直流母线电压偏差值之和etotal：
Figure BDA0002781461170000061
其中，a表示a相，b表示b相，c表示c相；
evm表示单相直流母线电压偏差值之和；
evai表示a相第i个直流母线电压偏差值，evbi表示b相第i个直流母线电压偏差值，evci表示c相第i个直流母线电压偏差值，i＝1，2……n。
可选地，根据公式(4)获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2：
idref2＝kpetotal+ki∫etotaldt (4)
其中，kp表示PI调节器的比例调节系数，ki表示PI调节器的积分调节系数。
可选地，根据公式(5)获得第二并网接口电路中3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数kmi：
kmi＝1+kpmievmi+kimi∫evmidt (5)
其中，kmi表示m相第i个H桥逆变器输出电压修正系数，i＝1，2……n，m＝a，b，c；
kpmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的比例调节系数，kimi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的积分调节系数，evmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的直流母线电压偏差值。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在基于模块化多电平变换器的光伏发电系统的结构基础上，提出具有两个并网接口的新型光伏发电系统，在成本增加不多的前提下，使光伏发电系统具备SOP功能，发挥SOP显著提高配电网运行和调度的灵活性、大大提升电力系统运行的经济性和可靠性的优势，并提高光伏发电系统功率流动的灵活性，进而提高配电网接纳分布式光伏的能力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是含有SOP装置的配电网的结构示意图；
图2是基于背靠背变流器的SOP装置的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种中压光伏发电系统的整体结构示意图；
图4a是本发明的光伏发电系统的功率流动模式示意图；
图4b是本发明的光伏发电系统的功率流动模式示意图；
图4c是本发明的光伏发电系统的功率流动模式示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的第一并网接口电路的控制原理框图；
图6是根据一示例性实施例示出的第二并网接口电路的控制原理框图；
图7是根据一示例性实施例示出的馈线故障一侧并网接口电路的控制原理框图；
图8是根据一示例性实施例示出的一种三相电流不平衡补偿方法的控制原理框图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
本发明提出了一种中压光伏发电系统，包括光伏阵列、调压装置和并网接口电路，并网接口电路数量为两个，光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；第一并网接口电路包括a、b、c三相，每相包括n个级联的H桥逆变器，三相共包括3n个H桥逆变器；第二并网接口电路包括a、b、c三相，每相包括n个级联的H桥逆变器，三相共包括3n个H桥逆变器；n≥2；光伏阵列包括三相，每相包括n个光伏组串，调压装置包括三相，每相包括n个DC/DC变换器，每个光伏组串和一个DC/DC变换器、一个第一并网接口电路的H桥逆变器以及一个第二并网接口电路的H桥逆变器组成一个光伏并网模块，一个光伏并网模块的两个H桥逆变器共直流母线，光伏组串输出端连接DC/DC变换器输入端，DC/DC变换器输出端连接直流母线；第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各光伏并网模块的直流母线电压，中压光伏发电系统利用对各DC-DC变换器的电压变比的控制，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
由于开关管电压、电流容量的限制，两电平逆变器较难实现中高压并网，因此，本发明实施例可采用模块化多电平变换器实现SOP功能，第一并网接口电路每相包括n个级联的H桥逆变器，第二并网接口电路每相包括n个级联的H桥逆变器，n≥2。
图3示出了本发明的中压光伏发电系统的一个可选实施例。
在该可选实施例中，第一并网接口电路包括a相、b相和c相，每相包括3个级联的H桥逆变器10，第一并网接口电路共包括9个H桥逆变器；第二并网接口电路包括a相、b相和c相，每相包括3个级联的H桥逆变器20，第二并网接口电路共包括9个H桥逆变器。光伏阵列包括a相、b相和c相，每相包括3个光伏组串30，光伏阵列共包括9个光伏组串，每个光伏组串包括多个串并联组合的太阳能电池板。调压装置包括a相、b相和c相，每相包括3个DC/DC变换器，调压装置共包括9个DC/DC变换器。该可选实施例以a相为例，光伏组串30和DC/DC变换器60、第一并网接口电路的H桥逆变器10以及第二并网接口电路的H桥逆变器20组成一个光伏并网模块a1，H桥逆变器10和H桥逆变器20共直流母线，光伏组串30输出端连接DC/DC变换器60输入端，DC/DC变换器60输出端连接直流母线。该可选实施例中，a相包括3个光伏并网模块，分别为模块a1、模块a2、模块a3，第一并网接口电路a相的三个H桥逆变器10级联，第二并网接口电路a相的三个H桥逆变器20级联。b相和c相的电路结构与a相相同。第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，第二并网接口电路连接第二中压馈线末端。
该可选实施例中，光伏并网模块a1的H桥逆变器20控制该光伏并网模块的直流母线电压为额定电压，H桥逆变器10控制输出到第一中压馈线的有功功率。由于光伏组串30和直流母线之间连接有DC-DC变换器60，通过控制DC-DC变换器60的电压变比可以实现对光伏组串侧电压的控制，即DC-DC变换器60输出端电压由H桥逆变器20控制，通过控制DC-DC变换器60的电压变比，控制DC-DC变换器60输入端电压的大小，采用扰动观测法对DC-DC变换器60输入端所连接光伏组串30进行最大功率跟踪控制。
本发明提出一种具有SOP功能的双并网接口的中压光伏发电系统，基于级联H桥逆变器的光伏发电系统中压并网，无升压变压器、结构简单，发电量高，采用模块化结构具有容错运行能力，相比于传统光伏发电系统，只增加一套逆变装置就使光伏发电系统具有两个并网接口且兼具了SOP的功能，不仅实现了光伏输出功率向两侧馈线末端的柔性分配，还实现了馈线之间的功率流动，对因故障被隔离区域不间断供电，从而使配电网可靠性、灵活性、控制的快速性大大提高，并提升了配电网接纳分布式光伏的能力，促进了新能源的进一步利用。
本发明实施例采用级联H桥逆变器连接光伏组串，既可以满足级联H桥拓扑所需的独立直流电源向各直流母线供电的要求，还可以通过H桥级联数量的增加使光伏发电系统直接并入中压电网，省掉了升压变压器。
如图4a、图4b和图4c所示，根据功率流动方向，本发明的光伏发电系统具有三种功率流动模式，Ppv为光伏阵列输出总功率、P1为光伏发电系统与第一中压馈线末端的交互功率，P2为光伏发电系统与第二中压馈线末端的交互功率，图4(a)中光伏组件的输出功率向两侧中压馈线流动，Ppv＝P1+P2；图4(b)中光伏组件的输出功率与从1#中压馈线吸收的功率总和流向2#中压馈线，P2＝P1+Ppv；图4(c)中光伏组件的输出功率与从2#中压馈线吸收的功率总和流向1#中压馈线，P1＝P2+Ppv。
本发明实施例的中压光伏发电系统具有两个并网接口，且兼具了SOP的功能，第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各光伏并网模块的直流母线电压，从而实现各光伏组串的最大功率跟踪。
图5示出了第一并网接口电路的控制原理框图。
该可选实施例中，第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，包括：根据第一并网接口电路有功功率流动的目标值，获得有功电流目标值idref1，根据第一并网接口电路输出无功功率的需求，获得无功电流目标值iqref1；实测第一并网接口电路的三相电流ia1、ib1、ic1，将实测的三相电流通过abc/dq变换，转换为实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，根据第一并网接口电路输出的实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，有功电流目标值idref1和实测有功电流分量id1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1，无功电流目标值iqref1和实测无功电流分量iq1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1，然后通过dq/abc坐标变换获得各相电压目标值va、vb、vc，最终通过SPWM获得第一并网接口电路中各H桥逆变器的开关管控制信号。该可选实施例中，上述坐标变换所用的角度θ基于实测的第一馈线末端电压利用锁相环PLL获得。
可选地，根据公式(1)求得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1：
vd1＝kpd1(idref1-id1)+kid1∫(idref1-id1)dt (1)
其中，kpd1为PI调节器比例调节系数，kid1为PI调节器积分调节系数，kpd1、kid1由系统传递函数求得或者根据凑试法求得。
可选地，根据公式(2)求得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1：
vq1＝kpq1(iqref1-iq1)+kiq1∫(iqref1-iq1)dt (2)
其中，kpq1为PI调节器比例调节系数，kiq1为PI调节器积分调节系数，kpq1、kiq1由系统传递函数求得或者根据凑试法求得。
图6示出了第二并网接口电路的控制原理框图。
该可选实施例中，第二并网接口电路控制各直流母线电压，包括：各直流母线电压的目标值设置为额定值，根据各直流母线电压的实际值与目标值获得各直流母线电压偏差值，所有直流母线电压偏差值之和etotal通过PI调节器获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2；根据第二并网接口电路输出无功功率的需求获得无功电流目标值iqref2；实测第二并网接口电路的三相电流ia2、ib2、ic2，将实测的三相电流通过abc/dq变换，转换为实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，根据第二并网接口电路输出的实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，有功电流目标值idref2和实测有功电流分量id2通过PI调节器获得第二并网接口电路输出电压有功分量目标值vd2，无功电流目标值iqref2和实测无功电流分量iq2经PI调节器求得无功分量目标值vq2，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值va’、vb’、vc’。第二并网接口电路中，任意选取3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，利用PI调节器获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数，再结合各相电压目标值获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值，设定未选取的H桥逆变器的输出电压修正系数为1，获得该未选取的H桥逆变器的输出电压目标值，最终通过载波移相SPWM求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号。该可选实施例中，上述坐标变换所用的角度θ基于实测的第二馈线末端电压利用锁相环PLL获得。
图6中以a相为例进行说明，各直流母线电压的目标值Vdca1ref、Vdca2ref……Vdcanref设置为额定值，根据a相各直流母线电压的实际值Vpva1、Vpva2……Vpvan与目标值Vdca1ref、Vdca2ref……Vdcanref获得a相各直流母线电压偏差值eva1、eva2……evan，求得a相所有直流母线电压偏差值之和eva，同理求得b相、c相所有直流母线电压偏差值之和evb、evc，进而求得所有直流母线电压偏差值之和etotal，即根据公式(3)获得所有直流母线电压偏差值之和etotal：
Figure BDA0002781461170000121
其中，a表示a相，b表示b相，c表示c相；
evm表示单相直流母线电压偏差值之和；
evai表示a相第i个直流母线电压偏差值，evbi表示b相第i个直流母线电压偏差值，evci表示c相第i个直流母线电压偏差值，i＝1，2……n。
图6中以未选取第二并网接口电路中a相第一个H桥逆变器为例，选取其余3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，包括a相中n-1个H桥逆变器直流母线电压偏差eva2……evan，b相中n个H桥逆变器直流母线电压偏差evb1、evb2……evbn(图6中未示出)，以及c相中n个H桥逆变器直流母线电压偏差evc1、evc2……evcn(图6中未示出)，利用PI调节器获得a相中n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数ka2……kan，以及b相中n个H桥逆变器的输出电压修正系数kb1、kb2……kbn(图6中未示出)，c相中n个H桥逆变器的输出电压修正系数kc1、kc2……kcn(图6中未示出)。再结合各相电压目标值va’、vb’、vc’，获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值。以a相为例，a相第二个H桥逆变器的输出电压修正系数ka2结合a相电压目标值va’，获得a相第二个H桥逆变器输出电压目标值va2，va2计算公式如下：
Figure BDA0002781461170000131
同理，获得a相其余H桥逆变器输出电压目标值va3……van，van计算公式如下：
Figure BDA0002781461170000132
同理，b相各H桥逆变器的输出电压修正系数kb1、kb2……kbn结合b相电压目标值vb’，获得b相各H桥逆变器输出电压目标值vb1、vb2……vbn；c相各H桥逆变器的输出电压修正系数kc1、kc2……kcn结合c相电压目标值vc’，获得c相各H桥逆变器输出电压目标值vc1、vc2……vcn。该实施例中，未选取的H桥逆变器为a相第一个H桥逆变器，则设定其输出电压修正系数为1，即ka1＝1，则va1＝va’/n，至此，获得了第二并网接口电路中全部3n个H桥逆变器的输出电压目标值，最终通过载波移相SPWM求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号。
第二并网接口电路控制各直流母线电压为额定值，由于光伏组串和直流母线之间连接有DC-DC变换器，通过控制各DC-DC变换器的电压变比可以实现对光伏组串侧电压的控制，即DC-DC变换器输出端电压由第二并网接口电路控制，通过控制DC-DC变换器的电压变比，控制DC-DC变换器输入端电压的大小，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
可选地，根据公式(4)获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2：
idref2＝kpetotal+ki∫etotaldt (4)
其中，kp表示PI调节器的比例调节系数，ki表示PI调节器的积分调节系数，kp、ki由系统传递函数求得或者根据凑试法求得。
可选地，根据公式(5)获得第二并网接口电路中3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数kmi：
kmi＝1+kpmievmi+kimi∫evmidt (5)
其中，kmi表示m相第i个H桥逆变器输出电压修正系数，i＝1，2……n，m＝a，b，c；
kpmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的比例调节系数，kimi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的积分调节系数，kpmi、kimi由系统传递函数求得或者根据凑试法求得；evmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的直流母线电压偏差值。
本发明实施例的中压光伏发电系统，两个并网接口连接于配电网的中压馈线末端，在系统最大限度捕获太阳能的基础上，实现了根据两馈线末端电压控制输出功率在两馈线的柔性分配，从而突破了当前分布式光伏系统输出功率较大时因馈线电压过高而限制光伏装机的瓶颈；该系统在成本增加不多的基础上使光伏发电系统具备了SOP功能，发挥了SOP显著提高配电网运行和调度的灵活性、大大提升电力系统运行的经济性和可靠性的优势，具有良好的市场前景。因此，本发明实施例提出的光伏发电系统的拓扑结构及其控制策略，提升了配电网接纳分布式电源的能力，从而促进了新能源的进一步利用和发展，具有节能减排的显著社会效益；并且，本发明实施例提出的光伏发电系统以很低的成本提高了电力系统运行的稳定性和经济性，具有显著的经济效益。
在另一些可选实施例中，本发明还提出了一种中压光伏发电并网方法，包括：光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各光伏并网模块的直流母线电压；其中，第一并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；第二并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；n≥2；光伏阵列包括三相，每相包括n个光伏组串，调压装置包括三相，每相包括n个DC/DC变换器，每个光伏组串和一个DC/DC变换器、一个第一并网接口电路的H桥逆变器以及一个第二并网接口电路的H桥逆变器组成一个光伏并网模块，一个光伏并网模块的两个H桥逆变器共直流母线，光伏组串输出端连接DC/DC变换器输入端，DC/DC变换器输出端连接直流母线。
第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，包括：
根据第一并网接口电路有功功率流动的目标值，获得有功电流目标值idref1，根据第一并网接口电路输出无功功率的需求，获得无功电流目标值iqref1；
根据第一并网接口电路输出的实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，有功电流目标值idref1和实测有功电流分量id1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1，无功电流目标值iqref1和实测无功电流分量iq1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1，然后通过dq/abc坐标变换获得各相电压目标值，最终获得第一并网接口电路中各H桥逆变器的开关管控制信号。
所述第二并网接口电路控制各直流母线电压，包括：
各直流母线电压的目标值设置为额定值，根据各直流母线电压的实际值与目标值获得各直流母线电压偏差值，所有直流母线电压偏差值之和etotal通过PI调节器获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2；
根据第二并网接口电路输出无功功率的需求获得无功电流目标值iqref2；
根据第二并网接口电路输出的实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，有功电流目标值idref2和实测有功电流分量id2通过PI调节器获得第二并网接口电路输出电压有功分量目标值vd2，无功电流目标值iqref2和实测无功电流分量iq2经PI调节器求得无功分量目标值vq2，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值；
第二并网接口电路中，任意选取3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，利用PI调节器获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数，再结合各相电压目标值获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值，根据第二并网接口电路中未选取的H桥逆变器所在相电压目标值与该相其他H桥逆变器输出电压目标值，获得该未选取的H桥逆变器的输出电压目标值，最终求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号。
第二并网接口电路控制各直流母线电压为额定值，由于光伏组串和直流母线之间连接有DC-DC变换器，通过控制各DC-DC变换器的电压变比可以实现对光伏组串侧电压的控制，即DC-DC变换器输出端电压由第二并网接口电路控制，通过控制DC-DC变换器的电压变比，控制DC-DC变换器输入端电压的大小，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
可选地，根据公式(1)求得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1：
vd1＝kpd1(idref1-id1)+kid1∫(idref1-id1)dt (1)
其中，kpd1为PI调节器比例调节系数，kid1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(2)求得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1：
vq1＝kpq1(iqref1-iq1)+kiq1∫(iqref1-iq1)dt (2)
其中，kpq1为PI调节器比例调节系数，kiq1为PI调节器积分调节系数。
可选地，根据公式(3)获得所有直流母线电压偏差值之和etotal：
Figure BDA0002781461170000161
其中，a表示a相，b表示b相，c表示c相；
evm表示单相直流母线电压偏差值之和；
evai表示a相第i个直流母线电压偏差值，evbi表示b相第i个直流母线电压偏差值，evci表示c相第i个直流母线电压偏差值，i＝1，2……n。
可选地，根据公式(4)获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2：
idref2＝kpetotal+ki∫etotaldt (4)
其中，kp表示PI调节器的比例调节系数，ki表示PI调节器的积分调节系数。
可选地，根据公式(5)获得第二并网接口电路中3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数kmi：
kmi＝1+kpmievmi+kimi∫evmidt (5)
其中，kmi表示m相第i个H桥逆变器输出电压修正系数，i＝1，2……n，m＝a，b，c；
kpmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的比例调节系数，kimi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的积分调节系数，evmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的直流母线电压偏差值。
在另一些可选实施例中，本发明还提出了一种用于对故障馈线进行电压支撑的中压光伏发电系统控制方法，当某一馈线因故障被隔离而由上述可选实施例的光伏发电系统对其提供电压支撑时，与该馈线末端连接的并网接口电路以电压源模式运行，保持输出电压和频率为额定值，另一侧并网接口电路实现对各直流母线电压的控制，从而实现SOP的故障恢复功能。
以第一中压馈线因故障被隔离为例，第一并网接口电路切换为电压源模式运行，控制原理框图如图7所示，第一中压馈线电压有功分量目标值Vdref1由式(6)求得，
Figure BDA0002781461170000171
其中，Vrms为该馈线额定线电压的均方根值，第一中压馈线电压无功分量目标值设为0。
实测第一中压馈线末端三相电压Va1、Vb1、Vc1，将实测的三相电压通过abc/dq变换，转换为实测有功电压分量Vld1和实测无功电流分量Vlq1，有功电压目标值Vdref1和实测有功电压分量Vld1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值Vd1，无功电压目标值Vqref1和实测无功电压分量Vlq1经PI调节器求得无功分量目标值Vq1，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值Va、Vb、Vc，各相电压目标值Va、Vb、Vc分别除以n即可获得各相中每个H桥逆变器的电压目标值，最终通过载波移相SPWM求得第一并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号。上述abc/dq和dq/abc坐标变换过程中所需要的角度θ通过对额定频率的积分获得。第二并网接口电路仍按图6所示原理对各直流母线电压进行控制。同理，当第二中压馈线因故障被隔离后，第二并网接口电路按图7所示原理进行控制，而第一并网接口电路切换为如图6所示原理对直流母线电压进行控制。
当各相对应的光伏组串数量不同时，或者，当某一光伏并网模块故障而其对应的H桥逆变器被旁路后，发电系统各相输出功率会出现较大不平衡，而电网对发电系统的三相输出电流的平衡度有严格要求，因此，在另一些可选实施例中，本发明还提出了一种三相电流不平衡补偿方法，用于对上述第二并网接口电路的三相电流不平衡进行补偿，如图8所示，包括以下步骤：
首先，根据各相输出功率Pa、Pb和Pc求得各相功率的不平衡度ra、rb和rc，计算公式如下：
Figure BDA0002781461170000172
Figure BDA0002781461170000173
其中，Pa为a相输出功率，Pb为b相输出功率，Pc为c相输出功率；ra为a相功率不平衡度，rb为b相功率不平衡度，rc为c相功率不平衡度。
然后，根据该不平衡度求得零序电压v0，计算公式如下：
Figure BDA0002781461170000181
其中，va’为a相电压目标值，vb’为b相电压目标值，vc’为c相电压目标值。
最后，在各相电压目标值上叠加该零序电压，求得对输出三相不平衡电流进行补偿时新的各相电压目标值va”、vb”、vc”，计算公式如下：
Figure BDA0002781461170000182
当各相输出功率相差较小而无需进行补偿控制时，则不对各相电压目标值进行零序电压叠加。由各相电压目标值求取各H桥逆变器开关管控制信号的方法与上述功率流动和直流母线电压控制时的方法完全相同，从而保证了控制策略的一致性。
当然，上述三相电流不平衡补偿方法也可以用于对第一并网接口电路三相电流不平衡进行补偿，这里不再赘述。
本发明所提出的具有SOP功能的双并网接口的中压光伏发电系统，正常运行时两个并网接口电路都是作为电流源进行控制，因为正常运行时两个并网接口电路的电压都是电网电压，电网将电压控制住。而当某一馈线出现故障时，某一馈线因故障被隔离也即该馈线和电网断开，被隔离的馈线就没有电压，由本发明的光伏发电系统的该侧并网接口电路来提供电压支撑，将其控制为电压源模式。因此，本发明所提出的具有SOP功能的双并网接口中压光伏发电系统能够显著提高配电网运行和调度的灵活性，大大提升电力系统运行的经济性和可靠性，并提高光伏发电系统功率流动的灵活性，进而提高配电网接纳分布式光伏的能力。
本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种中压光伏发电系统，其特征在于，包括光伏阵列、调压装置和并网接口电路，并网接口电路数量为两个，光伏阵列连接调压装置，调压装置通过第一并网接口电路连接第一中压馈线末端，调压装置通过第二并网接口电路连接第二中压馈线末端；
第一并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；第二并网接口电路包括三相，每相包括n个级联的H桥逆变器；n≥2；
光伏阵列包括三相，每相包括n个光伏组串，调压装置包括三相，每相包括n个DC/DC变换器，每个光伏组串和一个DC/DC变换器、一个第一并网接口电路的H桥逆变器以及一个第二并网接口电路的H桥逆变器组成一个光伏并网模块，一个光伏并网模块的两个H桥逆变器共直流母线，光伏组串输出端连接DC/DC变换器输入端，DC/DC变换器输出端连接直流母线；
第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，第二并网接口电路控制各直流母线电压；
第一并网接口电路控制输出到第一中压馈线的有功功率，包括：
根据第一并网接口电路有功功率流动的目标值，获得有功电流目标值idref1，根据第一并网接口电路输出无功功率的需求，获得无功电流目标值iqref1；
根据第一并网接口电路输出的实测有功电流分量id1和实测无功电流分量iq1，有功电流目标值idref1和实测有功电流分量id1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1，无功电流目标值iqref1和实测无功电流分量iq1通过PI调节器获得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1，然后通过dq/abc坐标变换获得各相电压目标值，最终获得第一并网接口电路中各H桥逆变器的开关管控制信号；
所述第二并网接口电路控制各直流母线电压，包括：
各直流母线电压的目标值设置为额定值，根据各直流母线电压的实际值与目标值获得各直流母线电压偏差值，所有直流母线电压偏差值之和通过PI调节器获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2；
根据第二并网接口电路输出无功功率的需求获得无功电流目标值iqref2；
根据第二并网接口电路输出的实测有功电流分量id2和实测无功电流分量iq2，有功电流目标值idref2和实测有功电流分量id2通过PI调节器获得第二并网接口电路输出电压有功分量目标值vd2，无功电流目标值iqref2和实测无功电流分量iq2经PI调节器求得无功分量目标值vq2，然后经dq/abc坐标变换求得各相电压目标值；
第二并网接口电路中，任意选取3n-1个H桥逆变器，根据各H桥逆变器直流母线电压偏差，利用PI调节器获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数，再结合各相电压目标值获得该3n-1个H桥逆变器的输出电压目标值；设定未选取的H桥逆变器的输出电压修正系数为1，获得该未选取的H桥逆变器的输出电压目标值，最终求得第二并网接口电路所有3n个H桥逆变器开关管控制信号；
利用对各DC-DC变换器的电压变比的控制，采用扰动观测法对各DC-DC变换器输入端所连接光伏组串进行最大功率跟踪控制。
2.如权利要求1所述的一种中压光伏发电系统，其特征在于，
根据公式(1)求得第一并网接口电路输出电压有功分量目标值vd1：
vd1＝kpd1(idref1-id1)+kid1∫(idref1-id1)dt (1)
其中，kpd1为PI调节器比例调节系数，kid1为PI调节器积分调节系数。
3.如权利要求1所述的一种中压光伏发电系统，其特征在于，
根据公式(2)求得第一并网接口电路输出电压无功分量目标值vq1：
vq1＝kpq1(iqref1-iq1)+kiq1∫(iqref1-iq1)dt (2)
其中，kpq1为PI调节器比例调节系数，kiq1为PI调节器积分调节系数。
4.如权利要求1所述的一种中压光伏发电系统，其特征在于，
根据公式(3)获得所有直流母线电压偏差值之和etotal：
Figure FDA0002781461160000021
其中，a表示a相，b表示b相，c表示c相；
evm表示单相直流母线电压偏差值之和，m＝a，b，c；
evai表示a相第i个直流母线电压偏差值，evbi表示b相第i个直流母线电压偏差值，evci表示c相第i个直流母线电压偏差值，i＝1，2……n。
5.如权利要求4所述的一种中压光伏发电系统，其特征在于，
根据公式(4)获得第二并网接口电路有功电流目标值idref2：
idref2＝kpetotal+ki∫etotaldt (4)
其中，kp表示PI调节器的比例调节系数，ki表示PI调节器的积分调节系数。
6.如权利要求1所述的一种中压光伏发电系统，其特征在于，
根据公式(5)获得第二并网接口电路中3n-1个H桥逆变器的输出电压修正系数kmi：
kmi＝1+kpmievmi+kimi∫evmidt (5)
其中，kmi表示m相第i个H桥逆变器输出电压修正系数，i＝1，2……n，m＝a，b，c；
kpmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的比例调节系数，kimi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的PI调节器的积分调节系数，evmi表示第二并网接口电路m相第i个H桥逆变器的直流母线电压偏差值。
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