CN113241796A - 极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法，属于电力控制领域。针对极弱电网情况下光伏发电系统极易不稳定的问题，该控制方法给出了电压功率双闭环的控制策略，提高系统在极弱网下功率传输效率和系统的稳定性。针对光伏发电系统具有“只管发电，不管电网”的特点，易造成并网点电压被抬高的影响，采用无功补偿控制方法，判断并网点电压偏移程度选择加入无功补偿大小，不仅适用于各种发电系统，还适用于多种电压等级，提高系统在极弱电网下的动态响应速度和系统的灵活性。

Description

极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种光伏并网逆变器控制方法，尤其是一种极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法，属于电力控制领域。
背景技术
随着环境恶化、能源危机的加重以及技术进步、器件生产成本降低，光伏、风电等新能源发电技术发展成为国内外研究热点，越来越多的可再生能源通过电力电子接口并入大电网，电力电子并网接口系统日益趋向高比例化，电网逐渐呈现极弱网特性。光伏发电系统大多采用最大功率跟踪(MPPT)方式并网，与传统同步发电机相比较，光伏发电系统不仅响应速度快，控制简单灵活，还能充分利用光能，但是光伏发电系统具有“只管发电，不管电网”的特点，往往出现电网能量过剩的现象。因此，如何保证系统能够稳定运行且并网点电压维持在正常范围内是一个至关重要的问题。
题为《弱电网条件下LCL型三相光伏并网逆变器研究》(付子义，张字远，董彦杰.弱电网条件下LCL型三相光伏并网逆变器研究[J].太阳能学报，2021，42(04)：193-199.)的文章针对常规并网逆变器在弱电网下容易出现系统不稳定的情况，提出了在考虑电网阻抗变换的条件下LCL滤波器电容电压-网侧电流双闭环控制策略，该文章基于LCL型光伏并网逆变器拓扑结构，在dq同步旋转坐标系下建立数学模型，进行电压电流双闭环解耦分析，选取电网侧电压作为前馈控制量，提高了系统的响应速度。在弱网情况下，由于并网点电压波动较大，并网点dq电压量作为前馈的性能变差，易导致系统不稳定，该文章没有考虑到功率传输过程易造成并网点电压抬高的问题且不能适用于极弱电网的工况。
题为《光伏发电逆变并网系统复合控制策略》(孟军，徐先勇，方璐，贺西，汪沨.光伏发电逆变并网系统复合控制策略[J].湖南大学学报(自然科学版)，2017，44(04)：87-93.)的文章研究了一种可适用统筹无功补偿的光伏并网逆变系统，提出一种单相光伏逆变器的复合控制方法，该文章基于逆变器电压电流双闭环控制，加入前馈基波调制信号，进行输出电流的前馈控制，同时借助无差拍控制器实现输出电流的闭环控制，有效结合了前馈控制的快速响应和反馈闭环跟踪特性，向电网输出额定有功电流的同时输出一定无功电流补偿负载产生的感性无功，改善了微网的电能质量。但是，该控制方法仅适用于强网下，极弱电网易导致系统不稳定，同时此无功补偿控制方法不够精准，补偿程度不能调节。
由以上分析可见，目前关于弱电网下光伏并网逆变器系统的稳定性问题已受到了广泛的关注和研究，尤其是弱电网下光伏并网逆变器系统控制优化方法，但对极弱电网下光伏并网逆变器控制方法的研究甚少。部分研究已经发现弱连接条件下光伏并网发电系统存在稳定运行问题，并针对弱电网下光伏并网逆变器的稳定性问题提出了不同控制方法，但这些传统控制方法不能完全适应弱电网，也不能适用于极弱电网的工况，同时无功补偿控制方法灵活性较差，精准度也不高。
综上所述，现有的技术中还存在以下问题：
1、在分析弱电网下光伏并网逆变器系统稳定性问题时，很多研究都是基于常规电压外环和电流内环的控制策略，通过在电流内环引入前馈控制量提高系统动态响应速度，但没有考虑前馈量波动时易造成系统不稳定的问题，同时常规控制方法也并未考虑极弱电网下的运行工况。
2、大多数研究在解决光伏发电系统因电网能量过剩而导致并网点电压被抬升的问题时，只是定性的分析了光伏发电系统加入无功补偿能够提高功率传输的能力，未能定量的提出根据并网点电压偏移量加入无功补偿大小，且在极弱电网下的适应性也不够强。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，针对前述两个问题提出的一种极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法。
本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法，所述光伏并网逆变器所涉及的拓扑包括光伏电池、直流侧滤波电容Cdc、三相全桥逆变电路、LCL滤波器和三相交流电网；光伏电池的两个电源输出端分别与三相全桥逆变电路的两个输入端相连，三相全桥逆变电路的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端在并网点通过电网的等效电感Lgrid与三相电网ea，eb，ec相连，直流侧滤波电容Cde并联在光伏电池的两个电源输出端之间；三相交流电网相电压有效值为E，LCL滤波器由桥臂侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成；
所述控制方法的步骤如下：
步骤1，采样及坐标变换；
采样LCL滤波器桥臂侧滤波电感电流并记为桥臂侧电流iLa，iLb，iLc，采样并网点电压upcca，upccb，upccc，采样三相交流电网电压并记为电网电压ea，eb，ec，采样光伏并网逆变器直流侧电压并记为直流侧电压Udc；
对桥臂侧电流iLa，iLb，iLc、并网点电压upcca，upccb，upccc、电网电压ea，eb，ec分别进行单同步旋转坐标变换得到桥臂侧电流dq分量ILd，ILq、并网点电压dq分量Upccd，Upccq、电网电压dq分量Ed，Eq；
步骤2，根据步骤1中得到的并网点电压dq分量Upccd，Upccq通过并网点电压幅值计算方程得到并网点电压幅值Um，根据步骤1中得到的电网电压dq分量Ed，Eq通过电网电压幅值计算方程得到电网电压幅值Em，将并网点电压dq分量Upccd，Upccq经过锁相环控制方程得到并网点矢量角θ；
所述并网点电压幅值计算方程为：
Figure BDA0003098956220000031
其中，Ubase为电压基准值；
所述电网电压幅值计算方程为：
Figure BDA0003098956220000032
所述锁相环控制方程为：
Figure BDA0003098956220000033
θ＝ω/s
其中，Kppll为锁相环比例控制系数，Kipll为锁相环积分控制系数，ω为锁相环得到的电网电压角频率，ωs为电网同步角频率，s为拉普拉斯算子；
步骤3，根据步骤1中得到的桥臂侧电流dq分量ILd，ILq、电网电压dq分量Ed，Eq，经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到光伏并网逆变器有功功率P和光伏并网逆变器无功功率Q，所述有功功率计算方程和无功功率计算方程分别为：
Figure BDA0003098956220000041
Figure BDA0003098956220000042
步骤4，根据步骤1中得到的直流侧电压Udc与给定的直流侧给定电压Udc *通过直流电压外环控制方程得到功率内环d轴指令Pref；根据步骤2中得到并网点电压幅值Um和电网电压幅值Em通过无功补偿控制方程确定功率内环q轴指令Qref；
所述直流电压外环控制方程为：
Pref＝-(Kpu+Kiu/s)(Udc *-Udc/Ubase)
其中，Kpu为直流电压外环比例控制系数，Kiu为直流电压外环积分控制系数；
所述无功补偿控制方程为：
ΔU＝Um-Em
Qref＝a1ΔU/Em+a0
其中，ΔU为系统加入无功补偿后光伏并网逆变器并网点电压的电压偏移量，a1为无功补偿控制比例系数，a0为无功补偿控制常系数，所述无功补偿控制常系数a0为ΔU＝0时所需的无功功率；
步骤5，利用功率内环控制方程计算得到调制信号Ud，Uq，所述功率内环控制方程为：
Ud＝(Kpp+Kip/s)(Pref-P/S)
Uq＝(Kpp+Kip/s)(Qref-Q/S)
其中，Kpp为功率内环比例控制系数，Kip为功率内环积分控制系数，S为功率基准值；
步骤6，将步骤5中得到的调制信号Ud，Uq经过单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua，Ub，Uc，再根据Ua，Ub，Uc生成开关管的SVPWM控制信号。
与现有技术相比，对于光伏发电系统，本发明的有益效果为：
1、本发明中的光伏并网逆变器采用电压外环、功率内环的控制策略能够适用于极弱电网的工况，同时较常规电压电流双环控制响应速度更快，稳定性更好。
2、本发明中的光伏并网逆变器系统加入无功补偿的方法不仅适用于各种发电系统，还可以应用于多种电压等级，提高了系统在极弱电网下的稳定性和控制系统的灵活性。
3、本发明控制方法保证了光伏电池能够持续稳定在输出最大功率处，向电网传输效率高，且方法简单，易实现。
4、本发明中的无功补偿控制方法可以明确无功补偿的大小，提高了无功补偿的精准度，有效增加了光伏输电能力，增强了光伏逆变器并网运行的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例中的光伏并网逆变器拓扑结构。
图2是本发明实施例中的光伏并网逆变器直流电压外环控制框图。
图3是本发明实施例中的光伏并网逆变器电压功率双环控制框图。
图4是三相交流电网强度的短路比SCR＝1.2，未加入无功补偿时，直流侧电压波形图。
图5是三相交流电网强度的短路比SCR＝1.2，未加入无功补偿时，并网点电压波形图。
图6是三相交流电网强度的短路比SCR＝1.2，无功功率指令为Qref＝2838时，直流侧电压波形图。
图7是三相交流电网强度的短路比SCR＝1.2，无功功率指令为Qref＝2838时，并网点电压波形图。
具体实施方法
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的实施例中光伏并网逆变器拓扑结构。所述极弱电网指的是用来描述交流电网强度的短路比SCR＜2的情况；所述光伏并网逆变器所涉及的拓扑包括光伏电池、直流侧滤波电容Cdc、三相全桥逆变电路、LCL滤波器和三相交流电网。光伏电池的两个电源输出端分别与三相全桥逆变电路的两个输入端相连，三相全桥逆变电路的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端在并网点通过电网的等效电感Lgrid与三相电网ea，eb，ec相连，直流侧滤波电容Cdc并联在光伏电池的两个电源输出端之间。三相交流电网相电压有效值为E，LCL滤波器由桥臂侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成。
具体的，本实例中的参数如下：三相交流电网强度的短路比SCR＝1.2，光伏电池组件参数包含4部分：开路电压Uoc＝815V、短路电流Isc＝831A、最大功率点电压Um＝650V、最大功率点电流Im＝769.3A。直流侧滤波电容Cdc＝20.16mF，输出交流线电压有效值为315V/50Hz，额定容量为500KW，桥臂侧电感L1的电感值为0.05H，滤波电容C的电容值为400μF，网侧电感L2的电感值为0.025H。取光伏并网逆变器采样频率fs为3kHz，则采样周期Ts＝333μs。
图2是本发明实施例中的光伏并网逆变器直流电压外环控制框图，图3是本发明实施例中的光伏并网逆变器电压功率双环控制框图。由图2和图3可见，本发明极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法，步骤如下：
步骤1，采样及坐标变换；
采样LCL滤波器桥臂侧滤波电感电流并记为桥臂侧电流iLa，ILb，iLc，采样并网点电压upcca，upccb，upccc，采样三相交流电网电压并记为电网电压ea，eb，ec，采样光伏并网逆变器直流侧电压并记为直流侧电压Udc；
对桥臂侧电流iLa，iLb，iLc、并网点电压upcca，upccb，upccc、电网电压ea，eb，ec分别进行单同步旋转坐标变换得到桥臂侧电流dq分量ILd，ILq、并网点电压dq分量Upccd，Upccq、电网电压dq分量Ed，Eq。
步骤2，根据步骤1中得到的并网点电压dq分量Upccd，Upccq通过并网点电压幅值计算方程得到并网点电压幅值Um，根据步骤1中得到的电网电压dq分量Ed，Eq通过电网电压幅值计算方程得到电网电压幅值Em，将并网点电压dq分量Upccd，Upccq经过锁相环控制方程得到并网点矢量角θ。
所述并网点电压幅值计算方程为：
Figure BDA0003098956220000071
其中，Ubase为电压基准值。
所述电网电压幅值计算方程为：
Figure BDA0003098956220000072
所述锁相环控制方程为：
Figure BDA0003098956220000073
θ＝ω/s
其中，Kppll为锁相环比例控制系数，Kipll为锁相环积分控制系数，ω为锁相环得到的电网电压角频率，ωs为电网同步角频率，s为拉普拉斯算子。
在本实例中，逆变器输出交流线电压有效值为315V/50Hz，因此Em＝5792，Ubase＝0.077。
锁相环控制方程中的参数主要考虑电网相角的快速追踪能力。在本实施例中，工频为50Hz，所以取ωs＝314.2rad/s，取Kppll＝0.005，Kipll＝0.05。
步骤3，根据步骤1中得到的桥臂侧电流dq分量ILd，ILg、电网电压dq分量Ed，Eq，经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到光伏并网逆变器有功功率P和光伏并网逆变器无功功率Q，所述有功功率计算方程和无功功率计算方程分别为：
Figure BDA0003098956220000074
Figure BDA0003098956220000075
步骤4，根据步骤1中得到的直流侧电压Udc与给定的直流侧给定电压Udc *通过直流电压外环控制方程得到功率内环d轴指令Pref；根据步骤2中得到并网点电压幅值Um和电网电压幅值Em通过无功补偿控制方程确定功率内环q轴指令Qref；
所述直流电压外环控制方程为：
Pref＝-(Kpu+Kiu/s)(Udc *-Udc/Ubase)
其中，Kpu为直流电压外环比例控制系数，Kiu为直流电压外环积分控制系数。
所述无功补偿控制方程为：
ΔU＝Um-Em
Qref＝a1ΔU/Em+a0
其中，ΔU为系统加入无功补偿后光伏并网逆变器并网点电压的电压偏移量，a1为无功补偿控制比例系数，a0为无功补偿控制常系数，所述无功补偿控制常系数a0为AU＝0时所需的无功功率。
直流电压外环控制方程中的参数主要考虑直流侧电压稳定控制能力。在本实施例中，Kpu＝50，Kiu＝250，Udc *＝8452.064。
无功补偿控制方程与并网点电压幅值Um和电网电压幅值Em有关。在本实例中，a1＝-8533，a0＝2838。在本实例中，系统加入无功补偿避免并网点电压被抬高的情况发生，取Qref＝2838。
步骤5，利用功率内环控制方程计算得到调制信号Ud，Uq，所述功率内环控制方程为：
Ud＝(Kpp+Kip/s)(Pref-P/S)
Uq＝(Kpp+Kip/s)(Qref-Q/S)
其中，Kpp为功率内环比例控制系数，Kip为功率内环积分控制系数，S为功率基准值。
功率控制方程解决了有功和无功耦合的问题，提高了功率跟踪能力。在本实例中，取Kpp＝0.5，Kip＝50，S＝5798。
步骤6，将步骤5中得到的调制信号Ud，Uq经过单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua，Ub，Uc，再根据Ua，Ub，Uc生成开关管的SVPWM控制信号。
为了佐证发明的技术成果，对发明进行了仿真。
图4、图5分别是三相交流电网的短路比SCR＝1.2情况下未加入无功补偿运行时，直流侧电压波形图和并网点电压波形图，将并网点电压upcca，upccb，upccc记为upcck，k为相序，k＝a，b，c。图6、图7分别是三相交流电网的短路比SCR＝1.2情况下无功功率指令为Qref＝2838运行时，直流侧电压波形图和并网点电压波形图，将并网点电压upcca，upccb，upccc记为upcck，k为相序，k＝a，b，c。由图4与图6可以看出来，本发明提供的极弱电网下光伏并网逆变器电压功率双闭环控制方法，能够保证直流侧电压控制稳定，光伏电池可以持续输出最大功率，且加入无功补偿后系统响应速度更快，直流侧电压较快达到稳定值。同时从图5可以发现，光伏发电系统易造成电网能量过剩，并网点电压被抬高，由图7可知，基于电压功率双闭环控制方法，加入无功补偿，并网点电压能够稳定在正常范围内，可以根据并网点电压偏移量合理配置无功补偿大小，提高系统的灵活性和系统的稳定性。

Claims (1)

1.一种极弱电网下光伏并网逆变器功率控制方法，所述光伏并网逆变器所涉及的拓扑包括光伏电池、直流侧滤波电容Cdc、三相全桥逆变电路、LCL滤波器和三相交流电网；光伏电池的两个电源输出端分别与三相全桥逆变电路的两个输入端相连，三相全桥逆变电路的三相输出端与LCL滤波器的三相输入端一一对应相连，LCL滤波器的三相输出端在并网点通过电网的等效电感Lgrid与三相电网ea，eb，ec相连，直流侧滤波电容Cdc并联在光伏电池的两个电源输出端之间；三相交流电网相电压有效值为E，LCL滤波器由桥臂侧电感L1、滤波电容C和网侧电感L2组成；
其特征在于，所述控制方法的步骤如下：
步骤1，采样及坐标变换；
采样LCL滤波器桥臂侧滤波电感电流并记为桥臂侧电流iLa，iLb，iLc，采样并网点电压upcca，upccb，upccc，采样三相交流电网电压并记为电网电压ea，eb，ec，采样光伏并网逆变器直流侧电压并记为直流侧电压Udc；
对桥臂侧电流iLa，iLb，iLc、并网点电压upcca，upccb，upccc、电网电压ea，eb，ec分别进行单同步旋转坐标变换得到桥臂侧电流dq分量ILd，ILq、并网点电压dq分量Upccd，Upccq、电网电压dq分量Ed，Eq；
步骤2，根据步骤1中得到的并网点电压dq分量Upccd，Upccq通过并网点电压幅值计算方程得到并网点电压幅值Um，根据步骤1中得到的电网电压dq分量Ed，Eq通过电网电压幅值计算方程得到电网电压幅值Em，将并网点电压dq分量Upccd，Upccq经过锁相环控制方程得到并网点矢量角θ；
所述并网点电压幅值计算方程为：
Figure FDA0003098956210000011
其中，Ubase为电压基准值；
所述电网电压幅值计算方程为：
Figure FDA0003098956210000012
所述锁相环控制方程为：
Figure FDA0003098956210000021
θ＝ω/s
其中，Kppll为锁相环比例控制系数，Kipll为锁相环积分控制系数，ω为锁相环得到的电网电压角频率，ωs为电网同步角频率，s为拉普拉斯算子；
步骤3，根据步骤1中得到的桥臂侧电流dq分量ILd，ILq、电网电压dq分量Ed，Eq，经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到光伏并网逆变器有功功率P和光伏并网逆变器无功功率Q，所述有功功率计算方程和无功功率计算方程分别为：
Figure FDA0003098956210000022
Figure FDA0003098956210000023
步骤4，根据步骤1中得到的直流侧电压Udc与给定的直流侧给定电压Udc *通过直流电压外环控制方程得到功率内环d轴指令Pref；根据步骤2中得到并网点电压幅值Um和电网电压幅值Em通过无功补偿控制方程确定功率内环q轴指令Qref；
所述直流电压外环控制方程为：
Pref＝-(Kpu+Kiu/s)(Udc *-Udc/Ubase)
其中，Kpu为直流电压外环比例控制系数，Kiu为直流电压外环积分控制系数；
所述无功补偿控制方程为：
ΔU＝Um-Em
Qref＝a1ΔU/Em+a0
其中，ΔU为系统加入无功补偿后光伏并网逆变器并网点电压的电压偏移量，a1为无功补偿控制比例系数，a0为无功补偿控制常系数，所述无功补偿控制常系数a0为ΔU＝0时所需的无功功率；
步骤5，利用功率内环控制方程计算得到调制信号Ud，Uq，所述功率内环控制方程为：
Ud＝(Kpp+Kip/s)(Pref-P/S)
Uq＝(Kpp+Kip/s)(Qref-Q/S)
其中，Kpp为功率内环比例控制系数，Kip为功率内环积分控制系数，S为功率基准值；
步骤6，将步骤5中得到的调制信号Ud，Uq经过单同步旋转坐标反变换得到三相桥臂电压控制信号Ua，Ub，Uc，再根据Ua，Ub，Uc生成开关管的SVPWM控制信号。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080312855A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 University Of South Carolina Systems and Methods for Power Hardware in the Loop Testing
CN105958548A (zh) * 2016-05-19 2016-09-21 上海交通大学 一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法
US20170047862A1 (en) * 2014-04-30 2017-02-16 Hunan University Steady state control method for three-phase double-mode inverter
CN108173292A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 合肥工业大学 基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法
CN108233415A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 合肥工业大学 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法
CN207732451U (zh) * 2017-11-08 2018-08-14 国家电网公司 一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制系统
CN110277797A (zh) * 2019-05-30 2019-09-24 合肥工业大学 基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法
CN110417055A (zh) * 2019-07-31 2019-11-05 东北大学 一种抑制光伏并网逆变器直流侧母线电压波动的直接功率控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080312855A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 University Of South Carolina Systems and Methods for Power Hardware in the Loop Testing
US20170047862A1 (en) * 2014-04-30 2017-02-16 Hunan University Steady state control method for three-phase double-mode inverter
CN105958548A (zh) * 2016-05-19 2016-09-21 上海交通大学 一种适用于弱电网工况的逆变器功率-电压控制方法
CN207732451U (zh) * 2017-11-08 2018-08-14 国家电网公司 一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制系统
CN108233415A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 合肥工业大学 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法
CN108173292A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 合肥工业大学 基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法
CN110277797A (zh) * 2019-05-30 2019-09-24 合肥工业大学 基于共直流母线的光伏虚拟同步发电机协调控制方法
CN110417055A (zh) * 2019-07-31 2019-11-05 东北大学 一种抑制光伏并网逆变器直流侧母线电压波动的直接功率控制方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAOLIAN CHEN ET AL.: "Single-Stage Three-Phase Current-Source Photovoltaic Grid-Connected Inverter High Voltage Transmission Ratio", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *
JIAXIN REN ET AL.: "Loop Closing Control Based on PMU for Active Distribution Network", 《IEEE》 *
付子义 等: "弱电网条件下LCL型三相光伏并网逆变器研究", 《太阳能学报》 *
胡超 等: "级联多电平光伏并网逆变器研究", 《电力电子技术》 *
赵香桂等: "光伏并网发电及无功调节策略的研究", 《大功率变流技术》 *

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