CN116581763A - 用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请针对分布式光伏发电系统在抑制自身功率波动性的同时起到主动支撑配电网交流母线电压的作用，提供了一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，根据当前配电网端电压的状态确定光伏逆变器的工作状态，使光伏逆变器电流型MPPT控制、电流型CMPPT控制、电压型控制、工作于合适的电网电压区间，并对几种光伏逆变器的控制策略进行稳定切换，以起到光伏逆变器主动支撑配电网电压的作用，同时考虑到配电网的负载用电质量问题，当光伏逆变器输出功率波动较大时，将光伏逆变器从配电网中切除，以保障负载用电的可靠性。

Description

用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法
技术领域
本申请涉及配电网中分布式光伏技术领域，具体涉及一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法。
背景技术
能源短缺和环境污染已成为当前社会所面临的严峻问题，太阳能由于具有绿色，清洁和可再生的优势，作为一种主要的可再生能源，已广泛应用于分布式光伏并网发电中。然而光伏发电具有新能源典型的随机性、间歇性和波动性特征，会影响配电网的可靠运行。
并网运行时，为提高光伏的经济效益，光伏逆变器发电系统通常采用电流型最大功率点跟踪(MPPT)控制技术。但随着太阳能普及率的不断提高，经济效益已经不再是管理光伏逆变器发电系统的首要考虑因素，相应的光伏逆变器对于交流母线电压的主动支撑变得越来越重要。电流型恒定功率点跟踪(CMPPT)控制可以再光伏特性曲线上寻找一个最大功率点以下的合理工作点以适应当前的配电网母线电压。当配电网母线电压越限严重时，上述两种电流型控制技术不仅不能主动支撑配电网交流母线的电压，自身的功率波动特性甚至会进一步恶化母线电压，为充分发掘光伏逆变器发电系统在配电网中的作用，光伏电压型控制可在电网电压严重越限时，主动控制交流母线的电压使其恢复至正常值，起到主动支撑母线电压的作用。
所以对于配电网而言，如何合理利用上述几种光伏逆变器的控制技术，根据配电网交流母线电压选择控制方法切换光伏逆变器的工作模式是亟须解决的问题。同时，当光照率不足或光照强度不稳定时，导致光伏发电功率过小或光伏功率波动较大，为不影响配电网的正常工作，还需考虑光伏逆变器的投切问题，以保障负载用电的可靠性。
发明内容
本申请旨在提出一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，实现根据配电网交流母线电压选择控制方法切换光伏逆变器的工作模式。
本申请实施例提出一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，光伏系统的光伏板通过DC/DC变换器接至直流母线，再通过DC/AC逆变器接至交流配电网；所述方法包括如下步骤：
实时检测光伏逆变器每秒的功率变化率；
若光伏逆变器每秒的功率变化率大于光伏逆变器系统额定容量的50％，则判定光伏逆变器的输出功率波动过大，将光伏逆变器从配电网中切除；
若光伏逆变器每秒的功率波动小于等于光伏逆变器系统额定容量的50％，则实时检测配电网端电压幅值Ug；
若配电网端电压幅值Ug小于等于配电网端电压额定幅值Uref，则光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式；若配电网端电压幅值Ug大于配电网端电压额定幅值Uref，且小于配电网端电压额定幅值Uref的1.1倍，则光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式；若配电网端电压幅值Ug大于配电网端电压额定幅值Uref的1.1倍，则光伏逆变器工作于电压型控制模式。
在一些方案中，所述光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式，包括：
将当前光伏最大输出功率Ppv_m作为光伏功率环指令值，即Ppv_ref＝Ppv_m；
确定光伏实时输出功率Ppv，根据光伏功率环指令值Ppv_ref和光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
在一些方案中，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
采样电网电压uabc，通过锁相环得到电网侧频率ωg；
获取光伏逆变器直流侧电压指令值Udc_ref，采样光伏逆变器直流侧电压Udc，将电压目标值Udc_ref和直流侧电压Udc输入PI调节器生成并网目标电流直轴分量Id_ref；
根据并网目标电流直轴分量Id_ref，通过电流环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
在一些方案中，所述光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式，包括：
根据当前电网电压确定光伏输出功率指令值，光伏功率环指令值Ppv_ref可表示为：
确定光伏实时输出功率Ppv，根据光伏功率环指令值Ppv_ref和光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
在一些方案中，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
采样电网电压uabc，通过锁相环得到电网侧频率ωg；
获取光伏逆变器直流侧电压指令值Udc_ref，采样光伏逆变器直流侧电压Udc，将电压目标值Udc_ref和直流侧电压Udc输入PI调节器生成并网目标电流直轴分量Id_ref；
根据并网目标电流直轴分量Id_ref，通过电流环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
在一些方案中，所述光伏逆变器工作于电压型控制模式，包括：
光伏电压型控制下DC/DC变换器控制直流母线电压，将直流母线电压额定值作为DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
在一些方案中，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电压型控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
获取光伏逆变器输出有功功率值P0，确定逆变器有功功率指令值Pref；
根据逆变器有功功率指令值Pref，通过有功功率频率下垂控制得到逆变器频率指令值ωref；
获取光伏逆变器输出无功功率值Q0，根据光伏逆变器输出无功功率值Q0确定逆变器无功功率指令值Qref；
根据逆变器无功功率指令值Qref，通过无功功率电压下垂控制得到逆变器d轴电压指令值ud_ref；
令q轴电压指令值为0，根据逆变器d轴电压指令值ud_ref，通过电压电流双环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
本申请实施例提供了一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，该方法能够根据当前配电网端电压的状态确定光伏逆变器的工作状态，使光伏逆变器电流型MPPT控制、电流型CMPPT控制、电压型控制、工作于合适的电网电压区间，并对几种光伏逆变器的控制策略进行稳定的选择切换，以充分发挥光伏逆变器的作用，起到光伏逆变器主动支撑配电网电压的作用，同时考虑到配电网的负载用电质量问题，当光伏逆变器输出功率波动较大时，将光伏逆变器从配电网中切除，以保障负载用电的可靠性。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中光伏逆变器系统工作示意图。
图2为本申请实施例中光伏逆变器系统工作判断流程图。
图3为本申请实施例中光伏逆变器系统不同控制模式下的光伏工作点示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
本申请实施例提供一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，实现根据配电网交流母线电压选择控制方法切换光伏逆变器的工作模式，该光伏逆变器系统如图1所示。本实施例根据当前配电网端电压的状态确定光伏逆变器的工作状态，使光伏逆变器电流型MPPT控制、电流型CMPPT控制、电压型控制、工作于合适的电网电压区间，并对几种光伏逆变器的控制策略进行稳定切换，以起到光伏逆变器主动支撑配电网电压的作用，同时考虑到配电网的负载用电质量问题，当光伏逆变器输出功率波动较大时，将光伏逆变器从配电网中切除，以保障负载用电的可靠性。
在介绍本实施例的具体实施步骤前，对所用到的变量做如下诠释：
(1)Pref：光伏逆变器系统额定容量；
(2)P：光伏逆变器输出有功功率；
(3)P_1：光伏逆变器上一秒的输出有功功率；
(4)Uref：配电网端电压额定幅值；
(5)Ug：配电网端电压幅值；
(6)Ppv_m：光伏当前最大输出功率；
(7)Ppv：光伏实时输出功率；
(8)Ppv_ref：光伏DC/DC变换器功率环指令值；
(9)Upv_ref：光伏DC/DC变换器电压环指令值；
(10)Ipv_ref：光伏DC/DC变换器电流环指令值；
(11)uabc：电网三相电压；
(12)ωg：通过锁相环得到的电网角频率；
(13)Udc_ref：光伏逆变器直流侧母线电压指令值；
(14)Udc：光伏逆变器直流侧母线电压
(15)Id_ref：光伏逆变器并网d轴电流指令值；
(16)P0_ref：光伏逆变器有功功率指令值；
(17)Q：光伏逆变器输出无功功率；
(18)Q0_ref：光伏逆变器无功功率指令值；
(19)ud_ref：光伏逆变器并网d轴电压指令值；
下面结合附图对本实施例方法的步骤做进一步的详细说明。
步骤1：将光伏系统的光伏板通过DC/DC变换器接至直流母线，再通过DC/AC逆变器接至交流配电网；
光伏逆变器工作模式的判断流程如图2所示。
步骤2：判断光伏逆变器输出功率的波动情况，若输出功率过大需从配电网切除；
步骤2-1：确定光伏逆变器系统额定容量Pref，实时检测光伏逆变器输出功率P，并记录光伏逆变器上一秒的输出功率P_1。其中光伏逆变器的输出功率可通过采样逆变器输出三相电压uabc和逆变器输出电流iabc计算得到，具体为
P＝3uaia
其中ua为逆变器输出a相电压有效值，ia为逆变器输出a相电流有效值；
步骤2-2：若光伏逆变器每秒的功率变化率大于光伏逆变器系统额定容量的50％，认为光伏逆变器的输出功率波动过大，将光伏逆变器从配电网中切除，具体可表示为：
P-P_1≥50％Pref
若光伏逆变器每秒的功率波动未大于光伏逆变器系统额定容量的50％则进入步骤3；
步骤3：选择光伏逆变器的工作模式，相应工作模式对应的光伏工作点如图3所示；
步骤3-1：确定配电网端电压的额定幅值Uref，并实时检测配电网端电压幅值Ug；
步骤3-2：当Ug≤Uref时，光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式，当Uref<Ug<1.1Uref时，光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式，当Ug≥1.1Uref时，光伏逆变器工作于电压型控制；
步骤4：选择DC/DC变换器的控制方法，若光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式，进入步骤4-1；若光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式，进入步骤4-2，若光伏逆变器工作于电压型控制模式，进入步骤4-3；
步骤4-1：确定当前光伏最大输出功率Ppv_m，将当前光伏最大输出功率Ppv_m作为功率环指令值，即Ppv_ref＝Ppv_m再确定光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
步骤4-2：根据当前电网电压确定光伏输出功率指令值，电网电压越高，电网中所需的有功功率越低，此时光伏功率环指令值Ppv_ref可表示为：
再确定光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
步骤4-3：光伏电压型控制下DC/DC变换器控制直流母线电压，即将直流母线电压额定值作为DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
步骤4-4、得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref后，再通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，最后通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比；
步骤5：选择DC/AC逆变器的控制方法；若为光伏电流型控制则进入步骤5-1，若为光伏电压型控制则进入步骤5-2；
步骤5-1、首先采样电网电压uabc，通过锁相环得到电网侧频率ωg；接着，获取光伏逆变器直流侧电压指令值Udc_ref，采样光伏逆变器直流侧电压Udc，将电压目和标值Udc_ref和直流侧电压Udc输入PI调节器生成并网目标电流直轴分量Id_ref。通过电流环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲；
步骤5-2：检测光伏逆变器输出有功功率值P0，确定逆变器有功功率指令值Pref，通过有功功率频率下垂控制得到逆变器频率指令值ωref；检测光伏逆变器输出无功功率值Q0，确定逆变器无功功率指令值Qref，通过无功功率电压下垂控制得到逆变器d轴电压指令值ud_ref，令q轴电压指令值为0，则可通过电压电流双环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
综上所述，在该发明所述的控制方法下，更加适应新能源发电系统的构建需要，根据不同配电网交流母线的端电压，使用不同的光伏逆变器控制策略，充分发掘光伏逆变器的调控能力，合理利用新能源光伏的同时起到主动支撑交流母线电压的作用，同时考虑到配电网的负载用电质量问题，当光伏逆变器输出功率波动较大时，将光伏逆变器从配电网中切除，以保障负载用电的可靠性。此方法对抑制电网电压波动以及提高新能源配电网电能质量具有重要意义，实用可行，具有较强的工程应用价值，能产生较好的经济效益。
以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种用于配电网中光伏逆变器系统工作模式选择切换的方法，光伏系统的光伏板通过DC/DC变换器接至直流母线，再通过DC/AC逆变器接至交流配电网；其特征在于，所述方法包括如下步骤：
实时检测光伏逆变器每秒的功率变化率；
若光伏逆变器每秒的功率变化率大于光伏逆变器系统额定容量的50％，则判定光伏逆变器的输出功率波动过大，将光伏逆变器从配电网中切除；
若光伏逆变器每秒的功率波动小于等于光伏逆变器系统额定容量的50％，则实时检测配电网端电压幅值Ug；
若配电网端电压幅值Ug小于等于配电网端电压额定幅值Uref，则光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式；若配电网端电压幅值Ug大于配电网端电压额定幅值Uref，且小于配电网端电压额定幅值Uref的1.1倍，则光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式；若配电网端电压幅值Ug大于配电网端电压额定幅值Uref的1.1倍，则光伏逆变器工作于电压型控制模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式，包括：
将当前光伏最大输出功率Ppv_m作为光伏功率环指令值，即Ppv_ref＝Ppv_m；
确定光伏实时输出功率Ppv，根据光伏功率环指令值Ppv_ref和光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电流型MPPT控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
采样电网电压uabc，通过锁相环得到电网侧频率ωg；
获取光伏逆变器直流侧电压指令值Udc_ref，采样光伏逆变器直流侧电压Udc，将电压目标值Udc_ref和直流侧电压Udc输入PI调节器生成并网目标电流直轴分量Id_ref；
根据并网目标电流直轴分量Id_ref，通过电流环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式，包括：
根据当前电网电压确定光伏输出功率指令值，光伏功率环指令值Ppv_ref可表示为：
确定光伏实时输出功率Ppv，根据光伏功率环指令值Ppv_ref和光伏实时输出功率Ppv，通过功率环PI控制得到DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电流型CMPPT控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
采样电网电压uabc，通过锁相环得到电网侧频率ωg；
获取光伏逆变器直流侧电压指令值Udc_ref，采样光伏逆变器直流侧电压Udc，将电压目标值Udc_ref和直流侧电压Udc输入PI调节器生成并网目标电流直轴分量Id_ref；
根据并网目标电流直轴分量Id_ref，通过电流环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏逆变器工作于电压型控制模式，包括：
光伏电压型控制下DC/DC变换器控制直流母线电压，将直流母线电压额定值作为DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref；
根据DC/DC变换器电压环控制指令值Upv_ref，通过电压环PI控制得到DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref；
根据DC/DC变换器电流环控制指令值Ipv_ref，通过电流环PI控制得到DC/DC变换器PWM波占空比。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当光伏逆变器工作于电压型控制模式时，根据以下步骤选择DC/AC变换器的控制方式：
获取光伏逆变器输出有功功率值P0，确定逆变器有功功率指令值Pref；
根据逆变器有功功率指令值Pref，通过有功功率频率下垂控制得到逆变器频率指令值ωref；
获取光伏逆变器输出无功功率值Q0，根据光伏逆变器输出无功功率值Q0确定逆变器无功功率指令值Qref；
根据逆变器无功功率指令值Qref，通过无功功率电压下垂控制得到逆变器d轴电压指令值ud_ref；
令q轴电压指令值为0，根据逆变器d轴电压指令值ud_ref，通过电压电流双环控制得到逆变电路的PWM调制脉冲。
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