CN117691688A - 光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，这种方法针对光伏系统在传统有功下垂控制下的过载问题，通过引入dp/dv作为下垂控制修正量，实现了在光照波动下光伏系统的过载有效抑制。与已有方法相比，本方法：(1)无需进行模式切换和容量预测，可根据光伏组件输出电压电流自适应调整下垂控制曲线；(2)在光照突变下，频率调整较为平稳，具有良好的控制性能；(3)控制策略简单，无需增加额外硬件。综上所述，本方法具有很强的工程实用价值。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法。
背景技术
光伏发电是目前最为流行的可再生能源技术之一。随着光伏技术的发展，光伏发电系统的规模逐渐扩大，而其并网运行的稳定性也日益成为研究的重点。
光伏组件一般通过逆变器接入交流母线，由逆变器控制光伏组件能量输出。由于光伏发电系统没有类似传统同步发电机的惯性部件，为了增加光伏系统输出的灵活性，一般通过控制策略的模拟电机下垂特性以实现输出频率和电压的被动调节。下垂控制使得光伏发电系统能够与电网和其他能源资源平滑、稳定地协同工作，而被广泛采用为底层控制方式。传统的下垂控制一般是基于固定容量的定下垂系数控制方式，使得光伏发电系统在安全运行范围内实现功率按容量的等比例分担。然而，光伏因其可用容量受环境条件(光照/温度)的影响，在传统下垂控制下，光伏发电系统可能因可用容量下降而发生过载现象。因此，光伏发电系统在下垂控制下需要辅以防过载策略。
传统的防过载策略一般采用变下垂系统控制或模式切换策略。变下垂系数控制，即通过实时预测光伏发电系统最大可用容量，对下垂系统进行调节，以保证在运行范围内输出功率不超额。但是，预测算法的精度往往难以保证。模式切换策略，即当光伏电源输出功率小于可用容量时，运行在下垂控制模式；当光伏电源输出功率达到最大时切换到最大功率输出模式。然而，模式切换依赖于对光伏可用容量的准确判断，而且切换过程中往往会带来能量波动而恶化电能质量。因此，寻找一种高效的防过载下垂控制方法，成了目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于dp/dv的自适应防过载下垂控制方法。该方法基于光伏面板实时dp/dv值，修正下垂控制的参考频率，无需模式切换和可用容量的测量。
为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：
一种光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，其特征在于，所述方法通过在有功下垂控制方法上加入基于dp/dv的修正值，使光伏电源被动参与功率分担，同时防止在光照突变下的过载情况；而且，光伏系统的防过载无需进行模式切换和容量预测，可根据输出电压电流自适应调整下垂控制曲线。
进一步地，所述光伏直流变流器的自适应防过载下垂控制方法采用：采样模块、坐标变换模块、功率计算模块、dp/dv计算模块、内环电压控制器、外环下垂控制器；
所述采样模块中，包括：
电压采样模块，对光伏面板电压vpv、端口输出三相电压Vo(a，b，c)进行采样；
电流采样模块，对光伏面板电流ipv、端口输出三相电流Io(a，b，c)进行采样；
所述坐标变换模块中，包括：
dq变换模块，对输出三相电压Vo(a，b，c)和三相电流Il(a，b，c)、参考电压Vref∠θ进行dq变换，得到同步旋转d-q坐标系下对应的电压矢量Vo(d，q)和电流矢量Il(d，q)、参考电压矢量dq变换采用的角度为相位θ，由外环控制系统给定；
所述功率计算模块根据采集的输出三相电压Vo(a，b，c)电流Io(a，b，c)计算输出有功功率P和无功功率Q；
所述dp/dv计算模块根据采集的光伏面板电压电流计算dp/dv值；
所述内环电压控制器分为电压控制环和电流控制换两个部分，电压控制环根据参考电压矢量和实际输出电压Vo(d，q)产生控制偏差，经PI控制模块，生成参考电流矢量电流控制环根据参考电流矢量和输出端口电流Il(d，q)产生控制偏差，经过PI控制器，产生逆变器端口参考电压/>
所述外环控制器分为有功下垂控制和无功下垂控制，有功下垂控制根据输出端口有功功率和光伏组件dp/dv值，产生频率参考值；无功下垂控制根据输出端口无功功率，产生电压幅值参考值。
进一步地，在外环控制器中，根据以下方法计算频率参考值fref和电压幅值参考值Vref，
其中，fref是输出参考频率；Vref是输出参考电压；P是输出有功功率；Q是输出无功功率；P*是额定有功值；Q*是额定无功值；m，n是下垂系数；dp/dv是根据光伏面板实时输出电压电流得到的；k是修正比例系数。
进一步地，修正比例系数具体设置如下：
其中，fmax和fmin分别为交流母线频率的最大和最小值，dp/dvmax是dp/dv的最大值。
根据本发明目的的第二个方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法的步骤。
根据本发明目的的第三个方面，本发明一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法的步骤。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以使光伏系统被动参与有功和无功功率分担，同时防止在光照突变下的过载情况。
(2)本发明使得光伏系统的防过载无需进行模式切换和容量预测，可根据光伏组件输出电压电流自适应调整下垂控制曲线。。
附图说明
图1是光伏逆变器控制框图。
图2是光伏输出特性曲线，其中(a)电压-功率曲线，(b)dp/dv-功率曲线。
图3是光伏可用容量变化下的有功下垂曲线调节过程。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，为光伏面板在本发明下的控制结构图。光伏面板通过逆变器接入交流母线，控制部分分为内环和外环两部分，内环为外环提供参考电压信号，内环实现输出电压控制。功率计算模块根据采集的输出三相电压Vo(a，b，c)电流Io(a，b，c)计算输出有功功率P和无功功率Q；dp/dv计算模块根据采集的光伏输出电压vpv和电流ipv值计算dp/dv。本发明主要应用在外环控制部分，Q-V无功电压下垂生成电压幅值参考值Vref，dp/dv经过比例系数k，修正传统P-f有功下垂得到频率参考值fref。然后，频率参考值经过积分模块生成角度信号θ。内环控制部分根据角度和电压参考值生成占空比信号驱动开关管。
如图2所示，为光伏输出特性曲线，从(a)可知，光伏输出电压和功率之间为非线性关系，曲线可根据dp/dv的正负分为两段：上升段dp/dv＞0和下降段dp/dv＜0，最大功率点处dp/dv＝0。而(b)所示，dp/dv和功率之间存在一种特定关系：i.dp/dv＝0时，输出最大功率；ii.dp/dv＜0时，回撤一定的功率。本发明的自适应防过载下垂控制策略正是基于此特性。
本发明光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法采用：采样模块、坐标变换模块、功率计算模块、dp/dv计算模块、内环电压控制器、外环下垂控制器；
所述采样模块中，包括：
电压采样模块，对光伏面板电压vpv、端口输出三相电压Vo(a，b，c)进行采样；
电流采样模块，对光伏面板电流ipv、端口输出三相电流Io(a，b，c)进行采样；
所述坐标变换模块中，包括：
dq变换模块，对输出三相电压Vo(a，b，c)和三相电流Il(a，b，c)、参考电压Vref∠θ进行dq变换，得到同步旋转d-q坐标系下对应的电压矢量Vo(d，q)和电流矢量Il(d，q)、参考电压矢量dq变换采用的角度为相位θ，由外环控制系统给定；
所述功率计算模块根据采集的输出三相电压Vo(a，b，c)电流Io(a，b，c)计算输出有功功率P和无功功率Q，
所述dp/dv计算模块根据采集的光伏面板电压电流计算dp/dv值；
所述内环电压控制器分为电压控制环和电流控制换两个部分，电压控制环根据参考电压矢量和实际输出电压Vo(d，q)产生控制偏差，经PI控制模块，生成参考电流矢量电流控制环根据参考电流矢量和输出端口电流Il(d，q)产生控制偏差，经过PI控制器，产生逆变器端口参考电压/>
所述外环控制器分为有功下垂控制和无功下垂控制，有功下垂控制根据输出端口有功功率和光伏组件dp/dv值，产生频率参考值；无功下垂控制根据输出端口无功功率，产生电压幅值参考值。
根据采样模块采集的光伏面板电压电流，输出端口电压电流，并计算输出端口有功无功功率，本发明的控制公式为控制公式为
其中，fref是输出参考频率；Vref是输出参考电压；P是输出有功功率；Q是输出无功功率；P*是额定有功值；Q*是额定无功值；m，n是下垂系数；dp/dv是根据光伏面板实时输出电压电流得到的；k是修正比例系数。
修正比例系数和dp/dv值相关，具体设置如下：
其中，fmax和fmin分别为交流母线频率的最大和最小值，dp/dvmax是dp/dv的最大值。
如图3所示，为光照变化下，光伏可用容量变化时系统下垂控制输出曲线变化。假设初始条件下，光伏可用容量为此时下垂控制曲线为实线所示，在安全频率范围[fmin，fmax]内，输出功率小于光伏最大功率，光伏面板工作在下降段dp/dv＜0，无过载情况，稳态工作点为A。某时刻光照骤降，光伏可用容量降至/>最大功率无法支撑A点所需功率，此时光伏面板输出电压下降，直到越过最大功率点，此时dp/dv＞0，根据所提控制策略，输出频率参考值下降，导致输出功率下降，直至达到新的稳态平衡点B。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明的设施可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。本发明的实施例可以使用现有的处理器来实现，或者由被用于此目的或其他目的用于适当系统的专用处理器来实现，或者由硬接线系统来实现。本发明的实施例还包括非暂态计算机可读存储介质，其包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质；这种机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来说，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或任何其他可用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储所需的程序代码，并可被由通用或专用计算机或其它带有处理器的机器访问的介质。当信息通过网络或其他通信连接(硬接线、无线或硬接线或无线的组合)传输或提供给机器时，该连接也被视为机器可读介质。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，其特征在于，所述方法通过在有功下垂控制方法上加入基于dp/dv的修正值，使光伏电源被动参与功率分担，同时防止在光照突变下的过载情况；而且，光伏系统的防过载无需进行模式切换和容量预测，可根据输出电压电流自适应调整下垂控制曲线。
2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，其特征在于，所述方法采用：采样模块、坐标变换模块、功率计算模块、dp/dv计算模块、内环电压控制器、外环下垂控制器；
所述采样模块中，包括：
电压采样模块，对光伏面板电压υpυ、端口输出三相电压Vo(a，b，c)进行采样；
电流采样模块，对光伏面板电流ipυ、端口输出三相电流Io(a，b，c)进行采样；
所述坐标变换模块中，包括：
dq变换模块，对输出三相电压Vo(a，b，c)和三相电流Il(a，b，c)、参考电压Vref∠θ进行dq变换，得到同步旋转d-q坐标系下对应的电压矢量Vo(d，q)和电流矢量Il(d，q)、参考电压矢量dq变换采用的角度为相位θ，由外环控制系统给定；
所述功率计算模块根据采集的输出三相电压Vo(a，b，c)电流Io(a，b，c)计算输出有功功率P和无功功率Q，
所述dp/dv计算模块根据采集的光伏面板电压电流计算dp/dv值；
所述内环电压控制器分为电压控制环和电流控制换两个部分，电压控制环根据参考电压矢量和实际输出电压Vo(d，q)产生控制偏差，经PI控制模块，生成参考电流矢量/>电流控制环根据参考电流矢量和输出端口电流Il(d，q)产生控制偏差，经过PI控制器，产生逆变器端口参考电压/>
所述外环控制器分为有功下垂控制和无功下垂控制，有功下垂控制根据输出端口有功功率和光伏组件dp/dυ值，产生频率参考值；无功下垂控制根据输出端口无功功率，产生电压幅值参考值。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，其特征在于：在外环控制器中，根据以下方法计算频率参考值fref和电压幅值参考值Vref，
其中，fref是输出参考频率；Vref是输出参考电压；P是输出有功功率；Q是输出无功功率；P*是额定有功值；Q*是额定无功值；m，n是下垂系数；dp/dυ是根据光伏面板实时输出电压电流得到的；k是修正比例系数。
4.根据权利要求3所述的光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法，其特征在于：修正比例系数具体设置如下：
其中，fmax和fmin分别为交流母线频率的最大和最小值，dp/dυmax是dp/dυ的最大值。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法的步骤。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1所述的光伏逆变器的自适应防过载下垂控制方法的步骤。
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