CN117996868A - 基于并网光伏系统的发电控制方法、装置、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于并网光伏系统的发电控制方法、装置、系统及介质，其中，方法包括：获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。本发明能减少传感器数量和瞬时控制响应。
Description
技术领域
本发明涉及分布式发电控制技术领域，特别是涉及一种基于并网光伏系统的发电控制方法、装置、系统及介质。
背景技术
分布式能源资源(DER)在电力系统(EPS)中的不断增长是一个现实，这与某些方面有关，例如技术和环境。根据适当的控制和电网特性，DER的接入可以是积极的，提供辅助服务，例如谐波缓解；也可以是消极的，造成过电压。现有DER发电控制策略需要依靠大量的传感器，同时还需要谐波提取和锁相环。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于并网光伏系统的发电控制方法、装置、系统及介质，能减少传感器数量和瞬时控制响应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于并网光伏系统的发电控制方法，包括以下步骤：
获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；
获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；
将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；
将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；
根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
所述直流链路电压参考值通过以下方式得到：
根据扰动观察法生成基准电压；
判断所述基准电压是否大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值；
若基准电压大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将基准电压作为直流链路电压参考值；
若基准电压不大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值作为直流链路电压参考值。
所述功率流控制器依赖电压调节器，所述电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分，所述直流链路电压由内环控制部分进行调节，并保持恒定值，所述外环控制部分采用PI控制器；所述电压调节器的传递函数为：其中，Vdc(s)为直流链路电压，/>为直流链路电压参考值，s为拉普拉斯算子，K3为外环控制部分的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，C为直流链路电容，T3为外环控制部分的时间常数。
所述直接pq控制器包括电网有功功率控制部分和电网无功功率控制部分，所述电网有功功率控制部分的传递函数为：所述电网无功功率控制部分的传递函数为：/>其中，Pg(s)为电网有功功率，/>为电网有功功率参考值，Qg(s)为电网无功功率，/>为电网无功功率参考值，K1为直接pq控制器的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，Lc为公共耦合点的耦合电感的电感值，T1为直接pq控制器的时间常数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于并网光伏系统的发电控制装置，包括：
第一获取模块，用于获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；
第二获取模块，用于获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；
功率参考值获取模块，用于将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；
功率控制值获取模块，用于将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；
控制模块，用于根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
所述直流链路电压参考值通过以下方式得到：
根据扰动观察法生成基准电压；
判断所述基准电压是否大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值；
若基准电压大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将基准电压作为直流链路电压参考值；
若基准电压不大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值作为直流链路电压参考值。
所述功率流控制器依赖电压调节器，所述电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分，所述直流链路电压由内环控制部分进行调节，并保持恒定值，所述外环控制部分采用PI控制器；所述电压调节器的传递函数为：其中，Vdc(s)为直流链路电压，/>为直流链路电压参考值，s为拉普拉斯算子，K3为外环控制部分的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，C为直流链路电容，T3为外环控制部分的时间常数。
所述直接pq控制器包括电网有功功率控制部分和电网无功功率控制部分，所述电网有功功率控制部分的传递函数为：所述电网无功功率控制部分的传递函数为：/>其中，Pg(s)为电网有功功率，/>为电网有功功率参考值，Qg(s)为电网无功功率，/>为电网无功功率参考值，K1为直接pq控制器的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，Lc为公共耦合点的耦合电感的电感值，T1为直接pq控制器的时间常数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明能减少传感器数量和瞬时控制响应。此外，该方案既不需要额外的谐波提取方法，也不需要锁相环。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的基于并网光伏系统的发电控制方法的流程图；
图2是本发明第一实施方式应用的并网光伏系统的结构示意图；
图3是本发明第一实施方式中直接pq控制器的控制框图；
图4是本发明第一实施方式中功率流控制的示意图；
图5是本发明第一实施方式中电压调节器的控制框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的第一实施方式涉及一种基于并网光伏系统的发电控制方法，该方法针对的系统由光伏DER和三相变流器组成，用于处理产生的电能并向三线EPS提供辅助服务。如图2所示，本实施方式将光伏源作为DER，通过三相变流器连接到EPS。变流器在公共耦合点(PCC)处的耦合由一个L型滤波器完成，同时还考虑了非线性负载(为RL负载供电的二极管桥)。根据图2所示电路，考虑到k＝1,2,或3，PCC处的电网电压vgk和电网电流igk可分别确定如下：
igk＝ilk-ick (2)
其中，Lc表示公共耦合点的耦合电感的电感值，vck为变流器的输出电压，ick为变流器的输出电流，ilk为负载电流。
如图1所示，本实施方式的基于并网光伏系统的发电控制方法包括：获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
该方法中，瞬时功率理论被用于控制电网的有功功率和无功功率。根据电网电压vgk和电网电流igk可以实现对电网的直接功率控制。功率流控制器可控制分布式电源的发电量，其通过调节直流链路电压来确定电网的功率参考值。
本实施方式中直接pq控制器的框图如图3所示，其原理具体如下：
根据不变功率克拉克变换，式(1)和式(2)中的电网电压和电流可表示为：
由于考虑的是三线三相系统，因此零序分量为空。根据式(3)和式(4)，可确定电网有功功率pg和电网无功功率qg：
同样，也可以对负载有功功率pl和负载无功功率ql进行分析，得出：
然后，将式(4)代入式(5)，可得：
pg＝vgα(ilα-icα)+vgβ(ilβ-icβ) (7)
qg＝vgβ(ilα-icα)-vgα(ilβ-icβ) (8)
在频域中分析式(7)和时(8)，可以确定pg和qg是作为变流器输出电压(vcα和vcβ)函数的传递函数。因此，在式(3)中应用拉普拉斯变换，将变换后的变流器的输出电流(icα和icβ)，并将其代入式(7)和式(8)后可以得到：
可以看出，式(9)和式(10)右侧的最后一项与式(6)中的负载功率有关。此外，考虑到Vg是电网电压vgk的幅值，并假设Vg≈|(Vgα,Vgβ)|为常数，则式(9)和式(10)可改写为：
如前所述，本实施方式的策略直接通过电网电压和电流控制电网有功功率pg和无功功率qg，而无需测量电流ick或ilk。例如，通过控制电网的无功功率并将其设置为空参考，变流器就能产生相应的电压参考，从而使电网电流与电压同相。因此，无需使用锁相环(PLL)技术。
控制法则基于式(11)和式(12)，可以看出，电网有功功率Pg和无功功率Qg都是通过计算正交分量获得的。不出所料，式(11)和式(12)的结果是通过时变分量得到直流分量。有功功率Pg与直流链路电压调节器提供的参考功率进行比较。积分比例(IP)控制器用于调节电网有功和无功功率，其输出参考是脉宽调制(PWM)的调制信号。
忽略单位采样延迟，并考虑变流器响应为单位增益(即)，根据式(11)和式(12)可得出变流器输出电压在频域的参考值(/>和/>)如下：
将式(13)左侧的矩阵倒置即可求解，结果是：
在式(14)的右侧，第三项将被控制动作剔除。因此，可以采用IP控制器，得到：
因此，由式(15)可知，本实施方式中直接pq控制器的电网有功功率控制部分和无功功率控制部分的闭环传递函数分别为：
在所呈现的形式中，式(16)和式(17)可以与二阶传递函数的典型形式进行比较，因此，对于给定的T1值，增益K1的计算公式如下：
其中，ζ为阻尼系数。T1为直接pq控制器的时间常数，其必须足够慢，以便从控制稳定性的角度忽略传感器和变换器响应的延迟。
本实施方式中并网光伏系统的功率参考值是通过将直流链路电压输入至功率流控制器，再由功率流控制器结合直流链路电压参考值计算得到的。
如图4所示，该控制行动平衡了电网、负载和光伏阵列之间的功率流。为了始终在最大功率点(MPP)上运行，本实施方式采用了扰动观察法(即P&O算法)为直流链电压提供参考。
如图4所示，如果出现功率扰动，例如负载变化引起的瞬态扰动，电容器就会放电，以补偿电网和负载之间的功率差。例如，如果电网提供的功率小于负载需求的功率，那么DG系统注入的电流就会增大，平均直流链路电压就会降低。当直流链路电压vdc得到调节时，实际功率的参考值就会增加，从而增加电网提供的功率，直到其趋于稳定。另一方面，如果电网提供的功率高于负载需求，则变流器电流减小，电容器中的平均电压升高，直至电网电流最小，从而稳定功率流。
通过图4可以知道直流链路电压调节的过程。首先，通过P&O算法生成基准电压VMPP。如果该基准电压VMPP大于变流器正常工作所需的最小值Vmin，即VMPP>Vmin，则将基准电压VMPP作为直流链路电压参考值如果基准电压VMPP过低，即VMPP≤Vmin，则将变流器正常工作所需的最小值Vmin作为直流链路电压参考值/>本实施方式中的功率流控制器依赖电压调节器，该电压调节器包括一个PI控制环节和一个电压基准前馈路径，从而产生用于直接pq控制器的功率参考值。
从图1所示的变流器直流侧来看，直流链路电压vdc可以用频域来表示，表示为：
其中，C为直流链路电容，ipv表示光伏电流，ic(dc)表示直流链路电流，其表示为：
由于功率流控制依赖于电压调节器，忽略变流器损耗，因此pc＝vdcic(dc)，系统的功率平衡可表示为：
pg＝pc+pl (21)
为了简化电压调节器的控制分析，可以从电流的角度来评估直接pq控制的动态响应，如图5的级联控制回路所示，本实施方式的电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分。从控制设计的角度来看，内环控制部分的直流链路电压vdc被认为是恒定的。
因此，可以用直流链路电压vdc除以式(21)，得出：
其中，ig(dc)＝pg/vdc表示电网功率pg的等效直流电流。在这种情况下，电流ig(dc)也可以通过电网电流Ig的幅值近似得到，即：
此外，式(22)右侧的第二项可视为对控制系统的干扰。如图5所示，直流链路电压vdc由内环控制调节，结果是：
其中，T2＝T1，K2＝Lc/T2。
因此，在外环控制部分中采用PI控制器会导致电压调节器的传递函数变化为：
考虑到外环控制部分的时间常数T3必须远大于内环控制部分的时间常数T2(即T3>>T2)，因此式(25)的传递函数可改写为：
因此，对于给定的T3值，增益K3的计算公式如下：
不难发现，本发明能减少传感器数量和瞬时控制响应。此外，该方案既不需要额外的谐波提取方法，也不需要锁相环。
本发明的第二实施方式涉及一种基于并网光伏系统的发电控制装置，包括：
第一获取模块，用于获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；
第二获取模块，用于获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；
功率参考值获取模块，用于将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；
功率控制值获取模块，用于将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；
控制模块，用于根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
所述直流链路电压参考值通过以下方式得到：
根据扰动观察法生成基准电压；
判断所述基准电压是否大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值；
若基准电压大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将基准电压作为直流链路电压参考值；
若基准电压不大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值作为直流链路电压参考值。
所述功率流控制器依赖电压调节器，所述电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分，所述直流链路电压由内环控制部分进行调节，并保持恒定值，所述外环控制部分采用PI控制器；所述电压调节器的传递函数为：其中，Vdc(s)为直流链路电压，/>为直流链路电压参考值，s为拉普拉斯算子，K3为外环控制部分的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，C为直流链路电容，T3为外环控制部分的时间常数。
所述直接pq控制器包括电网有功功率控制部分和电网无功功率控制部分，所述电网有功功率控制部分的传递函数为：所述电网无功功率控制部分的传递函数为：/>其中，Pg(s)为电网有功功率，/>为电网有功功率参考值，Qg(s)为电网无功功率，/>为电网无功功率参考值，K1为直接pq控制器的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，Lc为公共耦合点的耦合电感的电感值，T1为直接pq控制器的时间常数。
本发明的第三实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一实施方式的基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施方式的基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于并网光伏系统的发电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；
获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；
将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；
将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；
根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于并网光伏系统的发电控制方法，其特征在于，所述直流链路电压参考值通过以下方式得到：
根据扰动观察法生成基准电压；
判断所述基准电压是否大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值；
若基准电压大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将基准电压作为直流链路电压参考值；
若基准电压不大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值作为直流链路电压参考值。
3.根据权利要求1所述的基于并网光伏系统的发电控制方法，其特征在于，所述功率流控制器依赖电压调节器，所述电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分，所述直流链路电压由内环控制部分进行调节，并保持恒定值，所述外环控制部分采用PI控制器；所述电压调节器的传递函数为：其中，Vdc(s)为直流链路电压，/>为直流链路电压参考值，s为拉普拉斯算子，K3为外环控制部分的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，C为直流链路电容，T3为外环控制部分的时间常数。
4.根据权利要求1所述的基于并网光伏系统的发电控制方法，其特征在于，所述直接pq控制器包括电网有功功率控制部分和电网无功功率控制部分，所述电网有功功率控制部分的传递函数为：所述电网无功功率控制部分的传递函数为：其中，Pg(s)为电网有功功率，/>为电网有功功率参考值，Qg(s)为电网无功功率，/>为电网无功功率参考值，K1为直接pq控制器的增益，表示为：ζ为阻尼系数，Lc为公共耦合点的耦合电感的电感值，T1为直接pq控制器的时间常数。
5.一种基于并网光伏系统的发电控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取并网光伏系统在公共耦合点处的电网电压；
第二获取模块，用于获取并网光伏系统中分布式能源的直流链路电压；
功率参考值获取模块，用于将直流链路电压输入至功率流控制器，功率流控制器结合直流链路电压参考值得到电网功率参考值；
功率控制值获取模块，用于将电网电压和电网功率参考值输入至直接pq控制器，得到电网有功功率和电网无功功率；
控制模块，用于根据电网有功功率和电网无功功率对并网光伏系统进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于并网光伏系统的发电控制装置，其特征在于，所述直流链路电压参考值通过以下方式得到：
根据扰动观察法生成基准电压；
判断所述基准电压是否大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值；
若基准电压大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将基准电压作为直流链路电压参考值；
若基准电压不大于并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值，则将并网光伏系统中的转换器正常工作所需的最小值作为直流链路电压参考值。
7.根据权利要求5所述的基于并网光伏系统的发电控制装置，其特征在于，所述功率流控制器依赖电压调节器，所述电压调节器包括内环控制部分和外环控制部分，所述直流链路电压由内环控制部分进行调节，并保持恒定值，所述外环控制部分采用PI控制器；所述电压调节器的传递函数为：其中，Vdc(s)为直流链路电压，/>为直流链路电压参考值，s为拉普拉斯算子，K3为外环控制部分的增益，表示为：/>ζ为阻尼系数，C为直流链路电容，T3为外环控制部分的时间常数。
8.根据权利要求5所述的基于并网光伏系统的发电控制装置，其特征在于，所述直接pq控制器包括电网有功功率控制部分和电网无功功率控制部分，所述电网有功功率控制部分的传递函数为：所述电网无功功率控制部分的传递函数为：其中，Pg(s)为电网有功功率，/>为电网有功功率参考值，Qg(s)为电网无功功率，/>为电网无功功率参考值，K1为直接pq控制器的增益，表示为：ζ为阻尼系数，Lc为公共耦合点的耦合电感的电感值，T1为直接pq控制器的时间常数。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1-4中任一所述基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述基于并网光伏系统的发电控制方法的步骤。
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| CN202410327313.1A CN117996868A (zh) | 2024-03-21 | 2024-03-21 | 基于并网光伏系统的发电控制方法、装置、系统及介质 |
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