CN215300160U - 一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，包括依次相连接的光伏电源、直流电网、DC/DC变流器、AC/DC变流器和交流电网，AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压‑功率下垂控制和PI调节控制，内环为电流控制环。本实用新型通过在AC/DC变流器已有的下垂控制斜线中，增加拐点，将一条下垂控制斜线变为两段斜率不同的斜线，当运行电压到达拐点时，DC/DC变流器停止最大功率跟踪控制，直流电网不会出现过电压，此时，AC/DC变流器容量剩余很小，光伏发电也得到了充分利用。

Description

一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统。

背景技术

通过低压直流电网汇集光伏发电再通过多个AC/DC变流器将功率送入不同点交流电网可以更好地收集光伏能量，同时对交流电网电能质量影响更小，甚至有助于改善电网的供电可靠性。在直流电网中，如果存在多台AC/DC变流器并联运行，可以采用主从式的控制方式，一台AC/DC变流器控制直流电压，其它的控制功率；也可以采用分布式控制，即各AC/DC变流器都采用电压-功率下垂控制方式。采用分布式控制，不需要主机，各变流器之间也不需要通信。各AC/DC变流器通过检测直流电压的大小，调整输送功率的大小与方向，达到功率在各AC/DC变流器的合理分配。

目前，AC/DC变流器采用的电压-功率下垂控制方式都是一条斜线，即：在电压-功率坐标系上，通过一条直线连接最高运行电压、反向最大功率与最低运行电压、正向最大功率这两点。通过检测电压，可以感知AC/DC变流器还剩余百分之几的额定功率，但无法确定剩余功率的绝对值。若直流电网中存在一个或若干个AC/DC变流器停运检修，光伏发电总容量将超过运行AC/DC变流器容量，如果没有其他通信设施控制，容易导致过电压发生。为防止过电压，应该对光伏DC/DC变流器设置最高电压限值。在已有的电压-功率下垂控制方式下，一条斜线比较平坦，再加上电压测量误差，会导致以下情况：1、若限值设置太低，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，光伏不再提高功率输出，不利于光伏发电的利用；2、若限值设置太高，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，光伏依然按最高跟踪功率输出，可能造成直流系统过电压。例如，中国专利文献CN202906489U公开了“一种光伏并网发电系统”，该专利的不足之处在于无法在保证直流电网不过电压的同时提高光伏发电产能的利用率。

发明内容

本实用新型主要解决原有的光伏并网系统无法在保证直流电网不过电压的同时提高光伏发电产能的利用率的技术问题；提供一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，通过在AC/DC变流器已有的下垂控制斜线中，增加拐点，将一条下垂控制斜线变为两段斜率不同的斜线，在直流运行电压靠近最高允许电压时，斜率变大，反之斜率变小，同时，将拐点电压设置为直流电网的最高运行电压。当运行电压到达拐点时，DC/DC变流器停止最大功率跟踪控制，直流电网不会出现过电压，此时，AC/DC变流器容量剩余很小，因此光伏发电也得到了充分利用。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括光伏电源、直流电网、DC/DC变流器、AC/DC变流器和交流电网，所述DC/DC变流器的输入端与光伏电源相连，所述DC/DC变流器的输出端通过直流电网与AC/DC变流器的输入端相连，所述AC/DC变流器的输出端与交流电网相连，所述AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压-功率下垂控制和PI调节控制，内环为电流控制环。

AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压-功率下垂控制和PI调节控制，通过在AC/DC变流器电压-功率下垂控制曲线中增加一个拐点，并将拐点电压设置为直流电网的最高运行电压。由于在AC/DC变流器向交流侧输送功率接近额定功率时，下垂控制曲线斜率的绝对值很高，使得系统运行电压到达拐点时，AC/DC变流器容量剩余很小，直流电压远小于系统允许最高电压。此时，即使DC/DC变流器电压测量存在误差，也足以使DC/DC变流器在直流电网的运行电压达到最高值前改变最大功率跟踪运行模式，防止系统出现过电压，同时，AC/DC变流器容量剩余很小，光伏发电已得到充分利用。通过本发明协调控制方法，在一个或若干个AC/DC变流器停运检修时，不需要另外建立通信设施，就可实现既充分利用光伏资源，又不产生过电压。

作为优选，所述的AC/DC变流器包括主电路、控制模块、电压和电流检测模块和驱动模块，所述主电路包括依次串联的逆变桥、输出滤波器和隔离变压器，所述电压和电流检测模块的输入端分别与逆变桥的输出端、输出滤波器的输入端相连，所述电压和电流检测模块的输出端与控制模块的输入端相连，所述控制模块的输出端与驱动模块的输入端相连，所述驱动模块的输出端与逆变桥的脉冲输入端相连。

作为优选，所述的控制模块包括内环电流控制模块和外环电压控制模块，所述外环电压控制模块包括依次相连的变斜率电压-功率下垂控制单元和PI调节控制单元，所述变斜率电压-功率下垂控制单元的输入端与所述电压和电流检测模块的输出端相连，所述PI调节控制单元的输出端与内环电流控制模块的输入端相连，所述内环电流控制模块的输出端与所述驱动模块的输入端相连。

作为优选，所述的电压和电流检测模块用于检测AC/DC变流器输出的电压和电流，并计算获取AC/DC变流器输出的功率。

作为优选，所述的DC/DC变流器的运行控制模式包括最大功率跟踪控制模式和定点电压控制模式。

本实用新型的有益效果是：AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压-功率下垂控制和PI调节控制，通过在AC/DC变流器电压-功率下垂控制曲线中增加一个拐点，并将拐点电压设置为直流电网的最高运行电压。由于在AC/DC变流器向交流侧输送功率接近额定功率时，下垂控制曲线斜率的绝对值很高，使得系统运行电压到达拐点时，AC/DC变流器容量剩余很小，直流电压远小于系统允许最高电压。此时，即使DC/DC变流器电压测量存在误差，也足以使DC/DC变流器在直流电网的运行电压达到最高值前改变最大功率跟踪运行模式，防止系统出现过电压，同时，AC/DC变流器容量剩余很小，光伏发电已得到充分利用。通过本发明协调控制方法，在一个或若干个AC/DC变流器停运检修时，不需要另外建立通信设施，就可实现既充分利用光伏资源，又不产生过电压。

附图说明

图1是本实用新型光伏并网系统的一种结构示意图。

图2是本实用新型的一种电压-功率下垂控制曲线图。

图中1、光伏电源，2、直流电网，3、DC/DC变流器，4、逆变桥，5、输出滤波器，6、隔离变压器，7、交流电网，8、电压和电流检测模块，9、外环电压控制模块，91、变斜率电压-功率下垂控制单元，92、PI调节控制单元，10、内环电流控制模块，11、驱动模块，12、AC/DC变流器，X1、下垂控制曲线一，X2、下垂控制曲线二。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，如图1所示，包括光伏电源1、直流电网2、DC/DC变流器3、AC/DC变流器12和交流电网7，DC/DC变流器的输入端与光伏电源相连，DC/DC变流器的输出端通过直流电网与AC/DC变流器的输入端相连，AC/DC变流器的输出端与交流电网相连，AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压-功率下垂控制和PI调节控制，内环为电流控制环。

AC/DC变流器包括主电路、控制模块、电压和电流检测模块8和驱动模块11，主电路包括依次串联的逆变桥4、输出滤波器5和隔离变压器6，控制模块包括内环电流控制模块10和外环电压控制模块9，外环电压控制模块包括依次相连的变斜率电压-功率下垂控制单元91和PI调节控制单元92。电压和电流检测模块的输入端分别与逆变桥的输出端、输出滤波器的输入端相连，电压和电流检测模块的输出端与变斜率电压-功率下垂控制单元的输入端相连，PI调节控制单元的输出端与内环电流控制模块的输入端相连，内环电流控制模块的输出端与驱动模块的输入端相连，驱动模块的输出端与逆变桥的脉冲输入端相连。电压和电流检测模块用于检测AC/DC变流器输出的电压和电流，并计算获取AC/DC变流器输出的功率。

变斜率电压-功率下垂控制单元中包括有变斜率电压-功率下垂控制曲线，如图2所示，包括下垂控制曲线一X1和下垂控制曲线二X2，下垂控制曲线一和下垂控制曲线二的交点即为拐点，纵坐标为直流电网的运行电压，横坐标为AC/DC变流器输出的功率。设下垂控制曲线一的斜率为-k1，其所对应的电压区间为(U3，U1]、功率区间为[-P1，-P3)，设下垂控制曲线二的斜率为-K2，其所对应的电压区间为[U2，U3)、功率区间为(-P3，P2]，其中k1＞k2，U1为直流电网允许的最高运行电压，U2为直流电网允许的最低运行电压,U3为拐点电压，P1为直流电网的运行电压为U1时AC/DC变流器输出的功率，P2为直流电网的运行电压为U2运行时AC/DC变流器输出的功率，P3为拐点功率，即直流电网的运行电压为拐点电压U3时AC/DC变流器输出的功率，将AC/DC变流器向直流电网输送功率记为正方向。

设AC/DC变流器直流侧额定电流为Ie，则P1＝Ie*U1，P2＝Ie*U2；

k1、k2通过以下公式计算获取：k1＝-(U3-U1)/(P1-P3)，k2＝-(U2-U3)/(P2+P3)；

拐点(-P3，U3)的设置方法是：U3＝ku*U1，P3＝ki*Ie*U3，其中ku、ki均为小于1的比例系数，ku的取值范围为：0.99>ku>0.9；ki的取值范围为：0.98>ki>0.8。

本实施例的过电压调控过程如下：获取AC/DC变流器当前的输出功率Pn，电压和电流检测模块获取。将-Pn与-P3进行比对，若-Pn<-P3，则采用下垂控制曲线一计算直流电网的电压参考值，反之，则采用下垂控制曲线二计算直流电网的电压参考值，直流电网的电压参考值即为直流电网的电压。在计算获取直流电网的电压参考值后，将直流电网的电压参考值和直流电网的电压测量值通过PI调节控制单元得到直流电网的电流参考值；将直流电网的电流参考值输入AC/DC变流器的电流内环控制，控制AC/DC变流器的功率输出，使得直流电网的电压的值稳定在计算获取的直流电网的电压参考值。将直流电网的电压与拐点电压进行比对，若直流电网的电压低于拐点电压，则DC/DC变流器按最大功率跟踪控制模式运行，若直流电网的电压高于拐点电压，则DC/DC变流器按定点电压控制模式运行，光伏不再提高功率输出，不会产生过电压，同时，光伏发电也得到充分利用，定点电压设为拐点电压。

Claims (5)

1.一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，其特征在于，包括光伏电源、直流电网、DC/DC变流器、AC/DC变流器和交流电网，所述DC/DC变流器的输入端与光伏电源相连，所述DC/DC变流器的输出端通过直流电网与AC/DC变流器的输入端相连，所述AC/DC变流器的输出端与交流电网相连，所述AC/DC变流器采用双闭环控制，外环为电压控制环，采用变斜率电压-功率下垂控制和PI调节控制，内环为电流控制环；所述AC/DC变流器包括主电路、控制模块、电压和电流检测模块和驱动模块，所述主电路包括依次串联的逆变桥、输出滤波器和隔离变压器，所述电压和电流检测模块的输入端分别与逆变桥的输出端、输出滤波器的输入端相连，所述电压和电流检测模块的输出端与控制模块的输入端相连，所述控制模块的输出端与驱动模块的输入端相连，所述驱动模块的输出端与逆变桥的脉冲输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，其特征在于，所述控制模块包括内环电流控制模块和外环电压控制模块，所述外环电压控制模块包括依次相连的变斜率电压-功率下垂控制单元和PI调节控制单元，所述变斜率电压-功率下垂控制单元的输入端与所述电压和电流检测模块的输出端相连，所述PI调节控制单元的输出端与内环电流控制模块的输入端相连，所述内环电流控制模块的输出端与所述驱动模块的输入端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，其特征在于，所述电压和电流检测模块用于检测AC/DC变流器输出的电压和电流，并计算获取AC/DC变流器输出的功率。

4.根据权利要求1或2所述的一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，其特征在于，所述DC/DC变流器的运行控制模式包括最大功率跟踪控制模式和定点电压控制模式。

5.根据权利要求3所述的一种带防止直流过电压协调控制的光伏并网系统，其特征在于，所述DC/DC变流器的运行控制模式包括最大功率跟踪控制模式和定点电压控制模式。

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