分布式光伏逆变器运行控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式光伏逆变器运行模式及切换方法，包括以下步骤：首先根据系统状态信息及调度指令确定系统并离网运行方式；其次由系统运行方式决定光伏逆变器的并离网运行模式；然后根据用户需求和调度指令确定逆变器的控制模式；最后根据系统运行方式的改变以及系统频率和电压偏移度的变化切换逆变器的控制方式。本发明专利技术给出了分布式光伏逆变器的多种运行模式，克服了现有光伏逆变器运行模式比较单一而不能满足多样化需求的缺陷。本发明专利技术实现的基于偏移度的逆变器分区控制及切换方法，使分布式光伏发电系统主动参与电网频率和电压调节过程，降低了单纯光伏系统并网时对电网的不利影响，特别适用于分布式光伏发电系统高渗透率的电网，极大地提高了电网的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电系统，具体涉及一种分布式光伏逆变器运行控制方法。
技术介绍
随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日益加重，以太阳能、风能等为代表的新能源的开发利用受到越来越多的重视。近年来，随着光伏发电设备成本的降低和国家发展光伏产业政策的激励，大型光伏电站的数量大幅增加，分布式光伏发电的渗透率不断提升。在光伏发电系统中，逆变器作为重要的核心设备，其运行模式及性能直接影响电网的稳定及电能质量，因此，逆变器的控制技术成为研究的热点。常用的光伏逆变器控制策略有无差拍控制、PI控制、重复控制、比例谐振控制等。无差拍控制动态性能好，但对运算速度和系统模型精确性的要求较高，控制精度受预测算法的影响很大；PI控制简单易实现，但控制精度较差；重复控制对于周期性扰动有校正作用，但对于非周期性扰动效果不好；比例谐振控制能够消除稳态误差，但存在带宽限制问题。普遍应用于光伏电站的逆变器，大都采用有功和无功功率控制模式，利用电流量控制，根据电压量实现运行控制。通过park变换的解耦作用，可以实现有功功率和无功功率的独立控制。目前，光伏发电系统中逆变器的控制策略研究多关注于逆变器本身的控制，而没有关注与系统运行方式、电网运行需求及控制目标等相关因素。随着分布式光伏电源渗透率的不断增加，光伏发电在电网中的角色也将发生变化，不再只是向电网提供电能，分布式光伏发电还应具备电压源特性，能够参与电网调度、提供功率支持等，这是主动配电网发展的必然趋势。目前，微电网、智能电网技术的提出，都希望能够通过光伏发电系统对整个电网稳定运行起到一定的支撑作用。在国外，如德国、日本等国家，出台了光伏发电系统新的并网规范，要求光伏发电并网系统能够支撑大电网的安全运行，允许光伏系统参与电网的电压、频率调整，允许其调整输出有功和无功功率。在国内，国网公司也推出了新的光伏系统并网规范，允许光伏发电系统具有一定的功率控制能力，来参与电网局部的电压、频率调整。目前，光伏逆变器的主要运行模式有最大功率跟踪(MPPT)模式、恒压恒频(VF)模式、下垂控制(Droop)模式等，现有光伏系统逆变器的运行模式比较单一，没有很好解决分布式光伏发电系统高效运行与电网需求问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种分布式光伏逆变器运行控制方法，可应用于光伏发电系统控制单元中作为控制策略。针对光伏发电系统和电网的不同运行方式及状态，光伏逆变器运行于不同的工作模式，解决分布式光伏发电高效运行与电网需求问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种分布式光伏逆变器运行控制方法，其特殊之处是，包括以下步骤：S1：检测系统状态信息及调度指令；S2：判断系统是否离网运行方式；若是，进入步骤S3；若否进入步骤S4；S3：系统离网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S3.1：判断用户是否有个性化供电需求；若是，进入步骤S3.2；若否进入步骤S3.3；S3.2：光伏逆变器运行于个性化需求控制模式；S3.3：光伏逆变器运行于恒压恒频控制模式；S4：系统并网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S4.1：判断是否有调度指令运行；若是，进入步骤S4.2；若否进入步骤S4.3；S4.2：光伏逆变器运行于有调度并网运行模式，光伏发电系统并网功率跟踪调度指令的实时要求，参与电网调度；S4.3：光伏逆变器运行于无调度并网运行模式，即基于偏移度的逆变器并网运行控制时，具体步骤包括：S4.3.1：检测系统频率和电压信息；S4.3.2：计算系统频率偏移度αf；S4.3.3：计算系统电压偏移度αu；S4.3.4根据频率偏移度和电压偏移度判定系统运行区域，并确定控制方式；a)考虑到系统频率和电压的最大允许值与最小允许值关于最佳运行值对称，则偏移度与系统的运行状态具有对应关系为：0≤αf≤1，0≤αu≤1，系统频率和电压在允许范围内；αf＞1，αu＞1，系统频率和电压超过最大允许值；αf＜1，αu＜1，系统频率和电压低于最小允许值；αf＝0.5，αu＝0.5，系统频率和电压以最佳值运行；b)根据频率偏移度αf以及电压偏移度αu将系统运行状态分为九个区域，系统运行区域的具体判定方法为：若满足(0≤αf≤1，0≤αu≤1)条件，系统运行于1区；若满足(0＜αf＜1，αu＜0)条件，系统运行于2区；若满足(0＜αf＜1，αu＞1)条件，系统运行于3区；若满足(0＜αu＜1，αf＜0)条件，系统运行于4区；若满足(0＜αu＜1，αf＞1)条件，系统运行于5区；若满足(αf＞1，αu＜0)条件，系统运行于6区；若满足(αu＞1，αf＜0)条件，系统运行于7区；若满足(αu＞1，αf＞1)条件，系统运行于8区；若满足(αu＜0，αf＜0)条件，系统运行于9区。c)根据当前系统所处的区域，确定光伏逆变器的控制方式；1区(0≤αf≤1，0≤αu≤1)：系统频率和电压均在允许范围内，光伏逆变器以下垂特性运行，有功输出P-Droop模式，无功输出Q-Droop模式；2区(0＜αf＜1，αu＜0)：系统频率在允许范围内，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，有功功率约束输出；3区(0＜αf＜1，αu＞1)：系统频率在允许范围内，系统电压越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，有功功率约束输出；4区(0＜αu＜1，αf＜0)：系统电压在允许范围内，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率约束输出；5区(0＜αu＜1，αf＞1)：系统电压在允许范围内，系统频率越上限，光伏逆变器以最小有功功率(Pmin模式)输出，无功功率以下垂Q-Droop模式输出；6区(αf＞1，αu＜0)：系统频率越上限，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；7区(αu＞1，αf＜0)：系统电压越上限，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功以零无功功率输出(Q＝0模式)输出；8区(αu＞1，αf＞1)：系统电压和系统频率均越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；9区(αu＜0，αf＜0)：系统电压和系统频率均越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率满足约束输出的条件下最大输出；S4.3.5光伏逆变器运行区域切换控制：分布式光伏逆变器运行于无调度并网模式时，如果系统运行的区域发生改变，则光伏逆变器的运行模式切换为该区域对应的逆变器运行模式；S5：判断系统运行方式是否改变；若否，光伏逆变器运行当前模式；若是，进入步骤S2，判断当前系统运行方式。进一步地，所述有功功率和无功功率输出是独立控制且可调；有功功率的输出模式有：最大有功功率输出(Pmax模式)、最小有功功率输出(Pmin模式)、f-P下垂特性输出(P-Droop模式)、恒有功功率输出(恒P模式)；无功功率的输出模式有：感性最大无功功率输出(QL.max模式)、容性最大无功功率输出(QC.max模式)、零无功功率输出(Q＝0模式)、V-Q下垂特性输出(Q-Droop模式)、恒无功功率输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光伏逆变器运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：检测系统状态信息及调度指令；S2：判断系统是否离网运行方式；若是，进入步骤S3；若否进入步骤S4；S3：系统离网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S3.1：判断用户是否有个性化供电需求；若是，进入步骤S3.2；若否进入步骤S3.3；S3.2：光伏逆变器运行于个性化需求控制模式；S3.3：光伏逆变器运行于恒压恒频控制模式；S4：系统并网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S4.1：判断是否有调度指令运行；若是，进入步骤S4.2；若否进入步骤S4.3；S4.2：光伏逆变器运行于有调度并网运行模式，光伏发电系统并网功率跟踪调度指令的实时要求，参与电网调度；S4.3：光伏逆变器运行于无调度并网运行模式，即基于偏移度的逆变器并网运行控制时，具体步骤包括：S4.3.1：检测系统频率和电压信息；S4.3.2：计算系统频率偏移度αf；S4.3.3：计算系统电压偏移度αu；S4.3.4根据频率偏移度和电压偏移度判定系统运行区域，并确定控制方式；a)考虑到系统频率和电压的最大允许值与最小允许值关于最佳运行值对称，则偏移度与系统的运行状态具有对应关系为：0≤αf≤1，0≤αu≤1，系统频率和电压在允许范围内；αf＞1，αu＞1，系统频率和电压超过最大允许值；αf＜1，αu＜1，系统频率和电压低于最小允许值；αf＝0.5，αu＝0.5，系统频率和电压以最佳值运行；b)根据频率偏移度αf以及电压偏移度αu将系统运行状态分为九个区域，系统运行区域的具体判定方法为：若满足(0≤αf≤1，0≤αu≤1)条件，系统运行于1区；若满足(0＜αf＜1，αu＜0)条件，系统运行于2区；若满足(0＜αf＜1，αu＞1)条件，系统运行于3区；若满足(0＜αu＜1，αf＜0)条件，系统运行于4区；若满足(0＜αu＜1，αf＞1)条件，系统运行于5区；若满足(αf＞1，αu＜0)条件，系统运行于6区；若满足(αu＞1，αf＜0)条件，系统运行于7区；若满足(αu＞1，αf＞1)条件，系统运行于8区；若满足(αu＜0，αf＜0)条件，系统运行于9区；C)根据当前系统所处的区域，确定光伏逆变器的控制方式；1区(0≤αf≤1 0≤αu≤1)：系统频率和电压均在允许范围内，光伏逆变器以下垂特性运行，有功输出P‑Droop模式，无功输出Q‑Droop模式；2区(0＜αf＜1 αu＜0)：系统频率在允许范围内，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，有功功率约束输出；3区(0＜αf＜1 αu＞1)：系统频率在允许范围内，系统电压越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，有功功率约束输出；4区(0＜αu＜1 αf＜0)：系统电压在允许范围内，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率约束输出；5区(0＜αu＜1 αf＞1)：系统电压在允许范围内，系统频率越上限，光伏逆变器以最小有功功率(Pmin模式)输出，无功功率以下垂Q‑Droop模式输出；6区(αf＞1 αu＜0)：系统频率越上限，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；7区(αu＞1 αf＜0)：系统电压越上限，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功以零无功功率输出(Q＝0模式)输出；8区(αu＞1 αf＞1)：系统电压和系统频率均越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；9区(αu＜0 αf＜0)：系统电压和系统频率均越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率满足约束输出的条件下最大输出。S4.3.5光伏逆变器运行区域切换控制：分布式光伏逆变器运行于无调度并网模式时，如果系统运行的区域发生改变，则光伏逆变器的运行模式切换为该区域对应的逆变器运行模式；S5：判断系统运行方式是否改变；若否，光伏逆变器运行当前模式；若是，进入步骤S2，判断当前系统运行方式。...

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏逆变器运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：检测系统状态信息及调度指令；S2：判断系统是否离网运行方式；若是，进入步骤S3；若否进入步骤S4；S3：系统离网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S3.1：判断用户是否有个性化供电需求；若是，进入步骤S3.2；若否进入步骤S3.3；S3.2：光伏逆变器运行于个性化需求控制模式；S3.3：光伏逆变器运行于恒压恒频控制模式；S4：系统并网运行方式下分布式光伏逆变器运行模式控制，具体步骤包括：S4.1：判断是否有调度指令运行；若是，进入步骤S4.2；若否进入步骤S4.3；S4.2：光伏逆变器运行于有调度并网运行模式，光伏发电系统并网功率跟踪调度指令的实时要求，参与电网调度；S4.3：光伏逆变器运行于无调度并网运行模式，即基于偏移度的逆变器并网运行控制时，具体步骤包括：S4.3.1：检测系统频率和电压信息；S4.3.2：计算系统频率偏移度αf；S4.3.3：计算系统电压偏移度αu；S4.3.4根据频率偏移度和电压偏移度判定系统运行区域，并确定控制方式；a)考虑到系统频率和电压的最大允许值与最小允许值关于最佳运行值对称，则偏移度与系统的运行状态具有对应关系为：0≤αf≤1，0≤αu≤1，系统频率和电压在允许范围内；αf＞1，αu＞1，系统频率和电压超过最大允许值；αf＜1，αu＜1，系统频率和电压低于最小允许值；αf＝0.5，αu＝0.5，系统频率和电压以最佳值运行；b)根据频率偏移度αf以及电压偏移度αu将系统运行状态分为九个区域，系统运行区域的具体判定方法为：若满足(0≤αf≤1，0≤αu≤1)条件，系统运行于1区；若满足(0＜αf＜1，αu＜0)条件，系统运行于2区；若满足(0＜αf＜1，αu＞1)条件，系统运行于3区；若满足(0＜αu＜1，αf＜0)条件，系统运行于4区；若满足(0＜αu＜1，αf＞1)条件，系统运行于5区；若满足(αf＞1，αu＜0)条件，系统运行于6区；若满足(αu＞1，αf＜0)条件，系统运行于7区；若满足(αu＞1，αf＞1)条件，系统运行于8区；若满足(αu＜0，αf＜0)条件，系统运行于9区；C)根据当前系统所处的区域，确定光伏逆变器的控制方式；1区(0≤αf≤10≤αu≤1)：系统频率和电压均在允许范围内，光伏逆变器以下垂特性运行，有功输出P-Droop模式，无功输出Q-Droop模式；2区(0＜αf＜1αu＜0)：系统频率在允许范围内，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，有功功率约束输出；3区(0＜αf＜1αu＞1)：系统频率在允许范围内，系统电压越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，有功功率约束输出；4区(0＜αu＜1αf＜0)：系统电压在允许范围内，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率约束输出；5区(0＜αu＜1αf＞1)：系统电压在允许范围内，系统频率越上限，光伏逆变器以最小有功功率(Pmin模式)输出，无功功率以下垂Q-Droop模式输出；6区(αf＞1αu＜0)：系统频率越上限，系统电压越下限，光伏逆变器以容性最大无功功率(QC.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；7区(αu＞1αf＜0)：系统电压越上限，系统频率越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功以零无功功率输出(Q＝0模式)输出；8区(αu＞1αf＞1)：系统电压和系统频率均越上限，光伏逆变器以感性最大无功功率(QL.max模式)输出，最小有功(Pmin模式)且约束输出；9区(αu＜0αf＜0)：系统电压和系统频率均越下限，光伏逆变器以最大有功功率(Pmax模式)输出，无功功率满足约束输出的条件下最大输出。S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔吉生，王涛，刚宏，邱鹏，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21