一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法技术

本发明专利技术公开一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，用于解决故障情况下光伏脱网运行及故障恢复后并网对电网冲击。该方法的具体步骤如下：首先根据光伏的输出功率与其端电压的关系，调节故障情况下光伏的端端电压输出从而控制光伏的输出功率并稳定直流侧电容的电压，使故障情况下光伏运行于DSTATCOM状态；接着根据装置的最大无功容量整定各个DSTATCOM的调节斜率，合理分配各个装置的无功输出；最后在电网基准电压基础之上加入比例增益作为负反馈，构成DSTATCOM新的电压参考值，建立基于斜率协调控制的DSTATCOM控制策略。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法
本专利技术涉及电力系统领域，更具体地，涉及一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法。
技术介绍
2013年政府密集推出的一系列光伏扶持政策，14年的政策继续延续13年大力扶持的基调，光伏产业下游高增长确定性进一步增强。目前光伏电站分二种：大型地面电站(西部较多)与分布式电站(东部较多)，两者各有优劣，2014年国家的正式发展规划是分布式8GW，地面6GW。分布式由于靠近用电端易于就近消纳而受到国家的重视，东部始终是用电的最大需求端、为了缓和西电东送的成本，在东部发展分布式的趋势不可阻挡，政府对分布式的支持也有持续性，国家将加大目前对分布式电站的扶持力度。随着分布式光伏的接入配网，光伏发电的发展也给电力系统带来许多新的问题，其中无功电压问题就是最重要的问题之一。所以，目前在光伏电站的并网点装设电容或者SVC装置以补偿光伏电站的无功需求，但机械式投切和晶闸管投切速度慢，而且不能实现连续调节以满足电力系统的无功需求。然而，随着FACTS装置的发展，柔性交流输电以其响应速度快，无机械投切部件等优点，实现对系统的电压、线路阻抗、相角和潮流的连续调节控制，提供线路的输送能力和系统的稳定性。而FACTS家族中基于变流器并联补偿装置的低压静止同步补偿器(DSTATCOM)装置以其体积小，调节速度快，变流器的工作范围大，输出的电流独立于电压，因此在配电系统越来越广泛应用。实际运行系统当中，光伏并网无功电压问题最严峻的当属电网故障情况下光伏的低电压穿越，对于光伏在电网故障情况下光伏如何不脱网运行并为电网提供无功支撑以实现低电压穿越是光伏并网之后不可避免必将面临的问题。然而，目前很多关于光伏低电压的文献研究认为在很大程度上类似永磁风机发电的低电压穿越，因此认为很多基于永磁风机的低电压穿越控制策略可以应用到光伏的低电压穿越控制当中，如双环控制、无功发生控制、前馈控制及储能控制等。但是，将风电的低电压控制策略应用到光伏的低电压控制，存在以下两个问题：1.光伏发电具有本身独特的特点，没必要照搬风机的低电压控制策略，因为引入风机的低电压控制策略，必然增加了昂贵的硬件设备以及复杂的控制策略；2.控制策略相对复杂，而传统的PI调节器调节速度对系统工作点以及调节参数依赖性很强，复杂的控制策略将影响系统响应速度。光伏发电具有本身独特的特点，并不像风机具有很大的惯性，所以不必照搬风机的低电压控制策略，因此根据光伏的自身的特点，提出适合光伏的低电压控制策略并适用实际工程应用的方法是非常有必要的。在电网故障情况下，光伏运行于DSTATCOM工况以向电网提供无功支撑电网电压恢复，但电网故障情况光伏转换为DSTATCOM运行工况与并网点的DSTATCOM构成多个无功补偿装置为电网提供无功支撑，多个无功补偿装置同时运行可能存在以下两个问题：1.无功补偿装置之间存在无功互补问题，形成无功环流；2.额定容量不同的无功补偿装置之间无功出力不协调，即额定容量小的无功补偿装置频繁运行于无功极限，而额定容量大的无功补偿设备却承担较小的无功出力。
技术实现思路
本专利技术针对电网故障情况下光伏脱网运行以及故障切除后重新并网对电网的冲击，提出了一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，该方法是电网故障情况下，光伏转化运行工况运行于DSTATCOM状态，并与光伏并网点的DSTATCOM在无需通信的情况下协调控制，共同分担故障情况下电网的无功需求支撑电网电压是实现光伏的低电压穿越，从而达到实际工程运用要求。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，包括步骤：S1.根据光伏的输出功率与电压之间的关系，调节故障情况下光伏的输出电压，从而减少光伏的有功功率的输出，并稳定直流侧电容电压，使得故障情况下光伏运行于DSTATCOM状态，具体如下：根据光伏输出的电流与电压的关系式如式(1)，得到光伏输出功率与电压之间的关系，式中，Iph为光电流；Io为光伏电池中二极管的反向饱和电流；q为电子电荷(1.6*1019C)；K为波尔兹曼常数(1.38*10-23J/K)；T为绝对温度；A为二极管因子；Rs为串联电阻；Rsh为并联电阻；由式(1)可得出光伏的功率电压即V-I特性，由其输出特性可知，调节光伏输出的端电压，进而可以调节光伏输出的有功功率。因此根据光伏的功率电压特性可知，故障情况下，提高光伏的输出电压值到Upvf，进而减少其有功输出，避免电流过大损坏逆变，并且稳定直流侧电容的电压Ucf，使得故障情况下光伏运行DSTATCOM状态。S2.故障情况下，光伏运行于DSTATCOM工况，与光伏并网点的DSTATCOM共同为电网提供无功支撑，实现光伏的低电压穿越，DSTATCOM之间协调控制根据DSTATCOM的电压与无功电流之间的关系及装置的最大无功容量整定各个DSTATCOM的调节斜率，合理分配各个装置的无功输出，具体如下：21)斜率的引进在许多实际应用中，DSTATCOM并不是作为一个理想的电压调节器来使用的，而是允许输出端电压随着输出电流成一定比例的变化，即DSTATCOM的输出无功根据系统电压的变化采用斜线控制。引入斜率k之后，对静止无功补偿器的有效参考电压值进行如下调整式(2)：式中，为静止补偿器的有效参考电压；Uref为基准电压；IQ为补偿器输出电流；k为DSTATCOM的调节斜率；IQ电流的极性与电流的性质相关，容性电流为负，感性电流为正；22)各个DSTATCOM的无功分配方法当电网发生故障时，光伏转为DSTATCOM控制模式，对系统的电压恢复起到支持作用，此时整个光伏电站相当于一个DSTATCOM群，共同发出无功功率，实现相同目标的电压控制，因此对包含多个DSTATCOM的无功补偿装置群U-I特性曲线进行合成，由电流的调差特性可知，多个补偿器的U-I合成曲线也是连续的，尽管它们的参考值略有差别。设n个DSTATCOM的U-I特性曲线对应的方程如式(3)：式中，k1,k2...kn为各个DSTATCOM的U-I特性曲线的斜率，Uref为参考电压值，y1,y2...yn为各个DSTATCOM的实际电压参考值；令特性曲线的纵坐标(目标电压)相等，即y1＝y2＝...＝yn，将横坐标相加，就得到多个补偿器U-I特性的合成曲线；对合成后的曲线分析可知：合成曲线的线性运行范围是各个曲线线性运行范围的和。将y＝U代入式(3)，可得各个DSTATCOM各自的无功电流输出如式(4)式中，I1、I2…In为各个DSTATCOM输出的无功电流；由式(4)可知，为把电压稳定在U值，由多个DSTATCOM构成的混合无功补偿系统中无功电流的分配与控制器的斜率相关。只要对控制器的斜率合理取值，就能实现无功的合理分配。23)多个DSTATCOM协调运行的斜率整定多个DSTATCOM实现相同目标的电压控制，即式(4)中的电压值U相等，因此可得到式(5)：U＝k1I1+Uref＝k2I2+Uref＝…＝knIn+Uref(5)为把系统电压稳定在U，可得式(6)k1I1＝k2I2＝…＝knIn(6)由式(6)可得DSTATCOM投入的容量与它们各自的斜率成反比，与各自的最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据光伏输出功率与其输出端电压的关系，调节控制故障情况下光伏的端电压输出，从而控制其有功功率并稳定直流侧电容的电压，使故障情况下光伏运行于DSTATCOM状态；(2)根据DSTATCOM的电压与无功电流之间的关系及装置的最大无功容量整定各个DSTATCOM的调节斜率，分配各个装置的无功输出；(3)由步骤(2)整定出的DSTATCOM调节斜率得到无功装置的比例增益，并在电网基准电压基础之上加入比例增益作为负反馈，构成DSTATCOM新的电压参考值，建立斜率协调控制的DSTATCOM控制策略。

【技术特征摘要】
1.一种基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据光伏输出功率与其输出端电压的关系，调节控制故障情况下光伏的输出端电压，从而控制其有功功率并稳定直流侧电容的电压，使故障情况下光伏运行于DSTATCOM状态；(2)根据DSTATCOM装置的有效电压参考值与无功电流之间的关系，得到各个DSTATCOM装置的最大无功容量与各个DSTATCOM装置的U-I特性曲线的调节斜率的关系，通过各个DSTATCOM装置的最大无功容量整定各个DSTATCOM装置的U-I特性曲线的调节斜率，分配各个DSTATCOM装置的无功电流；(3)由步骤(2)整定出的DSTATCOM装置的U-I特性曲线的调节斜率得到DSTATCOM装置的比例增益，并在电网基准电压基础之上加入比例增益作为负反馈，构成DSTATCOM装置新的有效电压参考值，建立斜率协调控制的DSTATCOM控制策略。2.根据权利要求1所述的基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，其特征在于，步骤(1)中根据光伏输出功率与其输出端电压的关系，调节控制故障情况下光伏的输出端电压，从而控制其有功功率并稳定直流侧电容的电压，使故障情况下光伏运行于DSTATCOM状态，具体如下：根据光伏输出的电流与电压的关系式(1)，从而得到光伏输出功率与电压之间的关系，式中，Iph为光电流；Io为光伏电池中二极管的反向饱和电流；q为电子电荷；K为波尔兹曼常数；T为绝对温度；A为二极管因子；Rs为串联电阻；Rsh为并联电阻；由式(1)能够得出光伏的U-I特性，由U-I特性知，调节光伏输出端电压，能够调节光伏输出的电流，进而能够调节光伏输出的有功功率；因此根据光伏的U-I特性可知，故障情况下，提高光伏的输出端电压到Upvf，能够减少光伏输出的有功功率，避免电流过大损坏逆变，并且稳定直流侧电容的电压Ucf，使得故障情况下光伏运行DSTATCOM状态。3.根据权利要求2所述的基于DSTATCOM群协调控制的光伏低电压穿越方法，其特征在于，故障情况下，光伏运行于DSTATCOM工况，与光伏并网点的DSTATCOM装置共同为电网提供无功支撑，实现光伏的低电压穿越，DSTATCOM装置之间协调控制根据DSTATCOM装置的有效电压参考值与无功电流之间的关系，得到DSTATCOM装置的最大无功容量与各个DSTATCOM装置的调节斜率关系，通过各个DSTATCOM装置的最大无功容量整定各个DSTATCOM装置的调节斜率，合理分配各个装置的无功输出，具体如下：31)斜率的引进DSTATCOM装置的无功电流根据系统电压的变化采用斜线控制，引入DSTATCOM装置的U-I特性曲线的调节斜率k，对DSTATCOM装置的有效参考电压值进行如下调整式(2)：式中，为DSTATCOM装置的有效参考电压；Uref为基准电压；IQ为DSTATCOM装置输出电流；k为DSTATCOM装置的U-I特性曲线的调节斜率；32)各个DSTATCOM装置的无功分配方法当电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曼勇，文安，魏承志，苏杰和，刘年，黄维芳，金鑫，杨颖安，张喜铭，史文博，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44