本发明专利技术公开了一种可提供无功支撑的并网光伏发电系统低电压穿越控制策略，包含前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器的控制。在电网故障时，根据电网电压跌落深度控制后级网侧逆变器向电网提供所需的无功功率；逆变器的直流侧电压控制环中加入反映光伏阵列输出功率和直流电压波动的前馈补偿量，从而在故障过程中减小逆变器直流侧过电压；前级DC/DC变换器的控制器根据电压跌落深度和逆变器额定容量控制光伏阵列输出的有功功率，以减小故障时光伏系统中的不平衡能量，达到降低光伏系统中过电流和过电压的目的。本发明专利技术不增加硬件装置，响应速度快，实现简单，既能有效提高光伏系统的低电压穿越能力，还可为电网提供无功功率，支撑电网电压恢复。
【技术实现步骤摘要】
—种可提供无功支撑的并网光伏发电系统低电压穿越控制方法
本专利技术属于光伏发电系统运行控制领域，具体涉及。
技术介绍
为了尽可能降低大规模光伏发电接入电网对电力系统可靠性的负面影响，新的电网运行准则都要求当电网发生故障时大中型并网光伏发电机组仍能保持不脱网运行，并在故障切除后光伏机组能迅速恢复正常运行，即要求光伏发电机组能实现低电压穿越运行。为了更好的防御电压、频率等方面的严重电网事故，传统火电机组除了被要求具备低电压穿越能力以外，还要求在紧急状态下具有功率支撑的能力。随着光伏渗透率不断增加，一些国家已经开始要求并网光伏机组在故障条件下提供无功电流，以帮助电网尽快恢复电压。 要使并网光伏发电系统实现安全的低电压穿越，需要解决的关键技术问题主要有并网光伏逆变器交流侧的过电流和直流侧的过电压。 目前，在逆变器的直流侧并联卸荷电路是一种比较常用的低电压穿越控制方法。该方法在检测到电网故障后，在逆变器直流侧电容旁并联卸荷电阻(借助电力电子元件实现)，依靠临时并联的卸荷电阻释放故障时系统中的不平衡能量，从而起到减小逆变器交流侧电流和直流侧电压的目的。尽管卸荷保护电路能够成功实现光伏系统的故障穿越，保护其内部昂贵的电力电子器件，同时也是目前得到工程应用的方法，但它需要增加硬件装置成本，降低了系统的可靠性，且不具备向电网提供无功支撑的能力。 针对卸荷电阻保护技术存在的问题，很多纯软件的控制方法在不改变硬件系统结构的基础上，采用先进的控制算法以提高并网光伏发电系统的低电压穿越性能。但这些控制算法通常由于过于复杂而不适合工业应用，并且大多没有考虑故障下光伏发电系统向电网提供无功支撑的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供，该方法能够在电网电压骤降故障时保障并提高光伏发电系统的低电压穿越能力，且能够为电网提供无功支撑。 本专利技术是通过以下技术方案来实现: ，包括前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器的协调控制，具体包括以下步骤: I)检测并网光伏发电系统公共连接点的电压； 2)当检测到电网电压骤降故障发生后，前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器协同发生三种控制模式: 模式A: 后级网侧逆变器的无功控制器切换到故障运行模式，该无功控制器在故障运行模式下的具体控制方法为: 先取消后级网侧逆变器控制器的无功功率外环，根据检测到的公共连接点的电压幅值ug，按照式⑴计算无功电流内环的指令值I_f ; οu& > 0.9? ( U λ Zqref = 2-2-^ Zrated0.9UgIl >Ug> 0.5^ (τ) V Sn JΛ-Ug < 0.5? 其中，Ug为检测到的公共连接点的电压幅值，Ugn为公共连接点电压的额定值，Irated为后级网侧逆变器电流的额定值； 直到电网清除故障、电压恢复正常后，后级网侧逆变器的控制器切换到正常运行模式； 模式B: 后级网侧逆变器直流电压控制器切换到故障运行模式，具体控制方法为: 在后级网侧逆变器的直流侧电压外环PI控制器的输出信号中加入反映光伏阵列输出功率Ppv和直流侧电压Udc波动的前馈补偿量Ppv/Ud。； 待故障切除后，后级网侧逆变器切换到正常运行模式，即直流侧电压外环PI控制器的输出信号中不再加入前馈补偿量Ppv/Ud。； 模式C: 前级DC/DC变换器的控制器切换到故障运行模式，且该前级DC/DC变换器的控制器在故障运行模式下的具体控制方法为: 首先，前级DC/DC变换器的控制器不再实施正常运行时的最大功率跟踪运行模式，取消了 MPPT控制器，根据检测到的公共连接点的电压幅值Ug，按照式(4)计算有功功率指令值PMf: 3(IV P =—TJ I 1- qref rei ?-Vrated'丄 J(4)LV V1 rated J 然后，通过PI调节器控制光伏阵列的输出功率Ppv跟踪该指令值； 待故障切除后，前级DC/DC变换器的控制器又恢复到正常情况下的最大功率跟踪运行模式； 3)当检测到故障切除后，前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器立即切换到正常运行模式。 并网光伏发电系统由光伏阵列、前级DC/DC变换器、后级网侧逆变器和控制系统组成；控制系统包括前级DC/DC变换器的控制器和后级网侧逆变器的控制器两部分。 B模式下所述的后级网侧逆变器的直流电压控制器的直流电压动态方程如式 (2):[0_ = (2) at 其中，Ude为直流母线电压，ibdc和iid。分别为前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器交流侧流向和流出逆变器直流母线的电流；忽略电感、电阻和变换器的损耗，则有式(3):.>/3m.Zidc —《I (3) P ? _ pv Zbdc = 式中，Ppv是光伏阵列输出的有功功率，id是网侧逆变器电感电流的d轴分量，m是网侧逆变器的调制比。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果: 本专利技术的控制方法在电网故障期间通过前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器的协调控制，减小后级网侧逆变器交流侧的过电流和直流侧的过电压，提高光伏发电系统的低电压穿越能力，并能根据电压跌落深度向电网输出所需的无功电流，以提高故障条件下光伏发电系统对电网的无功支撑。具体优势体现在以下几方面: 1、在故障时通过监测公共连接点(PCC)电压，按残压与额定电压比例适当输出有功和无功功率，既能在故障期间供应附近负荷，也能在故障期间对电网提供无功支撑； 2、即使在电网电压骤降为O伏时，后级网侧逆变器在故障运行模式中加入的前馈补偿量仍能抑制直流侧电压的瞬时波动； 3、完全依靠对变换器施加控制实现，不要求传统标准的并网光伏发电系统增加其他硬件装置，能提高系统的可靠性、实用性，且降低系统的成本。 【附图说明】 图1是正常运行情况下并网光伏发电系统的控制框图。 图2是电网故障时并网光伏发电系统的控制框图。 图3是典型并网光伏发电系统低电压穿越性能的入网要求。 图4是卸荷电阻保护电路示意图。 图5是当公共连接点(PCC)电压跌落为O伏并且故障持续时间为150ms时，采用控制策略一所得到的并网光伏发电系统的运行效果:(a)后级网侧逆变器交流侧电流幅值；(b)后级网侧逆变器直流母线电压；(c)无功电流；(d)有功功率。 图6是当公共连接点(PCC)电压跌落为O伏并且故障持续时间为150ms时，采用控制策略二所得到的并网光伏发电系统的运行效果:(a)后级网侧逆变器交流侧电流幅值；(b)后级网侧逆变器直流母线电压；(c)无功电流；(d)有功功率。 图7是当公共连接点(PCC)电压跌落至额定值的30%并且故障持续时间为625ms时，采用控制策略一所得到的并网光伏发电系统的运行效果:(a)后级网侧逆变器交流侧电流幅值；(b)后级网侧逆变器直流母线电压；(c)无功电流；⑷有功功率。 图8是当公共连接点(PCC)电压跌落至额定值的30%并且故障持续时间为625ms时，采用控制策略二所得到的并网光伏发电系统的运行效果:(a)后级网侧逆变器交流侧电流幅值；(b)后级网侧逆变器直流母线电压；(c)无功电流；⑷有功功率。 图9是当公本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可提供无功支撑的并网光伏发电系统低电压穿越控制方法，包括前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器的协调控制，其特征在于，包括以下步骤：1)检测并网光伏发电系统公共连接点的电压；2)当检测到电网电压骤降故障发生后，前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器协同发生三种控制模式：模式A：后级网侧逆变器的无功控制器切换到故障运行模式，该无功控制器在故障运行模式下的具体控制方法为：先取消后级网侧逆变器控制器的无功功率外环，根据检测到的公共连接点的电压幅值Ug，按照式(1)计算无功电流内环的指令值Iqref；Iqref=0Ug>0.9Ugn(2-2UgUgn)Irated0.9Ugn≥Ug>0.5UgnIratedUg≤0.5Ugn---(1)]]>其中，Ug为检测到的公共连接点的电压幅值，Ugn为公共连接点电压的额定值，Irated为后级网侧逆变器电流的额定值；直到电网清除故障、电压恢复正常后，后级网侧逆变器的控制器切换到正常运行模式；模式B：后级网侧逆变器直流电压控制器切换到故障运行模式，具体控制方法为：在后级网侧逆变器的直流侧电压外环PI控制器的输出信号中加入反映光伏阵列输出功率Ppv和直流侧电压Udc波动的前馈补偿量Ppv/Udc；待故障切除后，后级网侧逆变器切换到正常运行模式，即直流侧电压外环PI控制器的输出信号中不再加入前馈补偿量Ppv/Udc；模式C：前级DC/DC变换器的控制器切换到故障运行模式，且该前级DC/DC变换器的控制器在故障运行模式下的具体控制方法为：首先，前级DC/DC变换器的控制器不再实施正常运行时的最大功率跟踪运行模式，取消了MPPT控制器，根据检测到的公共连接点的电压幅值Ug，按照式(4)计算有功功率指令值Pref：Pref=32UgIrated1-(IqrefIrated)2---(4)]]>然后，通过PI调节器控制光伏阵列的输出功率Ppv跟踪该指令值；待故障切除后，前级DC/DC变换器的控制器又恢复到正常情况下的最大功率跟踪运行模式；3)当检测到故障切除后，前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器立即切换到正常运行模式。...
【技术特征摘要】
1.一种可提供无功支撑的并网光伏发电系统低电压穿越控制方法，包括前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器的协调控制，其特征在于，包括以下步骤: 1)检测并网光伏发电系统公共连接点的电压； 2)当检测到电网电压骤降故障发生后，前级DC/DC变换器和后级网侧逆变器协同发生三种控制模式: 模式A: 后级网侧逆变器的无功控制器切换到故障运行模式，该无功控制器在故障运行模式下的具体控制方法为: 先取消后级网侧逆变器控制器的无功功率外环，根据检测到的公共连接点的电压幅值Ug，按照式⑴计算无功电流内环的指令值I_f; 0Ug > 0.9U^n f u λ ‘ =2-2-^ /rated 0.9L.; > > 0.5gn (1)V ^) Ug < 0.5^ 其中，ugs检测到的公共连接点的电压幅值，ugn为公共连接点电压的额定值，L—为后级网侧逆变器电流的额定值； 直到电网清除故障、电压恢复正常后，后级网侧逆变器的控制器切换到正常运行模式； 模式B: 后级网侧逆变器直流电压控制器切换到故障运行模式，具体控制方法为: 在后级网侧逆变器的直流侧电压外环PI控制器的输出信号中加入反映光伏阵列输出功率Ppv和直流侧电压Udc波动的前馈补偿量Ppv/Ud。； 待故障切除后，后级网侧逆变器切换到正常运行模式，即直流侧电压外环PI控制器的输出信号中不再加入前馈补偿量Ppv/Ud。； 模式C: 前级DC/DC变换器的控制器切换到故障运行模式，且该前级DC/DC变换器的控制器在故障运行模式下的具体控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎晖，杨方，马西奎，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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