一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，该控制器由可控变压器，电压、电流传感器和测量与控制模块构成。该控制方法是利用可控变压器可迅速导通、关断的电力电子开关，控制可控变压器输出侧(副边)的导通与关断，同时增加四组双向晶闸管改变交叉相绕组导通方向，从而最大范围改变可控变压器输出电压的相位、幅值，通过比例积分控制器跟随设定电压及有功功率，实现输出电压幅值及相位的实时调节，当网侧电压有较大波动时，对光伏电场进行无功补偿，提高光伏电场电压稳定性，并且具有成本低廉、可靠性高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电并网
，具体是一种基于可控变压器的提高光伏发电电压稳定性的控制方法。
技术介绍
近年来，随着光伏发电等新能源的大量接入和不断渗透，大型电力网络的不断互连，电力系统日趋复杂，电网运行遇到了前所未有的机遇和挑战。电网运行的灵活性、潮流可控性以及电网稳定性显得日益重要，构建智能电网已成为电网发展的必然趋势。在一个结构日益复杂的电网中，能够动态控制线路潮流成为电力系统可靠性的重要保证。同时，由于电力系统投资的长周期和高成本，如何更好的利用现有设备显得非常重要。随着电力负荷的不断增加，电力供应缺口和人们对电力需求增长之间的矛盾不断增大，新能源发电的大量并网是未来电力供应的基本格局，也是智能电网的基本要求，如何提高现有电力系统对新能源的接纳能力以及如何保证接入后系统的可靠性与稳定性成为当今的热点话题。随着光伏系统装机容量的不断增加，光伏发电已经成为很多国家的重要发电方式。而光伏发电由于对气象条件的依赖性较高，白天光照充足可以正常发电，而到夜晚时由于缺乏光照会处于停机状态，一天之中光照变化也会比较大，光伏系统输出功率会随之波动。当网侧系统发生故障且有较大电压跌落时，光伏系统可能会脱机而给电力系统带来巨大冲击，光伏发电设备是否具有电压稳定性显得日益重要。一般地，为了使光伏系统具有电压稳定性，会对逆变器算法进行改进，当网侧电压发生跌落时，限定有功电流参考值，稳定直流母线电压，支撑系统正常工作。但会使逆变器算法复杂度大大增加，且会增加程序误判风险。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，当系统网侧电压跌落时，通过传感器测得光伏电场PCC并网点电压、电流，根据电网及光伏电场运行状态，利用可控变压器，通过快速的电力电子开关对变压器分接头输出电压幅值和相角进行动态控制，从而调节其输出的有功功率和无功功率，对光伏电场进行无功补偿，稳定PCC并网点电压，从而提高其电压稳定性。本专利技术采用如下技术方案：一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，其特点在于该方法包括下列具体步骤：步骤①、测量与控制模块对控制进行初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测的有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根据有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照光伏电场运行状况，进行有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出电压的幅值及相位；步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0-P，其中P为第一比较模块输入的有功功率值；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模块的控制系数；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，依据下式，计算可控变压器的输出电压幅值Vout1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μS2：μS2＝V0-Vout，其中Vout为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC2，计算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值Vout1，Vout1=Vout1+μC2]]>步骤⑤、通过公式计算得到调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得Voutref及可控变压器控制参数：Voutref=Vout1sin(ω0t-θ)=(Vin*[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)-N2]2+(3ND2)2)*sin(ω0t-θ)]]>θ=arctan(±3ND2[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)])]]>设K1为双向晶闸管Sa1和Sa3开关信号，K2为双向晶闸管Sa2和Sa4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K1＝1，K2＝0，双向晶闸管Sa1和Sa3导通，双向晶闸管Sa2和Sa4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“-”时，K1＝0，K2＝1，双向晶闸管Sa1和Sa3关断，双向晶闸管Sa2和Sa4导通，两相绕组反向导通；于是可得到绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的功率单元9占空比控制信号D1和功率单元10占空比控制信号D2；步骤⑥、根据脉宽调制占空比D1和D2，向绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤⑦重复步骤②至步骤⑥，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对光伏电场并网电压幅值及相位调节，进而提高其电压稳定性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)利用电力系统现有元件，利用有载调压变压器加装小功率电力电子器件构成，成本较低；2)能够对电网有功功率和无功功率进行分立控制，并且具有较大的调节范围；3)方法灵活度大，实现简单，对硬件要求低；4)具有快速瞬时调节功能，响应时间非常短，，可以提高光伏系统电压稳定性。附图说明图1基于可控变压器的光伏电场提高电压稳定性的原理图；图2含双向晶闸管的可控变压器单相结构图；图3基于可控变压器的光伏电场提高电压稳定性方法的控制规律图；图4基于可控变压器的光伏电场提高电压稳定性方法的控制流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。图1为基于可控变压器的提高光伏发电电压稳定性的系统原理图，它包括电网1，输入和输出电压传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、测量与控制模块对控制进行初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测的有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根据有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照光伏电场运行状况，进行有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出电压的幅值及相位步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0‑P，其中P为第一比较模块输入的有功功率值；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模块的控制系数；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，依据下式，计算可控变压器的输出电压幅值Vout1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μS2：μS2＝V0‑Vout，其中Vout为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC2，计算公式如下：μC2＝kp2μS2+ki2∫μS2dt，其中，kp2和ki2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值Vout1，Vout1=Vout1+μC2]]>步骤⑤、通过公式计算得到调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值Vout1代入下述公式，求得Voutref及可控变压器控制参数：Voutref=Vout1sin(ω0t-θ)=(Vin*[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)-N2]2+(3ND2)2)*sin(ω0t-θ)]]>θ=arctan(±3ND2[(1+N)D1+(1-N)(1-D1)])]]>设K1为双向晶闸管Sa1和Sa3开关信号，K2为双向晶闸管Sa2和Sa4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K1＝1，K2＝0，双向晶闸管Sa1和Sa3导通，双向晶闸管Sa2和Sa4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“‑”时，K1＝0，K2＝1，双向晶闸管Sa1和Sa3关断，双向晶闸管Sa2和Sa4导通，两相绕组反向导通；于是可得到绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的功率单元9占空比控制信号D1和功率单元10占空比控制信号D2；步骤⑥、根据脉宽调制占空比D1和D2，向绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤⑦重复步骤②至步骤⑥，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对光伏电场并网电压幅值及相位调节，进而提高其电压稳定性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于含双向晶闸管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、测量与控制模块对控制进行初始化，接收上位机给定的电压给定值V0和有功功率的给定值P0；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数kp1和ki1，1≤kp1≤100,1≤ki1≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数kp2和ki2，1≤kp2≤100,1≤ki2≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压Vin的幅值为|Vin|，输出电压Vout的幅值为|Vout|，输出电流Iout的幅值为|Iout|，输出电压基波的初始幅值为V1out，输电线路电抗值L，远方电网电压V电网2的幅值为V2，相角为α；按下列公式计算实测的有功功率P：P=12VoutIoutcosβ]]>根据有功功率P0，计算可控变压器的输出电压初始相角θ0P0=V2Voutω0Lsin(α-θ0)]]>按照光伏电场运行状况，进行有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出电压的幅值及相位步骤③、根据有功功率P0及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μS1：μS1＝P0-P，其中P为第一比较模块输入的有功功率值；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μC1，计算公式如下：μC1＝kp1μS1+ki1∫μS1dt，其中，kp1和ki1是第一PI控制模块的控制系数；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ0+μC1；步骤④、根据电压给定值V0及实测输出电压Vout，依据下式，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯琳，韩蓓，李国杰，江秀臣，汪可友，王琨，
申请(专利权)人：上海驹电电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31