以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力电子控制技术领域的一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法。包括：获取光伏电池性能参数，并将光伏电池电路变换为等效电路；根据光伏阵列输出特性曲线是单峰值曲线的条件，确定追踪光伏电池最大功率点的条件下输出功率与输出电压之间的初始判别关系；根据系统旋转备用容量的选择标准，变更功率跟踪点；根据外界环境与光伏阵列输出特性曲线之间的关系，采用VSG功率控制器，模拟同步发电机的机械惯性、调频器和励磁控制器特性和电感电流作为内环反馈的双闭环控制方法，确定PV‑VSG的惯性及阻尼参数。实现预留旋转备用容量的同时实时跟踪系统发电负荷的最大功率点和暂稳态下实时跟踪功能。

Photovoltaic power generation system control method with maximum power point rotating standby capacity tracking

The invention discloses a photovoltaic power generation system control method with the maximum power point rotating standby capacity tracking in the power electronic control technology field. Including obtaining the photovoltaic cell performance parameters, and the photovoltaic cell circuit is transformed into equivalent circuit; according to the PV array output characteristic curve is unimodal curve between the initial conditions, to determine the tracking of the photovoltaic maximum power point under the conditions of output power and output voltage of the discriminant relationship; based on the selection criteria of the spinning reserve capacity, change power tracking point; according to the relationship between the external environment and the output characteristics of PV arrays using VSG curve, power controller, simulation of synchronous generator mechanical inertia, FM and excitation controller characteristics and inductance current as the double closed loop control feedback loop, determine the inertial and damping parameters of PV VSG. When the reserve capacity is reserved, the maximum power point of the system's power load and the real time tracking function under transient steady state can be tracked in real time.

【技术实现步骤摘要】
以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法
本专利技术属于电力电子控制
，特别涉及一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法。
技术介绍
近年来，随着基于电力电子装置的分布式电源在电力系统中的渗透率迅速提升，一些国家和地区如中国、欧盟、美国等均制定了各自的分布式能源发展规划。光伏发电作为分布式电源的重要组成部分，有效解决了当前能源短缺的社会问题。但由于光伏阵列的输出电压、输出电流受外界环境影响呈非线性特征，其输出功率也随之不断变化，因此如何调整负载特性，从而实现MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)控制在光伏发电系统的控制中尤为重要。现有的MPPT控制方法繁多,效果也不尽相同,但均为跟踪光伏阵列的输出功率最大值。此类MPPT控制方法在有储能的微电网中应用广泛，但均需采用大量储能设备为系统提供旋转备用容量，而储能设备又存在成本高、占地面积大等问题。而且值得一提的是，由2016年数据显示，我国年平均弃光率为10％，若通过具有等效旋转备用的方法提高光伏系统的利用率也可大幅改善原有的弃光现象。同时，参与分布式电源并网的电力电子设备大多采用数字电路进行控制，暂态响应速度快，且几乎没有惯性，也不参与电网的调频和调压。它们难以像同步发电机那样独立自治运行，大量接入会严重影响电力系统的稳定性及动态响应。因此，若能通过先进的控制策略在数学层面将并网逆变器等效出同步发电机的运行特性，显然会大大提高微电网对分布式电源的适应性和接纳能力。这也就催生了VSG技术的诞生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：A.获取光伏电池性能参数，将光伏电池电路变换为等效电路；B.确定追踪光伏电池最大功率点的条件下输出功率P与输出电压U之间的初始判别关系；C.根据系统旋转备用容量的选择标准，变更功率跟踪点；D.根据外界环境与光伏阵列输出特性间的关系，确定系统具有旋转备用容量的条件下P与U之间的改进判别关系，进而确定改进的最大功率点跟踪MPPT算法；E.光伏虚拟同步机PV-VSG(PhotovoltaicVirtualSynchronousGenerator)发电系统的外环控制采用VSG功率控制器，内环控制采用双闭环；F.确定PV-VSG的惯性及阻尼参数Dp。所述步骤B中追踪光伏电池最大功率点Pm的条件下输出功率P与输出电压U之间的初始判别关系是根据光伏阵列输出特性P-U曲线是单峰值曲线的条件dP/dU＝0确定；对功率dP求其对输出电流I和输出电压U的全微分可得电导增量法最大功率点Pm处满足的关系式为：I+U·dI/dU＝0。所述步骤C中系统旋转备用容量的选择标准为光伏阵列最大输出容量的10％，且由光伏电池自身提供，故将光伏阵列输出特性P-U曲线上功率跟踪点变更为P-U曲线上行线的0.9Pm处。根据外界环境与光伏阵列输出特性间的关系，采用隐式曲线拟合法确定0.9Pm处P-U曲线斜率kP-U＝f(S,T)，T为在任意光照强度S及环境温度Tair下的光伏电池温度；此时功率跟踪点变更为P-U曲线上行线的0.9Pm处需满足的条件为：当I+U·dI/dU-kP-U>0时，工作点在系统实际发电负荷的最大功率点Pm左侧，则需正向扰动；当I+U·dI/dU-kP-U＝0时，工作点为系统实际发电负荷的最大功率点Pm；当I+U·dI/dU-kP-U<0时，工作点在系统实际发电负荷的最大功率点Pm右侧，则需负向扰动。所述PV-VSG发电系统的控制分两大部分：外环的VSG功率控制器，要求实现逆变器的功率精确分配；内环的电压跟踪器，要求具有很好的跟踪性和抗扰性。所述外环的VSG功率控制器的惯性时间常数H决定了其动态响应过程中的振荡频率，取值范围为1以下，而阻尼参数Dp决定了其振荡衰减的速率，取值范围为2到10。本专利技术的有益效果是解决了传统的分布式电源依赖储能提供旋转备用容量的成本高、占地大、系统繁琐等问题，同时还实现了电力电子逆变器在并网过程中对系统提供必要的惯性和阻尼支持。本专利技术实现了以下技术效果。1.基于光伏发电系统大范围出现的弃光现象，本专利技术提出了以自身容量作为等效旋转备用容量的方法，改善弃光问题的同时，解决了传统的分布式电源必须依赖储能的成本高、占地大、系统繁琐等问题，实现了分布式电源并网的经济化和高效化。2.具有旋转备用容量的改进电导增量法可以适应静态和动态环境变化，在预留光伏阵列输出最大功率的10％作为旋转备用容量后，实现实际发电负荷的最大功率点跟踪。3.在PV-VSG功率控制器中对惯性和阻尼参数进行整定，所设计的控制策略可实现对同步发电机的机械惯性、调频器和励磁控制器特性的模拟。同时在并网过程中，该控制策略能为系统提供必要的惯性和阻尼支持，并网特性良好。附图说明图1为光伏电池等效电路图。图2为具有旋转备用容量的改进MPPT结构示意图。图3为PV-VSG逆变器整体结构示意图。图4为光伏阵列输出特性曲线示意图。图5为本专利技术具体实施方式中具有旋转备用容量的MPPT算法及其PV-VSG发电系统的并网策略设计流程示意图。具体实施方式本专利技术提出一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，下面结合附图，对本专利技术作详细说明。为了介绍本专利技术的技术方案，首先对本专利技术的原理进行说明。本专利技术中用到的参数含义为：Iout为光伏电池输出电流，IL为光伏电池内部光生电流，Id为二极管正向电流，Rsh为旁路电阻，RS为串联电阻，ISC为短路电流，VOC为开路电压，Im为最大输出电流，Um为最大输出电压，α为短路电流温度系数，β为开路电压温度系数，ω为VSG角速度，δ为VSG功角，J为VSG转动惯量，ω0为电网同步角速度，Tm、Te和Td分别为机械、电磁和阻尼转矩，P为实际分布式电源输出的有功功率，Dp为与阻尼转矩对应的阻尼参数。现有的MPPT控制策略在有储能的微电网中应用广泛，但考虑到储能设备成本高、占地面积大等问题，因此本专利技术针对无储能的分布式电源DG(DistributedGeneration)并网系统稳定性问题，提出一种具有旋转备用容量的MPPT控制策略。选取光伏阵列最大输出功率的10％作为DG的旋转备用容量，随后根据光伏阵列输出特性对电导增量法进行改进，从而实现实时追踪系统实际发电负荷的最大功率点。同时，参与DG并网的电力电子设备大多采用数字电路进行控制，暂态响应速度快，且几乎没有惯性，也不参与电网的调频和调压，难以像同步发电机那样独立自治运行，大量接入会严重影响电力系统的稳定性及动态响应。因此，本专利技术建立具有旋转备用容量的MPPT算法及其虚拟同步机逆变器(PV-VSG)的光伏并网模型。在光伏阵列可具有旋转备用容量的基础上，将传统同步发电机惯性和阻尼引入逆变电源的控制算法中，使其具有参与微电网调压和调频的能力。其并网逆变器控制单元由两部分组成：VSG功率控制单元模拟同步发电机的机械惯性、调频器和励磁控制器等特性；双闭环电压跟踪器为电压电流双环控制，电压外环采用比例谐振控制器(PR)，通过在谐振频率处的增益为无穷大使时域基频量的跟踪误差为零；内电流环采用滤波电感电流作为反馈变量来调节输出电压，主要作用是提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：A.获取光伏电池性能参数，将光伏电池电路变换为等效电路；B.确定追踪光伏电池最大功率点的条件下输出功率P与输出电压U之间的初始判别关系；C.根据系统旋转备用容量的选择标准，变更功率跟踪点；D.根据外界环境与光伏阵列输出特性间的关系，确定系统具有旋转备用容量的条件下P与U之间的改进判别关系，进而确定改进的最大功率点跟踪MPPT算法；E.光伏虚拟同步机PV‑VSG发电系统的外环控制采用VSG功率控制器，内环控制采用双闭环；F.确定PV‑VSG的惯性及阻尼参数。

【技术特征摘要】
1.一种以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：A.获取光伏电池性能参数，将光伏电池电路变换为等效电路；B.确定追踪光伏电池最大功率点的条件下输出功率P与输出电压U之间的初始判别关系；C.根据系统旋转备用容量的选择标准，变更功率跟踪点；D.根据外界环境与光伏阵列输出特性间的关系，确定系统具有旋转备用容量的条件下P与U之间的改进判别关系，进而确定改进的最大功率点跟踪MPPT算法；E.光伏虚拟同步机PV-VSG发电系统的外环控制采用VSG功率控制器，内环控制采用双闭环；F.确定PV-VSG的惯性及阻尼参数。2.根据权利要求1所述以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述步骤B中追踪光伏电池最大功率点的条件下输出功率P与输出电压U之间的初始判别关系是根据光伏阵列输出特性P-U曲线是单峰值曲线的条件dP/dU＝0确定；对功率dP求其对输出电流I和输出电压U的全微分可得电导增量法最大功率点Pm处满足的关系式为：I+U·dI/dU＝0。3.根据权利要求1所述以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法，其特征在于，所述步骤C中系统旋转备用容量的选择标准为光伏阵列最大输出容量的10％，且由光伏电池自身提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，华天琪，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13