一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，在传统分布式电源并网逆变器控制系统的基础上，增加一个本地电压控制器，当电网电压有效值US在过电压设定值US.up和欠电压设定值US.low之间时，本地电压控制器输出的无功功率指令值为零，即分布式电源工作于单位功率因数方式；当电网电压有效值US低于欠电压设定值US.low时，本地电压控制器输出适量的容性无功功率指令值，通过并网逆变器可抬升电网电压；当电网电压有效值US高于过电压设定值US.up时，本地电压控制器输出适量的感性无功功率指令值，通过并网逆变器可降低电网电压。本地电压控制器的引入使得分布式电源可以自主参与本地电网电压的调节，提高本地电网电压的合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法
本专利技术属于电气工程领域，具体涉及一种基于分布式电源并网逆变器的分布式电源接入点的电网电压的控制方法。
技术介绍
分布式电源接入中低压配电线路，理所当然地改变了馈线的潮流分布，甚至改变了馈线的潮流方向，这种潮流变化影响着线路的稳态电压分布。一方面，分布式电源的合理配置对馈线各点电压具有支撑作用，有利于提高电压质量和电压合格率；另一方面，分布式电源的无序无约束安装与运行也可能导致馈线上某些节点出现过电压，降低了电网的电压质量。分布式电源的主要任务是发电并网，并充分最大化利用当时的可再生资源。因此，目前并网运行的分布式电源基本上都工作于单位功率因数方式，仅向电网输出有功功率，而不输出无功功率。但是，分布式电源并网逆变器具有向电网提供无功功率的能力，并利用这种能力可以有效改善配电网的电压分布。在配电网中接入分布式电源，若允许分布式电源工作于非单位功率因数模式，则分布式电源输出的无功功率对馈线上各节点电压具有一定的调节作用。理论分析表明，分布式电源输出的无功功率越大、分布式电源的安装位置越接近线路末端，分布式电源对馈线电压的调节作用就越强。由于分布式电源只能向电网发出有功功率，但可以向电网发出无功功率(容性，为正)或从电网吸收无功功率(感性，为负)，因此分布式电源仅工作于两象限下，如图1a至图1d所示，分布式电源的有功功率与负荷相反，具有补偿负荷有功在线路上产生的压降的作用；分布式电源的无功功率既可像负荷一样增大线路上的电压降，也可以像补偿设备一样减小负荷引起的线路压降或压升。这为利用分布式电源并网逆变器的输出无功功率调节分布式电源本地电压提供了理论基础。分布式电源并网逆变器可以独立控制两个变量，并网有功功率(对应于并网有功电流分量)和并网无功功率(对应于并网无功电流分量)，如图2所示。有功功率控制可工作于最大功率点跟踪(MPPT)方式或来自上级调度设定值的定有功功率方式；无功功率控制则可工作于定功率因数方式(单位功率因数是其中的一个特例)或来自上级调度设定值的定无功功率方式。图2给出了一种分布式电源并网逆变器的主电路结构及其控制系统框图，其中有功功率控制环路工作于MPPT方式，无功功率控制环路工作于单位功率因数或零无功功率方式。显然，分布式电源的输出无功功率不随本地电压按照某种规律而变化，即分布式电源不具备本地电压自动调节的能力。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，使得分布式电源可以自主参与本地电网电压的调节，提高本地电网电压的合格率。为达到上述目的，本专利技术所述一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，是在分布式电源并网逆变器控制系统的输入端连接本地电压控制器，当电网电压有效值US在过电压设定值US.up和欠电压设定值US.low之间时，本地电压控制器输出的无功功率指令值为零，使分布式电源工作于单位功率因数方式；当电网电压有效值US低于欠电压设定值US.low时，本地电压控制器输出适量的容性无功功率指令值，通过并网逆变器抬升电网电压，使电压不低于欠电压设定值US.low；当电网电压有效值US高于过电压设定值US.up时，本地电压控制器输出适量的感性无功功率指令值，通过并网逆变器降低电网电压，使电压不高于过电压设定值US.up；其中，US.up≥US.low。进一步的，本地电压控制器按照以下步骤进行电压调节处理：步骤1、读取分布式电源并网逆变器当前输出的有功功率PDG和并网逆变器的额定电流IDG.N；步骤2、检测分布式电源接入点的当前电网电压，并计算出电网电压有效值US；步骤3、按照下式计算分布式电源并网逆变器当前可输出的最大无功功率QDG.max的绝对值，上式中，IDG.P为分布式电源当前输出的有功电流分量，与分布式电源当前输出的有功功率PDG相对应；IDG.Q为分布式电源当前可输出的最大无功电流分量，它决定了分布式电源并网逆变器当前可输出的最大无功功率；步骤4、根据检测得到的当前电网电压US和预先设定的欠电压设定值US.low，通过欠压调节器按照比例积分调节规律进行运算后输出欠电压补偿所需的无功功率QDG.1；步骤5、根据检测得到的当前电网电压US和预先设定的过电压设定值US.up，通过过压调节器按照比例积分调节规律进行运算后输出过电压补偿所需的无功功率QDG.2；步骤6、对欠压调节器输出的无功功率QDG.1经过第一限幅环节进行正向限幅处理后得到QDG.3，同时对过压调节器输出的无功功率QDG.2经过第二限幅环节进行负向限幅处理后得到QDG.4，QDG.3和QDG.4之和为本地电压控制器输出的无功功率指令值Qref。进一步的，按照下式对QDG.1进行限幅处理，进一步的，按照下式对QDG.2进行限幅处理，进一步的，欠压调节器和过压调节器均采用比例积分调节规律。进一步的，本地电压控制的方式为嵌入式，即将本地电压控制器嵌入到分布式电源并网逆变器的控制系统之中。进一步的，本地电压控制的方式为外置式，即本地电压控制器置于分布式电源并网逆变器之外，所述本地电压控制器通过通信方式与分布式电源并网逆变器控制系统连接，并从分布式电源并网逆变器控制系统接收当前电网电压，经过本地电压控制器处理后，向分布式电源并网逆变器控制系统回送无功功率指令值。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果，本专利技术根据分布式电源接入点的电网电压，按照设定的控制规律对分布式电源输出的无功电流指令进行调整，并利用分布式电源并网逆变器的剩余能力，自动调节本地电压，维持本地电压在合理的运行范围内。在不额外增加补偿设备的情况下，利用分布式电源并网逆变器有功出力之外的剩余能力，改善分布式电源接入点的电网电压质量，提高用电设备的用电效率和供电可靠性。附图说明图1a为负荷的四象限功率特性；图1b为补偿设备四象限功率特性；图1c为综合负荷四象限功率特性；图1d为分布式电源四象限功率特性；图2是分布式电源并网逆变器的现有控制方式原理图(以光伏发电并网逆变器为例)；图3是本专利技术提出的分布式电源并网逆变器的含本地电压控制功能的控制方式原理图(以光伏发电并网逆变器为例)；图4是以发电量最大并兼顾调压的本地电压控制方法原理框图；图5a为内嵌式本地电压控制结构示意图；图5b为外置式本地电压控制结构示意图；图6为应用本地电压控制策略的配电系统仿真示例结构图；图7a为分布式电源不采用本地电压控制策略时配电系统在重载、正常负荷和轻载三种不同场景下的负荷功率(PL+jQL)变化情况示意图；图7b为分布式电源不采用本地电压控制策略时配电系统在重载、正常负荷和轻载三种不同场景下的PV分布式电源输出功率(PPV+jQPV)变化情况示意图；图7c为分布式电源不采用本地电压控制策略时配电系统在重载、正常负荷和轻载三种不同场景下的本地电压(U)变化情况示意图；图8a为分布式电源采用本地电压控制策略后配电系统在重载、正常负荷和轻载三种不同场景下的负荷功率(PL+jQL)变化情况示意图；图8b为分布式电源采用本地电压控制策略后配电系统在重载、正常负荷和轻载三种不同场景下的PV分布式电源输出功率(PPV+jQPV)变化情况示意图；图8c为分布式电源采用本地电压控制策略后配电系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，其特征在于，在分布式电源并网逆变器控制系统的输入端连接本地电压控制器，当电网电压有效值US在过电压设定值US.up和欠电压设定值US.low之间时，本地电压控制器输出的无功功率指令值为零，使分布式电源工作于单位功率因数方式；当电网电压有效值US低于欠电压设定值US.low时，本地电压控制器输出容性无功功率指令值，通过并网逆变器抬升电网电压，使电压不低于欠电压设定值US.low；当电网电压有效值US高于过电压设定值US.up时，本地电压控制器输出感性无功功率指令值，通过并网逆变器降低电网电压，使电压不高于过电压设定值US.up；其中，US.up≥US.low。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，其特征在于，在分布式电源并网逆变器控制系统的输入端连接本地电压控制器，当电网电压有效值US在过电压设定值US.up和欠电压设定值US.low之间时，本地电压控制器输出的无功功率指令值为零，使分布式电源工作于单位功率因数方式；当电网电压有效值US低于欠电压设定值US.low时，本地电压控制器输出容性无功功率指令值，通过并网逆变器抬升电网电压，使电压不低于欠电压设定值US.low；当电网电压有效值US高于过电压设定值US.up时，本地电压控制器输出感性无功功率指令值，通过并网逆变器降低电网电压，使电压不高于过电压设定值US.up；其中，US.up≥US.low。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式电源并网逆变器的本地电压控制方法，其特征在于，本地电压控制器按照以下步骤进行电压调节处理：步骤1、读取分布式电源并网逆变器当前输出的有功功率PDG和并网逆变器的额定电流IDG.N；步骤2、检测分布式电源接入点的当前电网电压，并计算出电网电压有效值US；步骤3、按照下式计算分布式电源并网逆变器当前可输出的最大无功功率QDG.max的绝对值，上式中，IDG.P为分布式电源当前输出的有功电流分量，与分布式电源当前输出的有功功率PDG相对应；IDG.Q为分布式电源当前可输出的最大无功电流分量，它决定了分布式电源并网逆变器当前可输出的最大无功功率；步骤4、根据检测得到的当前电网电压US和预先设定的欠电压设定值US.low，通过欠压调节器(1)按照比例积分调节规律进行运算后输出欠电压补偿所需的...

【专利技术属性】
技术研发人员：锁军，邓俊，彭书涛，张小庆，同向前，钟明航，李小腾，刘坤雄，夏楠，李俊臣，贺瀚青，张青蕾，王楷，金吉良，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61