一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法，包括以下步骤：检测光伏并网逆变器工作在最大功率跟踪点时所述光伏并网逆变器交流侧的输出电流和输出电压；检测光伏并网逆变器的剩余容量，对不同次谐波有功功率流向的判定并制定补偿策略；根据所述光伏并网逆变器的剩余容量自适应地输出待补偿分量开关通断信号；利用重复双闭环控制器根据所述开关通断信号实现精细化谐波补偿。本发明专利技术根据外界光照变化动态跟踪逆变器剩余容量，能够有效降低光伏逆变器的补偿成本，并实现了对光伏并网逆变器有限剩余容量充分利用的同时最大程度的降低网侧谐波畸变率。

An adaptive fine harmonic compensation method and device based on grid connected photovoltaic system

The invention discloses an adaptive fine harmonic compensation method based on photovoltaic grid-connected system, which comprises the following steps: detecting the output current and output voltage of the AC side of the photovoltaic grid-connected inverter when the photovoltaic grid-connected inverter works at the maximum power tracking point; detecting the residual capacity of the photovoltaic grid-connected inverter for different times The flow direction of harmonic active power is determined and the compensation strategy is formulated; the on-off signal of the component to be compensated is output adaptively according to the residual capacity of the photovoltaic grid-connected inverter; and the fine harmonic compensation is realized by using the repetitive double closed-loop controller according to the on-off signal of the switch. The invention can track the residual capacity of the inverter dynamically according to the change of external light, effectively reduce the compensation cost of the photovoltaic inverter, and realize the full utilization of the limited residual capacity of the photovoltaic grid-connected inverter while minimizing the harmonic distortion rate of the grid side.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法及装置
本专利技术涉及光伏并网发电系统领域，具体涉及一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法。
技术介绍
光伏并网发电系统作为新能源典型应用，可见于我国各大城市甚至于偏远地区。光伏并网发电装置一般工作在白天阳光照射充足的时候，在夜晚一般会在电网隔离断开。这样频繁多次投切光伏并网装置不利于设备的工作，同时也会带来较大的开关损耗，也不利于电网稳定运行，在工业实际运用中，如果在一个系统同时采用两种装置，经济成本相对较高，不利用大规模推广工业化。实际上，这样的光伏并网系统逆变器的容量并没有得到完全的利用，很大一部分时间都处于闲置。因此，利用光伏发电系统在光照并不充分时剩余的光伏逆变器容量，进行对电网的电能质量进行治理，前景十分光明。现有技术对于基于光伏发电并网系统的剩余容量的研究，主要聚焦于利用光伏系统的逆变器进行谐波补偿或者是无功补偿，以及对应跟踪电流机制和控制策略的研究。目前来说，没有现有技术研究当目前剩余容量无法满足补偿所有次谐波时，实时根据动态变化的剩余容量针对性地调整补偿方案，只补偿对于网侧造成污染的谐波分量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法。本专利技术采用以下技术方案：一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法，包括：S1.光伏系统中的最大功率跟踪MPPT控制器根据外接光照环境调整光伏逆变器的输出电流以及输出电压，确保所述光伏并网逆变器工作在最大功率跟踪点，并检测此时所述光伏并网逆变器交流侧的输出电流和输出电压；S2.根据不同光照强度下所述光伏并网逆变器的输出功率，确定所述光伏并网逆变器的剩余容量，同时检测不同次谐波分量的有功分量和非有功分量，判定不同次谐波有功功率流向，确定对不同次谐波分量是只进行非有功分量补偿还是进行全补偿；S3.根据所述光伏并网逆变器的剩余容量自适应地输出非线性负载贡献或者背景谐波电压贡献的不同次谐波分量的待补偿分量开关通断信号；S4.重复双闭环控制器根据所述开关通断信号输出待补偿谐波分量的指令信号，并叠加上并网电流指令信号和直流侧电压误差信号，通过SPWM脉宽调制输出补偿电流以及并网电流。进一步，采用基于变步长电导增量法结合积分调节器的MPPT控制算法来获取所述最大功率跟踪点。进一步，所述变步长电导增量法是根据功率对电压的导数大小调整寻优步长，获取最大功率跟踪点；所述积分调节器的MPPT控制算法是指找寻到最优的占空比进一步确保获取到最大功率跟踪点。进一步，当所述光伏并网逆变器的电流剩余容量大于所有次谐波电流分量的有效值的平均值时，所述光伏并网逆变器对所有次谐波分量进行全补偿；当所述光伏并网逆变器的电流剩余容量小于所有次谐波电流分量的有效值的平均值时，根据不同次谐波分量是否对于网侧馈线电网造成影响来针对性的进行谐波分量的补偿。进一步，所述根据不同次谐波分量是否对于网侧馈线电网造成影响来针对性的进行谐波分量的补偿包括：当不同次谐波有功功率Pkh＞0时，对k次谐波分量优先补偿k次谐波的非有功分量；当不同次谐波有功功率Pkh＜0时，对k次谐波分量进行全部补偿。进一步，所述双闭环控制器是由PI控制作为内环、重复控制作为外环构成的。一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿装置，所述装置包括：光伏逆变器MPPT控制单元、双闭环电流控制单元、直流侧电压控制单元、正弦脉宽调制SPWM单元、自适应谐波精细化补偿判定单元。本专利技术的优点和有益效果在于：本专利技术一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法及装置，能够在外界光照发生变化时，准确计算不同时刻光伏并网逆变器的剩余容量，自适应地根据网侧馈线电流的谐波分量对于电网的影响制定谐波补偿策略。本专利技术根据外界光照变化动态跟踪逆变器剩余容量，能够有效降低光伏逆变器的补偿成本，并实现了对光伏并网逆变器有限剩余容量充分利用的同时最大程度的降低网侧谐波畸变率。附图说明图1为本专利技术的基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法的流程示意图；图2为本专利技术的带积分调节器的电导增量法结构示意图；图3为本专利技术的不同次谐波补偿模式示意图；图4为本专利技术的重复PI双闭环控制器结构示意图；图5为本专利技术的基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿装置的结构示意图；图6为本专利技术的自适应精细化补偿后网侧馈线电流以及逆变器输出电流波形图；图7为本专利技术的光伏逆变器输出有功功率和无功功率波形图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。图1是根据本专利技术实施例的基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法的流程示意图。参照图1，所述方法包括：S1.光伏系统中的最大功率跟踪MPPT控制器根据外接光照环境调整光伏逆变器的输出电流以及输出电压，确保所述光伏并网逆变器工作在最大功率跟踪点，并检测此时所述光伏并网逆变器交流侧的输出电流和输出电压；S2.根据不同光照强度下所述光伏并网逆变器的输出功率，确定所述光伏并网逆变器的剩余容量，同时检测不同次谐波分量的有功分量和非有功分量，判定不同次谐波有功功率流向，确定对不同次谐波分量是只进行非有功分量补偿还是进行全补偿；S3.根据所述光伏并网逆变器的剩余容量自适应地输出非线性负载贡献或者背景谐波电压贡献的不同次谐波分量的待补偿分量开关通断信号；S4.重复双闭环控制器根据所述开关通断信号输出待补偿谐波分量的指令信号，并叠加上并网电流指令信号和直流侧电压误差信号，通过SPWM脉宽调制输出补偿电流以及并网电流。上述步骤S1进一步包括：采用基于变步长电导增量法结合积分调节器的MPPT控制算法来获取所述最大功率跟踪点。变步长电导增量法是根据功率对电压的导数大小调整寻优步长，获取最大功率跟踪点；并且通过积分调节器的MPPT控制算法找寻到最优的占空比进一步确保获取到最大功率跟踪点。具体的基于变步长电导增量法结合积分调节器的MPPT控制算法如图2所示。在功率在峰值时，其对电压的导数为0，即有dP/dU＝0；在此之前，即曲线处于上升阶段时，dP/dU＞0，电压U小于最大功率点电压；dP/dU＜0，电压U不小于最大功率电压。假设Uk、Ik、Pk分别为光伏并网系统在t＝k时的输出电压、输出电流以及输出功率，D(k)为t＝k时占空比，N为变步长系数。变步长的算法如下：D(k)＝D(k-1)±N|dP/dU|根据dP/dU≈AP/ΔU，则有：D(k)＝D(k-1)±N|P(k)-P(k-1)/U(k)-U(k-1)|合理设置系数N，有利于加快达到最大功率点：当dP/dU值相对较大时，通过增加N系数，扩大步长；当dP/dU值相对较小时，通过减小N系数，进而提高跟踪的效率。上述步骤S2进一步包括：假定光伏并网逆变器的额定输出功率为S，其中光伏并网逆变器利用的并网发电有功容量为户，因此光伏并网逆变器的剩余容量主要用来补偿谐波电流，同时也可以把逆变器用来补偿谐波这部分功率看作谐波的无功功率。根据不同光照强度下所述光伏并网逆变器的输出功率，确定所述光伏并网逆变器的剩余容量为：其中，Uac表示逆变器交流侧输出电压。具体的自适应谐波补偿控制策略如下：Sh剩余容量充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法，其特征在于，所述方法包括：S1.光伏系统中的最大功率跟踪MPPT控制器根据外接光照环境调整光伏逆变器的输出电流以及输出电压，确保所述光伏并网逆变器工作在最大功率跟踪点，并检测此时所述光伏并网逆变器交流侧的输出电流和输出电压；S2.根据不同光照强度下所述光伏并网逆变器的输出功率，确定所述光伏并网逆变器的剩余容量，同时检测不同次谐波分量的有功分量和非有功分量，判定不同次谐波有功功率流向，确定对不同次谐波分量是只进行非有功分量补偿还是进行全补偿；S3.根据所述光伏并网逆变器的剩余容量自适应地输出非线性负载贡献或者背景谐波电压贡献的不同次谐波分量的待补偿分量开关通断信号；S4.重复双闭环控制器根据所述开关通断信号输出待补偿谐波分量的指令信号，并叠加上并网电流指令信号和直流侧电压误差信号，通过SPWM脉宽调制输出补偿电流以及并网电流。

【技术特征摘要】
1.一种基于光伏并网系统的自适应精细化谐波补偿方法，其特征在于，所述方法包括：S1.光伏系统中的最大功率跟踪MPPT控制器根据外接光照环境调整光伏逆变器的输出电流以及输出电压，确保所述光伏并网逆变器工作在最大功率跟踪点，并检测此时所述光伏并网逆变器交流侧的输出电流和输出电压；S2.根据不同光照强度下所述光伏并网逆变器的输出功率，确定所述光伏并网逆变器的剩余容量，同时检测不同次谐波分量的有功分量和非有功分量，判定不同次谐波有功功率流向，确定对不同次谐波分量是只进行非有功分量补偿还是进行全补偿；S3.根据所述光伏并网逆变器的剩余容量自适应地输出非线性负载贡献或者背景谐波电压贡献的不同次谐波分量的待补偿分量开关通断信号；S4.重复双闭环控制器根据所述开关通断信号输出待补偿谐波分量的指令信号，并叠加上并网电流指令信号和直流侧电压误差信号，通过SPWM脉宽调制输出补偿电流以及并网电流。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：采用基于变步长电导增量法结合积分调节器的MPPT控制算法来获取所述最大功率跟踪点。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变步长电导增量法是根据功率对电压的导数大小调整寻优步长，获取最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂宁，裘智峰，赵鑫涛，桂卫华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43