一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法技术方案

本申请属于光伏发电控制技术领域，涉及一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法。在光伏直流升压汇集系统中，与光伏阵列对应的多个直流升压组合变换器输出端串联在一起，达到进一步升压的目的。由于光照不均匀，组合变换器存在过压或欠压问题，导致其不能正常运行或不能最大化功率输出。本申请通过优化串联组合变换器个数并计算组合变换器的最优输出电压，在最优输出电压越限时通过一次子模块投切控制一次性快速调控组合变换器输出电压调节裕度范围，在均匀与不均匀光照条件下均能使各组合变换器工作于最大功率输出模式，避免组合变换器因输出电压限幅造成光伏发电功率损失，有利于最大化光伏发电输出。

A coordinated control method of combined converter in photovoltaic DC boost collection system

【技术实现步骤摘要】
一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法
本申请涉及光伏发电控制
，尤其涉及一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法。
技术介绍
随着光伏电站规模越来越大，传统的交流汇集方式系统谐波谐振、无功传输问题日益突出，它不仅严重限制光伏电站的输送能力，还会影响光伏电站与电力系统的稳定运行。光伏直流升压汇集系统不存在交流升压汇集系统固有的功角稳定或谐波谐振等稳定性问题，且光伏发电单元本身输出的直流电经过直流升压汇集后再进行传输，无需中间的直流-交流变换环节，同样电压等级下输送能力更强，损耗更小，具有更加可观的经济效益。大功率、大容量、高变比的直流升压变换器是光伏电站直流升压汇集的关键设备。该直流升压变换器一般为采用多个子模块进行串并联形成的组合变换器。通过串并联，降低了组合变换器中每个子模块承担的电流和电压，从而提高了组合变换器整体的功率及电压等级。多个光伏阵列通过多个组合变换器分别升压，之后再分别串联各个组合变换器的输出端，进一步提升输出电压，以满足高压大容量并网的需求，还可以避免单个组合变换器子模块个数过多导致难以控制及可靠性下降的问题。然而上述这种结构在不均匀光照下会造成光伏阵列间功率失衡，导致组合变换器分压不均而超出正常工作范围，影响系统的稳定运行。当前主要的解决方法是将分压较高或较低的组合变换器的控制方式由最大功率跟踪模式变为输出电压限幅控制模式，将输出电压控制在工作范围之内。该方法的弊端是以牺牲光伏发电量输出为代价。由于实际中不均匀光照为常态，该方法的经济性较差。因此，如何协调控制各组光伏阵列的组合变换器是一个亟需解决的关键问题。
技术实现思路
本申请提供了一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法，以解决当前光伏直流升压汇集系统中存在的功率失衡、稳定性和经济性差的问题。本申请采用的技术方案如下：一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法，包括以下步骤：S1001，设每个直流升压组合变换器在额定工况运行时包含M个运行中的子模块,根据光伏阵列的最佳工作电压UPV,Op以及子模块控制脉冲的占空比D,DMIN≤D≤DMAX，根据下式计算得到组合变换器额定运行时的最小临界输出电压UMin与最大临界输出电压UMax：式中，M为额定运行时每个组合变换器中运行的子模块的数量,n为子模块高频变压器变比，UPV,Op为光伏阵列的最佳工作电压；S1002，根据所并入直流电网的直流电压Vs,由下式确定额定运行时光伏直流升压汇集系统中输出端串联在一起的组合变换器最优数目N，使得每个组合变换器输出电压向上及向下均有相同的最大调节裕度：N＝round(Vs/UAvg)式中，round()为四舍五入取整运算，Vs为光伏直流升压汇集系统所并入直流电网的电压，UAvg为组合变换器的最小临界输出电压UMin与最大临界输出电压UMax的算术平均值；S1003，根据每组光伏阵列的光照、温度，查表得到该光伏阵列的最优输出功率Pj(j＝1,2…N)，按下式分别计算各组合变换器输出最优功率时的最优输出电压UOp,j：式中，Vs为光伏直流升压汇集系统所并入直流电网的电压；S1004，计算各组合变换器当前最小临界输出电压Udc,j,Min与最大临界输出电压Udc,j,Max：式中，xj为第j个组合变换器当前运行中的子模块个数，UPV,j为第j个光伏阵列当前的工作电压；S1005，判断UOp,j是否满足Udc,j,Min≤UOp,j≤Udc,j,Max(j＝1,2…N)：如果满足，则各个组合变换器均正常工作并输出最优功率；如果UOp,j<Udc,j,Min，此时切出组合变换器j中的k-,j个子模块，k-,j由下式计算得到：式中xj为第j个组合变换器当前运行中的子模块个数，ceil()为向上取整运算,k-,j为第j个组合变换器切除的子模块个数，k-,j<xj≤M；如果UOp,j>Udc,j,Max，此时为组合变换器j投入k+,j个子模块，k+,j由下式计算得到：式中xj为第j个组合变换器当前运行中的子模块个数，ceil()为向上取整运算,k+,j为第j个组合变换器新投入的子模块个数，k+,j≤k,k为组合变换器备用子模块个数。可选的，所述子模块由输入滤波电容、升压电感、含反并联二极管的功率开关、变比为n的高频变压器T、整流二极管、输出滤波电容以及软开关支路组成。可选的，所述子模块中包括4个含反并联二极管的功率开关以及4个整流二极管。可选的，所述每组光伏阵列中的组合变换器的各子模块采用相同的占空比D,得出第j个组合变换器的理论输出电压Udc，j：式中，UPV,j为第j个光伏阵列的工作电压，D为子模块功率开关管控制脉冲的占空比D，n为子模块高频变压器变比，xj为组合变换器j中运行的子模块数量。可选的，所述占空比D的取值为0.51≤D≤0.8。可选的，根据步骤S1001和S1002，确定N值后，每间隔预设时间t，执行所述步骤S1003、所述步骤S1004以及所述步骤S1005一次。采用本申请的技术方案的有益效果如下：本申请公开的一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法，通过判断组合变换器的输出电压，不仅在均匀光照下能稳定地高效运行，即使在光照不均匀的条件下，通过切入切出组合变换器中的子模块，在满足最大输出功率的情况下，提供一个适应电压输出的电压调节裕度范围，从而保证各组合变换器依然工作于最大功率跟踪模式，避免组合变换器因输出电压限幅造成光伏发电功率损失，最大化光伏发电输出。本申请能实现以下两方面的效果：(1)将组合变换器输出电压可调范围的中间值设定为组合变换器的正常工作电压，从而使得组合变换器输出电压向上及向下调节都具备相同的裕度，解决轻度光照不均条件下多个光伏阵列轻度功率失衡造成的组合变换器分压不均问题，同时保证组合变换器输出功率最大化；(2)组合变换器在最大功率输出情况下的分压值超出其输出电压调节范围时，额外投入该组合变换器的备用子模块或切出该组合变换器运行中的子模块，从而改变组合变换器的输出电压调节范围以匹配该分压值，解决光伏阵列间严重功率失衡导致的组合变换器承担输出电压超出实际可调范围而不能正常运行的问题，同时保证组合变换器输出功率最大化。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请的应用场景结构示意图；图2为本申请的实施例的流程图。具体实施方式下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1001，设每个直流升压组合变换器在额定工况运行时包含M个运行中的子模块,根据光伏阵列的最佳工作电压U

【技术特征摘要】
1.一种光伏直流升压汇集系统中组合变换器的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1001，设每个直流升压组合变换器在额定工况运行时包含M个运行中的子模块,根据光伏阵列的最佳工作电压UPV,Op以及子模块控制脉冲的占空比D,DMIN≤D≤DMAX，根据下式计算得到组合变换器额定运行时的最小临界输出电压UMin与最大临界输出电压UMax：



式中，M为额定运行时每个组合变换器中运行的子模块的数量,n为子模块高频变压器变比，UPV,Op为光伏阵列的最佳工作电压；
S1002，根据所并入直流电网的直流电压Vs,由下式确定额定运行时光伏直流升压汇集系统中输出端串联在一起的组合变换器最优数目N，使得每个组合变换器输出电压向上及向下均有相同的最大调节裕度：
N＝round(Vs/UAvg)
式中，round()为四舍五入取整运算，Vs为光伏直流升压汇集系统所并入直流电网的电压，UAvg为组合变换器的最小临界输出电压UMin与最大临界输出电压UMax的算术平均值；
S1003，根据每组光伏阵列的光照、温度，查表得到该光伏阵列的最优输出功率Pj(j＝1,2…N)，按下式分别计算各组合变换器输出最优功率时的最优输出电压UOp,j：



式中，Vs为光伏直流升压汇集系统所并入直流电网的电压；
S1004，计算各组合变换器当前最小临界输出电压Udc,j,Min与最大临界输出电压Udc,j,Max：



式中，xj为第j个组合变换器当前运行中的子模块个数，UPV,j为第j个光伏阵列当前的工作电压；
S1005，判断UOp,j是否满足Udc,j,Min≤UOp,j≤Udc,j,Max(j＝1,2…N)：
如果满足，则各个组合变换器均正常工作并输出最优功率；
如果UOp,j<Udc,j,Min，此时切出组合变换器j中的k-,j个子模块，k-,j由下式计...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚鑫泽，刘强，李胜男，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53