一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，包括步骤：建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程；将单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化；根据单个光伏电源点逆变器输出有功、无功简化方程，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程；对下垂无功补偿系数进行改进，根据压差自动调节下垂系数，得到新型下垂无功补偿系数；把新型下垂无功补偿系数应用于下垂无功补偿控制方程中，达到提高光伏微网下垂无功补偿控制动态性能的方目的。本发明专利技术将定下垂系数修改为新型动态下垂系数，该新型动态下垂系数是根据电压偏差自动调整，减少无功补偿范围，降低对系统的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法
本专利技术涉及一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，用以减少光伏微网并网逆变器无功补偿调节范围，进而减少电压偏差，提高光伏微网动态性能和供电可靠性，提高光伏微网中各个电源点的利用率的方法。
技术介绍
在光伏构成的交流微网系统中，逆变装置通过公共连接点与大电网相连，通常采用下垂控制来维持光伏电源点的功率平衡和电压稳定，其中电压稳定通过无功补偿来实现。在光伏微网实际系统中，电压调节过大会引起电气设备脱网。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统下垂无功调节过程中存在的无功增减幅度过大引起电压大范围问题，提供一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法。该方法通过构建光伏电源点戴维南等效模型，建立光伏微网功率数学表达式。为了实现并网逆变器无功补偿控制，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程。本专利技术将定下垂系数修改为新型动态下垂系数，该新型动态下垂系数是根据电压偏差自动调整，减少无功补偿范围，降低对系统的影响。本专利技术采取如下技术方案来实现的：一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，包括以下步骤：1)建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程；2)将步骤1)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化；3)根据步骤2)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功简化方程，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程；4)对步骤3)中下垂无功补偿系数进行改进，根据压差自动调节下垂系数，得到新型下垂无功补偿系数；5)把步骤4)新型下垂无功补偿系数应用于下垂无功补偿控制方程中，达到提高光伏微网下垂无功补偿控制动态性能的方目的。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程为：其中：Pi为光伏逆变器输出有功功率；Qi为光伏逆变器输出无功功率；Ui为光伏逆变器输出电压；U0为负载阻抗两端电压；δi为功角；Zi＝Ri+JXi为线路等效阻抗；Ri为线路电阻；Xi为线路感抗。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：将步骤1)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化：这是因为光伏微网中，光伏电源等效输电线路阻抗呈阻性，即Ri＞＞Xi，Ri≈Zi，Xi≈0，功角δi→0。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤2)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功简化方程，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程：Ui＝U0-nQi，其中：Ui是被控逆变器输出电压幅值；U0是空载输出电压幅值参考值；n是无功功率下垂系数；Qi是负载分配的无功功率。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：对步骤3)中下垂无功补偿系数进行改进，根据压差自动调节下垂系数，得到新型下垂无功补偿系数为：其中：ni为新型下垂无功补偿系数；Umax、Umin为电压幅值的阈值上限、下限；其他与上式定义相同；当U-U0＞0，即调节电压为正时，分子系数选择Umax-U0；当U-U0≤0，即调节电压为负时，选择Umin-U0；当面对U1→U2的电压调节目标，线性下垂无功补偿控制无功调节量为ΔQ1。本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：把步骤4)新型下垂无功补偿系数应用于下垂无功补偿控制方程中，建立新型下垂无功补偿控制方程：Ui＝U0-niQi，达到提高光伏微网下垂无功补偿控制动态性能的目的。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：本专利技术在光伏微网下垂无功补偿控制中，将定下垂系数用新型动态下垂系数代替，根据电压偏差自动调整下垂系数，缩小无功补偿范围缩小，通过仿真验证新型下垂无功补偿控制可以减少电压调节量，电压调节能够维持在设定的小偏移量范围内，消除稳态电压偏差，提高了光伏微网中各个电源点的利用率。附图说明图1为光伏微网拓扑图；图2为双光伏电源点微网戴维南等效电路图；图3为线性下垂无功补偿示意图；图4为下垂控制曲线对比图；图5为采用新型下垂控制的光伏微网控制框图；图6为系统无功增加，采用传统下垂无功补偿控制的无功分配仿真波形；图7为系统无功增加，采用新型下垂无功补偿控制的无功分配仿真波形。具体实施方式下面通过附图，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，含有两个光伏电源点(简化)的光伏微网拓扑结构中：光伏电源点为光伏阵列；Rn+jXn为等效线路阻抗；逆变装置通过公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)与大电网和负载相连。如图2所示，包含两个光伏电源点的光伏微网戴维南等效电路图中：U1∠δ1、U2∠δ2为光伏电源点1、光伏电源点2并网逆变器输出电压；P1、P2、Q1、Q2为光伏电源点1、光伏电源点2并网逆变器输出有功功率、无功功率；U0∠0为负载阻抗端电压；Zload为负荷等效阻抗。单个光伏电源点逆变器输出P、Q为：在光伏微网中，光伏电源点等效输电线路阻抗呈阻性(Ri＞＞Xi，Ri≈Zi，Xi≈0，功角δi→0)，则上式可简化为：如图3所示，线性下垂控制是一种有差调节，由式(2)可知，光伏微网单个光伏电源点逆变器输出有功与功角有关，输出无功与电压有关。为了实现并网逆变器无功补偿控制，通过模拟同步发电机下垂外特性实现下垂无功补偿控制，控制方程为：Ui＝U0-nQi(3)式中：Ui是被控逆变器输出电压幅值；U0是空载输出电压幅值参考值；n是无功功率下垂系数；Qi是负载分配的无功功率。如图4所示，本专利技术针对线性下垂无功补偿控制中，下垂系数k为定值，无功补偿与电压调节成线性关系，在光伏微网实际系统中，一些电气设备对于电压波动较为敏感，当电压大范围调节时，极易造成设备脱网问题。本专利技术提出一种新型下垂控制方案，自动调节下垂系数来减少无功补偿范围，新型下垂系数可表示为：式中：ni为新型下垂无功补偿系数；Umax、Umin为电压幅值的阈值上限、下限；其他与上式定义相同。当U-U0＞0，即调节电压为正时，分子系数选择Umax-U0；当U-U0≤0，即调节电压为负时，选择Umin-U0。当面对U1→U2的电压调节目标，线性下垂无功补偿控制无功调节量为ΔQ1。而采用本文所提的新型下垂无功补偿控制，无功补偿下垂系数ni随着当前电压与目标电压差值变化而实时变化，面对同样电压调节，无功调节量为ΔQ2(ΔQ2＜ΔQ1)，无功补偿范围缩小，对系统影响更少。如图5所示，为了验证本专利技术所提新型下垂无功补偿控制方案的有效性。在Matlab/Simulink下搭建含有两个光伏电源点的光伏微网仿真模型，将本专利技术所提动态无功补偿下垂系数引入光伏微网并网逆变器下垂控制中，仿真参数如下表。表1光伏微网线路参数如图6所示，在0.6s时刻PCC发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程；/n2)将步骤1)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化；/n3)根据步骤2)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功简化方程，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程；/n4)对步骤3)中下垂无功补偿系数进行改进，根据压差自动调节下垂系数，得到新型下垂无功补偿系数；/n5)把步骤4)新型下垂无功补偿系数应用于下垂无功补偿控制方程中，达到提高光伏微网下垂无功补偿控制动态性能的方目的。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程；
2)将步骤1)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化；
3)根据步骤2)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功简化方程，模拟同步发电机下垂外特性建立下垂无功补偿控制方程；
4)对步骤3)中下垂无功补偿系数进行改进，根据压差自动调节下垂系数，得到新型下垂无功补偿系数；
5)把步骤4)新型下垂无功补偿系数应用于下垂无功补偿控制方程中，达到提高光伏微网下垂无功补偿控制动态性能的方目的。


2.根据权利要求1所述的一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，其特征在于，步骤1)中，建立单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程为：



其中：Pi为光伏逆变器输出有功功率；Qi为光伏逆变器输出无功功率；Ui为光伏逆变器输出电压；U0为负载阻抗两端电压；δi为功角；Zi＝Ri+JXi为线路等效阻抗；Ri为线路电阻；Xi为线路感抗。


3.根据权利要求2所述的一种利用新型下垂无功补偿控制提高光伏微网动态性能的方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：将步骤1)单个光伏电源点逆变器输出有功、无功方程进行简化：这是因为光伏微网中，光伏电源等效输电线路阻抗呈阻性，即Ri＞＞Xi，Ri≈Zi，Xi≈0，功角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志鹏，杨沛豪，寇水潮，薛磊，贺婷，赵俊博，姜宁，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61