同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法技术

一种同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法，其特征在于，采用ｐａｒｋ变换将三相逆变器输出电流变换到旋转ｄｑ坐标上，实现对有功电流和无功电流的分离，通过分别控制有功电流和无功电流的大小和方向即实现将光伏电池的直流电变换成交流电，同时对本地电网进行无功功率补偿，当光伏电池有足够能量输出时，光伏并网发电和无功补偿同时实现，当光伏电池停止输出时，逆变器单独对电网进行无功补偿。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体是一种能同时实现光伏电池并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法。属于太阳能发电与电力电子

技术介绍
目前光生伏特的应用主要在三个方面直流供电，独立逆变交流供电和并网供电。考虑到目前大多数用电设备都是交流供电，因此将光伏阵列输出的直流电变换成交流电已经成为了该领域的一个研究重点。针对独立的小功率光伏系统，逆变器作为电流变换装置实现了PV阵列对交流设备的供电，从而使得光伏电池利用价值增大，且使用方便。随着光伏电池质量的提高，其发生功率和转换效率也大大提高，这就为大规模并网发电提供了可能。并网发电的关键在于将PV阵列产生的能量最大限度地变送到电网上，相关的方法已在不少论文中加以报道。但光伏并网发电存在一个重大的缺憾，即当日照强度很低或者是夜晚时，光伏电池实际上丧失了输出能力，这时整个系统就必须从电网上撤下来，只有等光伏电池输出能力达到一定值时，系统再与电网并列。这样一来，不仅在系统关闭时整套设备处于闲置状态，而且频繁的并列与解列动作造成系统控制困难，部分设备损耗增加且使用寿命变短。经文献检索发现，Multi-function photovoltaic power supply system withgrid-connection and power factor correction features.SourcePESC Record-IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference，v 3，2000，p1185-1190(“具有功率因数校正特征的多功能光伏并网发电系统”，IEEE电力电子专题年会2000年论文集)，T.-F.Wu等人提出一种将光伏并网发电与三相整流技术相结合的方法，即在逆变器直流侧并联直流负载，当光伏电池发电时，系统工作在逆变状态，直流侧负载通过继电器与系统分离；当光伏电池停止输出时，附加继电器吸合，逆变器作为整流器对直流负载供电，该方法在一定程度上提高了系统的利用率。但是，该并网系统在逆变器直流侧并联直流负载，无疑降低了整个系统应用的灵活性。而且该方法在两种功能之间要通过大量继电器来进行切换，使得整个系统的控制变得复杂，可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述的
技术介绍
中的不足，提供一种，使其能够将光伏阵列输出的直流电通过逆变器变送到三相380V交流电网上，同时还能够对本地电网上其他的无功负载实现一定量的无功补偿，改善电网电能质量。本专利技术在不增加硬件设备的前提下，当光伏电池发电时，能同时用于并网发电和电网无功补偿；当光伏电池不发电时(如夜晚)，仍能进行电网的无功补偿，从而解决传统光伏并网发电系统利用率低的问题，并达到系统结构简单可靠、转换效率高和使用灵活的效果。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术基于瞬时无功功率理论，利用park变换将三相逆变器输出电流变换到旋转dq坐标上，从而实现对有功电流和无功电流的分离。分别控制有功电流和无功电流的大小和方向即实现将光伏电池的直流电变换成交流电，同时对本地电网进行无功功率补偿。当光伏电池有足够能量输出时，光伏并网发电和无功补偿同时实现。当光伏电池停止输出(输出功率低于某一值)时，逆变器单独对电网进行无功补偿，无功补偿功能不受光伏输出能力的影响。由于系统始终并在电网上保持工作状态，光伏电池输出能量能随时变送出去，这就省去了重复的并列与解列动作，提高了光伏系统工作的可靠性。本专利技术方法的实现具体包括光伏电池的并网发电、无功功率补偿、并网发电与无功补偿的同步实现三个部分，其中光伏电池的并网发电和无功功率补偿的同步实现是本专利技术的核心技术。以下对本专利技术方法的各部分作详细说明1、光伏电池的并网发电利用电压互感器实时采样三相电网相电压，通过矢量变换得到电网电压的频率和相位，作为对逆变器电流控制的频率和相位基准。逆变器采用全桥正弦脉宽调制技术(SPWM)，对逆变电流进行瞬时控制。所有的数学变换和控制算法由数字控制器编程实现，数字控制器的输入为电压和电流采样值或参考值，其输出为控制逆变器工作的六路PWM脉冲波。为了维持直流侧的电压稳定，本方法引入了对直流侧电压的闭环控制，即将直流侧电压与参考电压的误差经过PI调节器后作为逆变器输出有功电流的参考值。这种控制方法可以保证当光伏电池有足够能量输出时，逆变器能将这部分能量最大限度地变送到电网上，因为当直流侧电压维持不变时，流过直流侧电容的电流就很小，所有从光伏电池输出的电流都由逆变器输送到电网上。同时，当光伏电池停止输出功率时，通过直流侧电压的闭环控制，逆变器从电网吸收一部分有功电流，维持直流侧电压恒定以满足后面无功补偿的需要。本专利技术对于直流侧电压控制的特点在于与传统的误差比较不一样，本方法中直流侧电压参考值作为误差比较器的负端输入，而其正端输入则为直流侧电压反馈信号。当直流侧电压高于参考电压时，误差信号为正，逆变器输出有功电流参考值正向增加，即向电网提供有功能量；反之，当直流侧电压低于参考电压时，逆变器开关管的旁路二极管组成一个整流桥，从电网吸收有功能量以维持直流侧电压恒定。由于直流侧电容本身并不消耗有功能量，这部分能量只是用来补偿逆变器开关管的损耗，所以从电网吸收的有功电流很小。这种策略合理利用了能量的传输方向，控制自由度大且实现起来简单可靠。由于此处所说的并网发电主要是指将太阳能转变为有功能量并输送到电网上，其实质就是对逆变器有功电流的控制。而逆变器输出的电流是有功分量和无功分量的矢量和，要单独实现对有功电流的控制，就必须实现有功分量和无功分量的解耦。H.Akagi等人提出了αβ0坐标系下的瞬时无功功率理论，该理论的目的虽然是为了说明瞬时无功功率的概念，但是经过坐标变换后的电流分量恰好实现了有功电流和无功电流的分离。本专利技术正是基于这样一种方法，分别对有功电流和无功电流进行控制，实现了逆变器的有功功率输出和电网无功补偿双重功能。考虑到有功分量和无功分量是通过park变换同时得到的，具体的检测和控制方法一并在后面的文字中给出。2、无功功率补偿将三相逆变桥电路通过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值，在电抗器两端形成一定的电压降，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。其实质是利用逆变器输出电压与电网电压在逆变器输出电抗器上的压差形成所需的无功补偿电流，通过控制逆变器输出电压的幅值，即可控制其吸收无功功率的性质和大小。本方法采用跟踪型PWM控制技术，对逆变器输出电流波形的瞬时值进行反馈控制，其响应速度和控制精度比控制逆变器电压基波的幅值和相位的间接控制法都有很大的提高。将abc三相系统电压、电流转换为αβ0坐标系上的矢量，将电压、电流矢量的点积定义为瞬时有功功率，电压、电流矢量的叉积定义为瞬时无功功率，并由此得到瞬时无功功率和瞬时无功电流。设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为ea，eb，ec和ia，ib，ic，通过park变换，可以将它们变换到旋转的dq坐标系上，其变换关系可用下式表示idq0＝Ciabc，iabc＝C-1idq0其中，idq0＝[id，iq，i0]T，iabc＝[ia，ib，ic]T，C为park变换矩阵，即C=23cosωtc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法。其特征在于，采用park变换将三相逆变器输出电流变换到旋转dq坐标上，实现对有功电流和无功电流的分离，通过分别控制有功电流和无功电流的大小和方向即实现将光伏电池的直流电变换成交流电，同时对本地电网进行无功功率补偿，当光伏电池有足够能量输出时，光伏并网发电和无功补偿同时实现，当光伏电池停止输出时，逆变器单独对电网进行无功补偿。2.根据权利要求1所述的同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法，其特征是，以下对本发明的方法进一步限定，即其具体步骤为(1)光伏电池的并网发电，(2)无功功率补偿，(3)并网发电与无功补偿的同步实现。3.根据权利要求2所述的同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法，其特征是，所述的光伏电池的并网发电，具体如下用电压互感器实时采样三相电网相电压，通过矢量变换得到电网电压的频率和相位，作为对逆变器电流控制的频率和相位基准，逆变器采用全桥正弦脉宽调制技术，对逆变电流进行瞬时控制，所有的数学变换和控制算法由数字控制器编程实现，数字控制器的输入为电压和电流采样值或参考值，其输出为控制逆变器工作的六路PWM脉冲波。4.根据权利要求3所述的同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法，其特征是，维持直流侧的电压稳定采用对直流侧电压的闭环控制的方法，即将直流侧电压与参考电压的误差经过PI调节器后作为逆变器输出有功电流的参考值。5.根据权利要求2所述的同时实现并网发电和电网无功功率补偿的一体化方法，其特征是，所述的无功功率补偿，具体如下将三相逆变桥电路通过电抗器并联在电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的幅值，在电抗器两端形成电压降，利用逆变器输出电压与电网电压在逆变器输出电抗器上的压差形成所需的无功补偿电流，通过控制逆变器输出电压的幅值，即可控制其吸收无功功率的性质和大...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹华军，潘俊民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：