一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法及并网系统技术方案

本发明专利技术公开了一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法及并网系统，方法包括：通过并网逆变器的数学模型进行了谐振机理与谐振特性分析；在LCL滤波器滤波电容并联虚拟电阻及电容，增加逆变器本体阻尼，抑制逆变器并联谐振，作为第一层控制策略，降低了逆变器的成本且提高了逆变器的可靠性；再引入PCC电压前馈通道加入等效虚拟电感抑制逆变器并联谐振，作为第二层控制策略，可实现低频全通特性及中高频衰减特性，进而实现低频增益不变和提高系统的稳定性。统的稳定性。统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法及并网系统


[0001]本专利技术涉及光伏逆变器并网谐振抑制
，更具体的说是涉及一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法及并网系统。

技术介绍

[0002]由于三相组串式光伏逆变器具有成本低、效率高等的优点，已广泛应用于大规模光伏并网发电场合。然而，多组串式光伏集群逆变器并联接入电网会引起谐振，对电力系统的稳定运行和电能质量产生不利影响。在国内外现有光伏并网工程中，因逆变器并联运行产生谐振，导致并网失败，甚至损坏电力设备的事故不在少数。
[0003]国内外学者针对光伏集群并网谐振抑制开展了很多研究。2018年第42期的《电网技术》中《光伏集群逆变器的谐振机理及抑制技术研究》提出了电容电流前馈与逆变器侧电流反馈控制和RC型全局谐振抑制相结合的控制策略，以抑制集群谐振，但引入无源阻尼不仅增加了建设成本，而且会造成更大的损耗，不利于系统的经济运行。2016年第44期的《电力系统保护与控制》中《基于陷波控制的LCL型光伏并网逆变器谐波谐振抑制研究》从频域角度研究了单台并网逆变器的阻抗模型，并进一步分析多台逆变器之间的耦合作用对谐波谐振的影响，基于有源阻尼提出逆变器陷波控制策略抑制谐波谐振。但是没有考虑电网阻抗变化对系统稳定性的影响。2018年第15期的《International Journal of Automation and Computing》中《The Resonance Suppression for Parallel Photovoltaic Grid/>‑
connected Inverters in Weak Grid》考虑电网阻抗变化时，在不改变逆变器拓扑结构的前提下，基于有源阻尼提出一种电压电流双反馈协同控制策略，但与常规控制相比，增加了传感器的数量。
[0004]综述所述，对规模化的光伏逆变器并网谐振抑制方面存在以下问题，一是数字控制下宽范围的电网阻抗变化造成系统稳定性的问题亟待突破；二是没有考虑多并联模式下光伏逆变器系统的复杂性，缺乏多机优化协同控制策略。
[0005]因此，如何实现多机优化协同控制，提高光伏逆变器系统稳定性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法及并网系统，通过分层划分技术与优化协调技术，提出全局优化的组串型光伏逆变器分层协同控制方法，第一层，在LCL滤波器滤波电容并联虚拟电阻及电容，增加逆变器本体阻尼，抑制逆变器并联谐振，且并联虚拟电阻及电容无需增加传感器，降低了逆变器的成本且提高了逆变器的可靠性；第二层，引入PCC电压前馈通道加入等效虚拟电感抑制逆变器并联谐振，可实现低频全通特性及中高频衰减特性，进而实现低频增益不变和提高系统的稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：通过并网逆变器的数学模型进行谐振机理与谐振特性分析，获得光伏发电系统的谐振频率；
[0010]光伏发电系统的所述并网逆变器输出电压u
i
至并网电流i
p1
的系统控制传递函数为：
[0011][0012]式中，
[0013][0014][0015]其中，L
11
为第一台逆变器侧电感值；L
21
为第一台逆变器网侧电感值；L
g
为电网电感值；C1为第一台逆变器滤波电容；G
Z1
为逆变器侧电感传递函数；G
C
为逆变器滤波电容传递函数；G
Z2
为逆变器网侧传递函数；G
g
为电网阻抗传递函数；
[0016][0017]式中，k
p
、k
r
、ω1、ω
c
分别表示准PR电流控制器的比例增益、广义积分系数、谐振角频率和控制器带宽；G
PR
(s)为准PR电流控制器的传递函数；
[0018]令s＝jω,代入式(1)得
[0019][0020]因此所述光伏发电系统的谐振频率为：
[0021][0022]f
LCLg
是光伏发电系统与电网交互的谐振点；f
LCL
是光伏发电系统内部谐振点；
[0023]步骤2：根据所述光伏发电系统谐振频率，在光伏发电系统的LCL滤波器滤波电容上并联虚拟电阻及电容，进行第一层控制，获得第一层传递函数，增加逆变器本体阻尼，抑制逆变器并联谐振作为第一层控制方法；其第一层传递函数为：
[0024][0025]式中，u
c
为并网逆变器滤波电容电压；C
ad
为并联虚拟电容值；R
ad
为并联虚拟电阻值。
[0026]令K
ad
＝1/R
ad
、T
ad
＝R
ad
C
ad
,则式(7)可表示为
[0027][0028]式中，K
ad
、T
ad
可分别表示为高阶滤波器的比例系数和滤波时间常数。
[0029]步骤3：在步骤2基础上，在光伏发电系统中引入PCC电压前馈通道加入等效虚拟电感，进行第二层控制，获得第二层传递函数，其第二层传递函数为：
[0030][0031]式中，ω、ω
c
分别表示谐振角频率及控制器带宽；
[0032]步骤4：结合第一层传递函数和第二层传递函数带入系统控制传递函数，进行分层控制，获得分层控制传递函数，实现线路阻抗的重塑，抑制多逆变器与电网之间的谐振，所述分层控制传递函数为：
[0033][0034]式中，R
ad
为并联虚拟电阻值，C
ad
为并联虚拟电容值，k
spwm
为逆变器等效增益，G
h
(s)为等效虚拟电感；
[0035][0036]其中，L
11
为第一台逆变器侧电感值；L
21
为第一台逆变器网侧电感值；L
g
为电网电感值；C1为第一台逆变器滤波电容；G
Z1
为逆变器侧电感传递函数；G
C
为逆变器滤波电容传递函数；G
Z2
为逆变器网侧传递函数；G
g
为电网阻抗传递函数；G
PR
为准PR电流控制器的传递函数。
[0037]一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制并网系统，包括光伏电池板、DC/DC变换器、DC/AC变换器、LCL滤波器和弱电网；其中，
[0038]所述光伏电池板由组串式光伏阵列组成；
[0039]所述DC/DC变换器包括直流侧电感L
dci
、稳压电容C
dci
、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过并网逆变器的数学模型进行谐振机理与谐振特性分析，获得光伏发电系统的谐振频率；步骤2：根据所述光伏发电系统谐振频率，在光伏发电系统的LCL滤波器滤波电容上并联虚拟电阻及电容进行第一层控制，获得第一层传递函数；步骤3：在光伏发电系统中引入PCC电压前馈通道加入等效虚拟电感，进行第二层控制，获得第二层传递函数；步骤4：根据所述第一层传递函数和所述第二层传递函数进行分层控制，获得分层控制传递函数，实现分层协同控制。2.根据权利要求1所述的一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法，其特征在于，光伏发电系统的第一台逆变器输出电压u
i
至第一台逆变器并网电流i
p1
的系统控制传递函数为：式中，式中，其中，L
11
为第一台逆变器侧电感值；L
21
为第一台逆变器网侧电感值；L
g
为电网电感值；C1为第一台逆变器滤波电容；G
Z1
为逆变器侧电感传递函数；G
C
为逆变器滤波电容传递函数；G
Z2
为逆变器网侧传递函数；G
g
为电网阻抗传递函数；式中，k
p
、k
r
、ω1、ω
c
分别表示准PR电流控制器的比例增益、广义积分系数、谐振角频率和控制器带宽；G
PR
为准PR电流控制器的传递函数；令s＝jω，代入式(1)得因此所述光伏发电系统的谐振频率为：f
LCLg
是光伏发电系统与电网交互的谐振点；f
LCL
是光伏发电系统内部谐振点。3.根据权利要求1所述的一种组串型光伏逆变器集群分层协同控制方法，其特征在于，
第一层控制在LCL滤波器滤波电容并联虚拟电阻及电容，其第一层传递函数为：式中，u
c
为并网逆变器滤波电容电压；C
ad
为并联虚拟电容值；R
ad
为并联虚拟电阻值；令K
ad
＝1/R
ad
、T
ad
＝R
ad

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，王志健，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：