一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法，包括：直流升压电路，用于对光伏发电单元的最大功率点进行跟踪；三相逆变电路，用于对位于三相逆变电路下游的新能源同步机系统的传输功率进行控制；控制器，用于对直流升压电路和三相逆变电路进行控制，使得当光伏发电单元的输出功率波动而造成光伏发电单元输入侧直流电压产生波动时，波动的直流电压会转变为输出交流电压频率的变化以调节新能源同步机系统的功角，进而改变机组的传输功率以主动跟随光伏发电单元的功率变化。本发明专利技术所提出的基于新能源同步机的双级式光伏并网结构可以克服传统单级式结构运行点范围窄，可靠性不足的缺点，在提升光伏并网稳定性的同时也保证系统运行的可靠性。稳定性的同时也保证系统运行的可靠性。稳定性的同时也保证系统运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源并网与电力系统运行领域，尤其涉及一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法。

技术介绍

[0002]高比例的新能源和高比例的电力电子设备接入和对传统同步机组的替代将降低电网稳定性，对系统的安全稳定运行产生不利影响。为从根本上提升高比例新能源电网的稳定性并保证新能源的正常消纳，有学者提出了新能源采用新能源同步机的并网方式，通过在新能源并网环节接入串联的同步电动机
‑
发电机单元，使得新能源并网表现为真实的同步机接口，从而为电网提供诸如转动惯量、阻尼和短路电流等稳定支撑功能。目前针对新能源采用新能源同步机的运行控制方法也进行了一定的研究，相关文献中提出了基于源网相位差的功率控制方法；并且针对光伏并网提出了用于逆变器的直流电压反馈控制方法。
[0003]然而上述控制用于分布式光伏并网时仍存在问题，主要体现在：1)目前所提出的控制方法仅适用于光伏直接逆变并网，当外界环境条件变化时，单级式结构并网的光伏电源可能无法提供逆变所需的电压，造成光伏故障脱网；2)逆变器不仅需要控制新能源同步机还需要进行光伏功率跟踪，增大了逆变器的调节难度，导致系统可靠性降低。
[0004]因此，本申请旨在提供一种能够克服上述缺陷的基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构及其控制方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构，包括：位于光伏发电单元下游的直流升压电路，用于对光伏发电单元的输出端电压进行升压，并对光伏发电单元的最大功率点进行跟踪；位于所述直流升压电路下游的三相逆变电路，用于对位于三相逆变电路下游的新能源同步机系统的传输功率进行控制；控制器，用于对所述直流升压电路和所述三相逆变电路进行控制，使得当所述光伏发电单元的输出功率波动而造成光伏发电单元输入侧直流电压产生波动时，波动的直流电压会转变为输出交流电压频率的变化以调节新能源同步机系统的功角，进而改变机组的传输功率以主动跟随光伏发电单元的功率变化。
[0007]优选的，所述控制器包括：直流环节控制器，对光伏发电单元输出的电压进行升压，并对光伏发电单元的最大功率点进行跟踪，其中，所述直流环节控制器包括用于实现光伏发电单元的输入端直流电压调节的电压外环控制器和用于实现光伏发电单元的功率调节的功率内环控制器，基于所述电压外环控制器和所述功率内环控制器的协调控制使得光伏发电单元的发电功率能够通过所述新能源同步机系统送出。
[0008]优选的，所述电压外环控制器配置为：能够将光伏发电单元的输入端电压控制为
设定值；将光伏发电单元的偏差调节作为光伏发电单元的功率参考值，并基于所述功率参考值来跟踪光伏发电单元的运行点，所述功率参考值P
ref
能够基于公式确定，其中，V0为光伏输入端电压的参考值，V
PV
为光伏输入端电压的实测值，k
p1
和k
i1
为电压外环控制器的比例和积分系数，s代表微分运算。
[0009]优选的，所述功率内环控制器配置为：能够基于对直流升压电路的占空比的调节而将光伏发电单元的输出功率控制在给定值，使得新能源同步机系统或配电网的运行条件发生变化时，也能够对光伏发电单元的输入功率进行跟踪，所述占空比D能够通过公式确定，其中，P
PV
为实测并计算得到的光伏输出功率，k
p2
和k
i2
为功率内环控制器的比例和积分系数。
[0010]优选的，所述控制器还包括用于对三相逆变电路进行控制的逆变环节控制器，所述逆变环节控制器配置为：将光伏发电单元的输出端直流电压(即逆变器输入侧电压)作为控制目标，并基于变频控制的方式对逆变器电路输出三相交流电压的频率进行调节以实现对新能源同步机系统功角的控制，功角的控制过程能够基于公式和f
ref
＝Δf
ref
+f
g
进行表示，其中，V
ref
和V
dc
分别为光伏发电单元的输出端直流电压的参考值和测量值，k
p3
和k
i3
为逆变环节控制器的比例和积分系数，Δf
ref
为计算得到的电动机定子电压频率的变化量，f
ref
和f
g
分别为电压频率参考值和电网频率测量值。
[0011]优选的，所述三相逆变电路能够基于逆变环节控制器输出的频率参考值f
ref
合成逆变器输出电压矢量Vcosθ，其中，θ＝[2πf
ref
*t，2πf
ref
*t
‑
2π/3，2πf
ref
*t+2π/3]T
，V＝[V
m
，V
m
，V
m
]T
，V
m
为电动机额定相电压的幅值。
[0012]优选的，所述直流升压电路包括光伏输入侧稳压电容、升压电感、第一开关管和二极管，所述光伏输入侧稳压电容用于滤波和减小光伏发电单元的输出电压的波动，升压电感和二极管在第一开关管的开通和关断作用下输出合适的占比空，以对直流侧进行升压。
[0013]优选的，所述电压外环控制器的光伏输入端电压参考值能够是设定值V
set
或由最大功率跟踪算法得到的最大功率点对应的电压值V
MPPT
，输出侧直流电压的参考值V
ref
通常为500～1000V。
[0014]优选的，所述新能源同步机系统包括串联的电动机、发电机和励磁系统，所述电动机接入所述三相逆变电路，所述发电机接入所述配电网，其中，三相逆变电路能够驱动电动机，电动机拖动所述发电机并网，所述励磁系统为电动机和发电机励磁，所述新能源同步机通过所述升压变压器并入配电网，升压变压器的变比取决于发电机和配电网的额定电压。
[0015]本申请还提供一种基于同步机接口的双级式光伏并网控制方法，包括如下步骤：配置位于光伏发电单元下游的直流升压电路，用于对光伏发电单元输出的电流进行升压，并对光伏发电单元的最大功率点进行跟踪；配置位于所述直流升压电路下游的三相逆变电路，用于对位于三相逆变电路下游的新能源同步机系统的传输功率进行控制；配置控制器，用于对所述直流升压电路和所述三相逆变电路进行控制，使得当所述光伏发电单元的输出功率波动而造成光伏发电单元输入侧直流电压产生波动时，波动的直流电压会转变为输出交流电压频率的变化以调节新能源同步机系统的功角，进而改变机组的传输功率以主动跟随光伏发电单元的功率变化。
[0016]本专利技术具有以下优点：
[0017](1)本专利技术所提出的基于新能源同步机的双级式光伏并网结构可以克服本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步机接口的双级式光伏并网架构，其特征在于，包括：位于光伏发电单元(1)下游的直流升压电路(2)，用于对光伏发电单元(1)输出的电压进行升压，并对光伏发电单元(1)的最大功率点进行跟踪；位于所述直流升压电路(2)下游的三相逆变电路(3)，用于对位于三相逆变电路(3)下游的新能源同步机系统(4)的传输功率进行控制；控制器(7)，用于对所述直流升压电路(2)和所述三相逆变电路(3)进行控制，使得当所述光伏发电单元(1)的输出功率波动而造成光伏发电单元(1)输入侧直流电压产生波动时，波动的直流电压会转变为输出交流电压频率的变化以调节新能源同步机系统(4)的功角，进而改变机组的传输功率以主动跟随光伏发电单元(1)的功率变化。2.根据权利要求1所述的基于同步机接口的双级式光伏并网架构，其特征在于，所述控制器(7)包括：直流环节控制器(701)，对光伏发电单元(1)输出的电压进行升压，并对光伏发电单元(1)的最大功率点进行跟踪，其中，所述直流环节控制器(701)包括用于实现光伏发电单元(1)的输入端直流电压调节的电压外环控制器(701
‑
1)和用于实现光伏发电单元(1)的功率调节的功率内环控制器(701
‑
2)，基于所述电压外环控制器(701
‑
1)和所述功率内环控制器(701
‑
2)的协调控制使得光伏发电单元(1)的发电功率能够通过所述新能源同步机系统(4)送出。3.根据权利要求2所述的基于同步机接口的双级式光伏并网架构，其特征在于，所述电压外环控制器(701
‑
1)配置为：能够将光伏发电单元(1)的输入端电压控制为设定值；将光伏发电单元(1)的偏差调节作为光伏发电单元(1)的功率参考值，并基于所述功率参考值来跟踪光伏发电单元(1)的运行点，所述功率参考值P
ref
能够基于公式确定，其中，V0为光伏输入端电压的参考值，V
PV
为光伏输入端电压的实测值，k
p1
和k
i1
为电压外环控制器(701
‑
1)的比例和积分系数，s代表微分运算。4.根据权利要求2所述的基于同步机接口的双级式光伏并网架构，其特征在于，所述功率内环控制器(701
‑
2)配置为：能够基于对直流升压电路(2)的占空比的调节而将光伏发电单元(1)的输出功率控制在给定值，使得新能源同步机系统(4)或配电网(6)的运行条件发生变化时，也能够对光伏发电单元(1)的输入功率进行跟踪，所述占空比D能够通过公式确定，其中，P
PV
为实测并计算得到的光伏输出功率，k
p2
和k
i2
为功率内环控制器(701
‑
2)的比例和积分系数。5.根据权利要求3所述的基于同步机接口的双级式光伏并网架构，其特征在于，所述控制器(7)还包括用于对三相逆变电路(3)进行控制的逆变环节控制器(702)，所述逆变环节控制器(702)配置为：将光伏发电单元(1)的输出端直流电压作为控制目标，并基于变频控制的方式对逆变器电路输出三相交流电压的频率进行调节以实现对新能源同步机系统(4)功角的控制，功
角的控制过程能够基于公式和f
ref
＝Δf
ref
+f
g
进行表示，其中，V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨阳，王哲凡，钟威凯，黄永章，赵海森，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：