[發(fā)明專利]一種遮陰光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法

有效

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111953015B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 楊作祥;馬郭亮;陳磊;唐莎莎;吳江;張鳳;黃偉鋼;鄭勇;王晶晶;白昕
• 申請（專利權）人: 重慶涪陵電力實業(yè)股份有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿

1.一種遮陰光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：光伏發(fā)電系統(tǒng)基于光伏模塊前級分布式優(yōu)化器，實現(xiàn)遮陰光伏模塊分散控制；

步驟2：通過光伏模塊輸出電壓、電流隨機變量，導出光伏電池環(huán)境修正參數(shù)，進而實時修正最大功率電壓，使最大功率電壓實時跟隨外部環(huán)境變化，實現(xiàn)遮陰光伏陣列全局最大功率跟蹤；

步驟3：電網主網故障情況下，根據并網點電壓跌落水平，以光伏發(fā)電系統(tǒng)并網逆變器電流為約束條件，通過調節(jié)光伏模塊優(yōu)化斬波器輸入電壓，將光伏模塊原有最大功率點跟蹤運行模式切換至非最大功率點跟蹤運行模式，減少光伏陣列輸出功率，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)并網逆變器兩側功率平衡；

步驟4：在逆變器的控制系統(tǒng)中引入直流側瞬時注入的電流反饋項，平抑直流側電壓波動，進一步消除逆變器過流、過壓對光伏發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)性能的影響；

步驟2中修正最大功率點電壓的過程如下：

根據光伏半導體電壓與電流特性，則其輸出特性公式：

其中，I_sc為光伏陣列的短路電流，U_oc為光伏陣列的開路電壓，I_m為光伏陣列的最大功率輸出電流，U為光伏板導體輸出的電壓，U_m為光伏陣列的最大功率輸出電壓，M為光伏陣列的串聯(lián)數(shù)，N為光伏陣列的并聯(lián)數(shù)，C₁與C₂為公式1中的過渡變量，e為自然常數(shù)，根據環(huán)境條件變化，采用環(huán)境修正法，引入環(huán)境修正參數(shù)：

其中，ΔU與ΔI分別為電壓、電流環(huán)境修正系數(shù)，S、t分別表示外界環(huán)境所輸入的光照強度、外界環(huán)境所輸入的環(huán)境溫度，a表示電流溫度補償系數(shù)c表示電壓溫度補償系數(shù)，b為光強補償系數(shù)，S_ref與t_ref分別為標準光照強度與標準光照溫度，對四個參數(shù)進行修正：

為光伏陣列的短路電流的修正值，為光伏陣列的開路電壓的修正值，為光伏陣列的最大功率輸出電流的修正值，為光伏陣列的最大功率輸出電壓的修正值，再將公式(2)、(3)代入等式(1)，即可求得光伏陣列在不同外部環(huán)境下的輸出特性曲線；

其中，光伏模塊對應光照強度、溫度通過取樣電壓、電流求得，將k-1、k-2時刻的取樣電壓U_{PV_(k-1)}、U_{PV_(k-2)}；取樣電流I_{PV_(k-1)}、I_{PV_(k-2)}代入公式(1)、(2)和(3)，可得：

將式公(2)代入式(4)：

將所求得ΔU代入式(3)，則可得當前環(huán)境下最大功率點電壓：

步驟3具體包括如下步驟：

根據式(1)可推導出第m個光伏模塊最大功率點跟蹤運行模式時輸出功率：

其中，U_pv表示標準環(huán)境下光伏模塊最大功率點處對應的電壓，從式(7)可以看出，光伏模塊輸出功率P_{m_pv}中含光照強度S、溫度t兩未知變量，需增加約束方程進行求解，設此時光伏模塊最大功率點電壓、電流為U_{m_1}、I_{m_1}，根據式(2)、式(3)可得當前光伏模塊光照強度S、溫度t：

將式(8)所求得光照強度S、溫度t及式(2)代入式(7)可求得當前光伏模塊輸出功率：

當主網系統(tǒng)發(fā)生故障時，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)故障電流為：

其中，P_{s_pv}為光伏陣列輸出功率；I_{q_set}為逆變器輸出無功電流；u_{g_N}為電網額定工作電壓,r表示并網點的電壓跌落程度，從式(10)可以發(fā)現(xiàn)光伏陣列輸出功率P_{s_pv}影響輸出電流的大小，若要使故障情況下逆變器輸出電流不超過自身容量要求，則可通過調節(jié)P_{s_pv}實現(xiàn)，因此，若設定光伏發(fā)電系統(tǒng)并網逆變器控制目標：I_fg等于逆變器輸出額定電流I_N，則可求得在故障條件下，逆變器輸出額定電流I_N時，光伏陣列輸出功率的大小:

將式(11)代入式(9)即可求得各光伏模塊在故障情況下為保證逆變器輸出額定電流所對應光伏模塊輸出參考電壓U^*_PV：

根據式(12)即可求得U^*_PV，而后將U^*_PV代替式(3)中的可得：

其中，表示直流斬波器目標占空比，D表示直流斬波器實際占空比，U_pv表示光伏陣列輸出電壓；

采用環(huán)境自適應最大功率點跟蹤算法，則可實現(xiàn)光伏模塊輸出電壓無靜差調節(jié)，使并網逆變器輸出電流控制在其額定值范圍；

步驟4具體包括如下步驟：

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網逆變器輸出無功電流I_{q_set}可表示為：

其中，U_g為逆變器并網點電壓，E_N為并網點額定電壓，I_N為逆變器輸出額定電流；

當主網系統(tǒng)發(fā)生故障時，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網逆變器須維持其直流側電壓U_dc穩(wěn)定、輸出無功可控，因此，逆變器控制系統(tǒng)電壓外環(huán)輸出為：

其中，i_{Ld_ref}為dq坐標系d軸參考電流，U_{dc_ref}為逆變器的直流側參考電壓，k_{p_1}為逆變器電流環(huán)比例系數(shù)，k_{i_1}為逆變器電流環(huán)積分系數(shù)，為dq坐標系q軸參考電流，在電流內環(huán)有功控制部分引入一電流前饋補償項，則電流內環(huán)輸出為：

u_q為dq坐標系q軸電壓，k_{P_2}為逆變器電壓環(huán)比例系數(shù)，為逆變器電壓環(huán)積分系數(shù)，i_Lq為dq坐標系q軸電流，ω為逆變器角頻率，L_f為逆變器線路電感，i_Ld為dq坐標系d軸電流，u_gq為并網點q軸電壓，R為光伏發(fā)電的線路電阻，u_d為逆變器輸出的d軸電壓，i_Lq為dq坐標系q軸電流，u_gd為并網點d軸電壓，為光伏陣列輸出參考功率，U_dc為逆變器的直流側電壓。