[發明專利]一種基于同步機接口的雙級式光伏并網架構及其控制方法

在審

• 申請號: 202211680027.0
• 申請日: 2022-12-27
• 公開（公告）號: CN115986816A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 李晨陽;王哲凡;鐘威凱;黃永章;趙海森
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 閆萍

本發明涉及一種基于同步機接口的雙級式光伏并網架構及其控制方法，包括：直流升壓電路，用于對光伏發電單元的最大功率點進行跟蹤；三相逆變電路，用于對位于三相逆變電路下游的新能源同步機系統的傳輸功率進行控制；控制器，用于對直流升壓電路和三相逆變電路進行控制，使得當光伏發電單元的輸出功率波動而造成光伏發電單元輸入側直流電壓產生波動時，波動的直流電壓會轉變為輸出交流電壓頻率的變化以調節新能源同步機系統的功角，進而改變機組的傳輸功率以主動跟隨光伏發電單元的功率變化。本發明所提出的基于新能源同步機的雙級式光伏并網結構可以克服傳統單級式結構運行點范圍窄，可靠性不足的缺點，在提升光伏并網穩定性的同時也保證系統運行的可靠性。

技術領域

本發明涉及新能源并網與電力系統運行領域，尤其涉及一種基于同步機接口的雙級式光伏并網架構及其控制方法。

背景技術

高比例的新能源和高比例的電力電子設備接入和對傳統同步機組的替代將降低電網穩定性，對系統的安全穩定運行產生不利影響。為從根本上提升高比例新能源電網的穩定性并保證新能源的正常消納，有學者提出了新能源采用新能源同步機的并網方式，通過在新能源并網環節接入串聯的同步電動機-發電機單元，使得新能源并網表現為真實的同步機接口，從而為電網提供諸如轉動慣量、阻尼和短路電流等穩定支撐功能。目前針對新能源采用新能源同步機的運行控制方法也進行了一定的研究，相關文獻中提出了基于源網相位差的功率控制方法；并且針對光伏并網提出了用于逆變器的直流電壓反饋控制方法。

然而上述控制用于分布式光伏并網時仍存在問題，主要體現在：1)目前所提出的控制方法僅適用于光伏直接逆變并網，當外界環境條件變化時，單級式結構并網的光伏電源可能無法提供逆變所需的電壓，造成光伏故障脫網；2)逆變器不僅需要控制新能源同步機還需要進行光伏功率跟蹤，增大了逆變器的調節難度，導致系統可靠性降低。

因此，本申請旨在提供一種能夠克服上述缺陷的基于同步機接口的雙級式光伏并網架構及其控制方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種基于同步機接口的雙級式光伏并網架構及其控制方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種基于同步機接口的雙級式光伏并網架構，包括：位于光伏發電單元下游的直流升壓電路，用于對光伏發電單元的輸出端電壓進行升壓，并對光伏發電單元的最大功率點進行跟蹤；位于所述直流升壓電路下游的三相逆變電路，用于對位于三相逆變電路下游的新能源同步機系統的傳輸功率進行控制；控制器，用于對所述直流升壓電路和所述三相逆變電路進行控制，使得當所述光伏發電單元的輸出功率波動而造成光伏發電單元輸入側直流電壓產生波動時，波動的直流電壓會轉變為輸出交流電壓頻率的變化以調節新能源同步機系統的功角，進而改變機組的傳輸功率以主動跟隨光伏發電單元的功率變化。

優選的，所述控制器包括：直流環節控制器，對光伏發電單元輸出的電壓進行升壓，并對光伏發電單元的最大功率點進行跟蹤，其中，所述直流環節控制器包括用于實現光伏發電單元的輸入端直流電壓調節的電壓外環控制器和用于實現光伏發電單元的功率調節的功率內環控制器，基于所述電壓外環控制器和所述功率內環控制器的協調控制使得光伏發電單元的發電功率能夠通過所述新能源同步機系統送出。

優選的，所述電壓外環控制器配置為：能夠將光伏發電單元的輸入端電壓控制為設定值；將光伏發電單元的偏差調節作為光伏發電單元的功率參考值，并基于所述功率參考值來跟蹤光伏發電單元的運行點，所述功率參考值P_ref能夠基于公式確定，其中，V₀為光伏輸入端電壓的參考值，V_PV為光伏輸入端電壓的實測值，k_p1和k_i1為電壓外環控制器的比例和積分系數，s代表微分運算。