計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓頻率調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓頻率調(diào)整方法，屬于主 動(dòng)配電網(wǎng)中光伏發(fā)電控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能作為一種清潔的新能源，在追求低碳社會(huì)的今天，越來越受到世界各國(guó)的 重視，成為解決環(huán)境問題、能源危機(jī)和發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)的有效手段之一。分布式光伏接入 主動(dòng)配電網(wǎng)是太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用的主要形式。并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電與電網(wǎng)接口的重要設(shè) 備，其控制技術(shù)也是研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。
[0003] 由于分布式光伏發(fā)電的輸出功率受光照強(qiáng)度、溫度和負(fù)載的影響而具有隨機(jī)性、 波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)，為提高光電轉(zhuǎn)換效率和光伏發(fā)電的輸出電壓的穩(wěn)定，保證光伏逆變 器輸入側(cè)的正常運(yùn)行，在主動(dòng)配電網(wǎng)中應(yīng)盡量保持光伏電池在最大功率跟蹤模式下運(yùn)行。 同時(shí)，由于分布式光伏慣性較小，和其他微電源有所不同，存儲(chǔ)在直流母線上的有限的能量 是分布式光伏發(fā)電僅有的慣性，因此當(dāng)負(fù)載和周圍環(huán)境急劇變化時(shí)分布式光伏電源側(cè)的直 流母線更容易崩潰。其次，負(fù)載瞬態(tài)變化會(huì)引起直流母線電壓Vd。的波動(dòng)，導(dǎo)致直流母線電 壓偏離它的最大功率點(diǎn)（MPP)，這表明分布式光伏電源側(cè)直流母線電壓Vd。不再是一個(gè)固定 值。當(dāng)直流母線電壓波動(dòng)變化時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致光伏逆變器的交流母線電壓的變化，從而導(dǎo)致 系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。
[0004] 同時(shí)，分布式光伏接入配電網(wǎng)時(shí)，不僅可以提供有功功率，還可以提供無功功率， 并且分布式光伏電源應(yīng)具備根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平調(diào)節(jié)有功和無功輸出，從而參與配電網(wǎng)的 電壓和頻率調(diào)節(jié)。功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)能夠連續(xù)可調(diào)的分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可 以提高配電網(wǎng)無功補(bǔ)償能力，并可改善配電線路的電壓質(zhì)量。而下垂控制廣泛應(yīng)用在無互 聯(lián)線的UPS并聯(lián)系統(tǒng)中，通過模擬同步發(fā)電機(jī)組的外特性，根據(jù)光伏逆變器輸出電壓的幅 值和相角，實(shí)現(xiàn)功率在逆變器間的合理分配，提高并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平。但是傳統(tǒng)下垂控制受線 路阻抗和負(fù)荷波動(dòng)的影響較大，在實(shí)際應(yīng)用中常常無法實(shí)現(xiàn)功率的合理分配。
[0005] 綜上所述，在分布式光伏接入配電網(wǎng)時(shí)需要一種計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配 電網(wǎng)電壓頻率調(diào)整方法，在保證光伏最大功率跟蹤的同時(shí)考慮線路阻抗的影響，通過自適 應(yīng)功率下垂控制方法實(shí)現(xiàn)功率的合理分配，提高分布式光伏的供電可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述【背景技術(shù)】中提到現(xiàn)有傳統(tǒng)下垂控制的不足，以及分布式光伏接入主動(dòng)配 電網(wǎng)時(shí)直流電壓穩(wěn)定性問題，本發(fā)明提供了一種計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓 頻率調(diào)整方法。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓頻率調(diào)整方法，包括以下步驟，
[0009] 步驟一，根據(jù)分布式光伏最大功率跟蹤算法得到光伏電池在最大功率運(yùn)行模式下 的參考電壓v_;
[0010] 步驟二，根據(jù)測(cè)量單元得到的光伏電池輸出直流電壓vd。；
[0011] 步驟三，將乂_和V d。進(jìn)行比較，判斷直流電壓是否穩(wěn)定，經(jīng)V d。直流電壓調(diào)頻得到 頻率調(diào)節(jié)量Δ ω ;
[0012] 步驟四，根據(jù)測(cè)量單元得到光伏逆變器交流側(cè)輸出電壓uab。和輸出電流i ab。，計(jì)算 出光伏逆變器的輸出有功功率的平均值P和無功功率的平均值Q ;
[0013] 步驟五，將P和Q分別與光伏逆變器的額定有功功率Pn和額定無功功率Q n比較， 計(jì)算自適應(yīng)下垂控制的下垂系數(shù)；
[0014] 步驟六，根據(jù)下垂系數(shù)，經(jīng)考慮線路阻抗因素的自適應(yīng)下垂控制后，得到光伏逆變 器交流側(cè)輸出的參考電壓幅值If和參考角頻率ω';
[0015] 步驟七，將Δ ω與ω '相加，得到頻率調(diào)節(jié)后的參考角頻率ω、
[0016] 步驟八，根據(jù)If和ω %計(jì)算光伏逆變器PffM驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)Uraf。
[0017] Vd。直流電壓調(diào)頻的過程為，通過一個(gè)具有防止積分飽和現(xiàn)象PID控制器，比較V_ 和￥,。，確定頻率調(diào)節(jié)量4?的大小；若￥&多￥_時(shí)，￥,。穩(wěn)定，￥,。直流電壓調(diào)頻環(huán)節(jié)輸出的 Δ ω = 〇;當(dāng)V&<V_時(shí)，Vd。不穩(wěn)定，負(fù)荷的突增會(huì)引起Vd。下降，Vd。的下降降低了光伏逆 變器的輸出功率，進(jìn)一步降低V&，Vd。直流電壓調(diào)頻環(huán)節(jié)輸出的△ ω為負(fù)值。
[0018] 計(jì)算自適應(yīng)下垂控制的下垂系數(shù)公式為，
[0020] 其中，
[0021] m為有功一角頻率下垂系數(shù)；
[0022] η為無功一電壓下垂系數(shù)；
[0023] 1?初始額定有功一角頻率下垂系數(shù)；
[0024] 叫初始額定無功一電壓下垂系數(shù)；
[0025] α為正數(shù)，為有功一角頻率下垂系數(shù)步長(zhǎng)因子；
[0026] β為正數(shù)，為無功一電壓下垂系數(shù)步長(zhǎng)因子。
[0027] 考慮線路阻抗因素的自適應(yīng)下垂控制的過程為，
[0028] Α1)傳統(tǒng)的下垂控制策略模擬高壓大電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)接口特性，采用大電網(wǎng)的高 壓輸電線來分析，忽略線路電阻；
[0029] 表不為，
[0031] 其中，
[0032] U為光伏逆變器出口處電壓有效值；
[0033] δ為光伏逆變器出口處電壓相角；
[0034] Ε為并網(wǎng)點(diǎn)處電壓有效值，設(shè)并網(wǎng)點(diǎn)處電壓相角為0 ;
[0035] AU為光伏逆變器出口處電壓有效值與并網(wǎng)點(diǎn)處電壓有效值的差值；
[0036] R+jX為光伏逆變器所連線路綜合阻抗；
[0037] A2)根據(jù)線路潮流公式，簡(jiǎn)化光伏逆變器出口潮流與線路阻抗的關(guān)系；
[0038] 簡(jiǎn)化后的公式為，
[0040] A3)比較步驟A1和步驟A2可知，考慮線路阻抗因素的自適應(yīng)下垂控制表示為，
[0042]其中，
為線路阻感比
[0044] ωη為叫頻率額定值；
[0045] 仏為電壓額定值。
[0046] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1、本發(fā)明既能保證分布式光伏最大功率輸出，同時(shí)考 慮線路阻抗的影響，當(dāng)負(fù)荷或環(huán)境變化時(shí)，又能通過在光伏逆變器間精確分配有功和無功 功率，達(dá)到提高分布式光伏的供電可靠性目的；2、本發(fā)明簡(jiǎn)捷易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行 工況適應(yīng)性強(qiáng)，便于實(shí)際工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0048] 圖2為本發(fā)明Vd。直流電壓調(diào)頻的控制原理圖。
[0049] 圖3為自適應(yīng)下垂控制的有功一角頻率下垂系數(shù)計(jì)算原理圖。
[0050] 圖4為自適應(yīng)下垂控制的無功一電壓下垂系數(shù)計(jì)算的原理圖。
[0051] 圖5為考慮線路阻抗因素的自適應(yīng)功率下垂控制原理圖。
[0052] 圖6為分布式光伏接入主動(dòng)配電網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)控制原理圖；
[0053] 圖7為分布式電源互聯(lián)接入主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)圖；
[0054] 圖8為各電源輸出有功功率仿真圖；
[0055] 圖9為各電源輸出無功功率仿真圖；
[0056] 圖10為系統(tǒng)頻率f仿真圖；
[0057] 圖11為PV和DG并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0059] 如圖1所示，計(jì)及光伏最大功率跟蹤的主動(dòng)配電網(wǎng)電壓頻率調(diào)整方法，包括以下 步驟：
[0060] 步驟一，根據(jù)分布式光伏最大功率跟蹤算法得到光伏電池在最大功率運(yùn)行模式下 的參考電壓V_。
[0061] 步驟二，根據(jù)測(cè)量單元得到的光伏電池輸出直流電壓Vd。。
[0062] 步驟三，將￥_和V d。進(jìn)行比較，判斷直流電壓是否穩(wěn)定，經(jīng)V d。直流電壓調(diào)頻得到 頻率調(diào)節(jié)量Δ ω。
[0063] 圖2為本發(fā)明Vd。直流電壓調(diào)頻的控制原理圖，可以看出，Vd。直流電壓調(diào)頻的過程 為，通過一個(gè)具有防止積分飽和現(xiàn)象PID控制器，比較￥_和￥,。，確定頻率調(diào)節(jié)量△ ω的大 小。
[0064] 由于分布式光伏慣性較小，若Vd?！稸 _時(shí)，負(fù)荷的突增對(duì)V d。影響較小，V d。穩(wěn)定， Vd。直流電壓調(diào)頻環(huán)節(jié)輸出的Δ ω = 〇,不參與系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)；當(dāng)Vd(：< V_時(shí)，Vd。不穩(wěn)定， 負(fù)荷的突增會(huì)引起Vd。下降，Vd。的下降降低了光伏逆變器的輸出功率，進(jìn)一步降低Vd。，V d。 直流電壓調(diào)頻環(huán)節(jié)輸出的Α ω為負(fù)值，通過調(diào)節(jié)光伏逆變器的角頻率，并與下垂控制相結(jié) 合，將多余功率轉(zhuǎn)移到其他分布式電源上，達(dá)到調(diào)壓調(diào)頻效果。
[0065] 步驟四，根據(jù)測(cè)量單元得到光伏逆變器交流側(cè)輸出電壓uab。和輸出電流i ab。，計(jì)算 出光伏逆變器的輸出有功功率的平均值P和無功功率的平均值Q。
[0066] 計(jì)算自適應(yīng)下垂控制的下垂系數(shù)公式為，
[0068] 其中，
[0069] m為有功一角頻率下垂系數(shù)；
[0070] η為無功一電壓下垂系數(shù)；
[0071] 1?初始額定有功一角頻率下垂系數(shù)；
[0072] 叫初始額定無功一電壓下垂系數(shù)；
[0073] α為正數(shù)，為有功一角頻率下垂系數(shù)步長(zhǎng)因子；
[0074] β為正數(shù)，為無功一電壓下垂系數(shù)步長(zhǎng)因子。
[0075] 步驟五，將Ρ和Q分別與光伏逆變器的額定有功功率Ρη和額定無功功率Q η比較， 計(jì)算自適應(yīng)下垂控制的下垂系數(shù)。
[0076] 圖3和圖4分別為自適應(yīng)下垂控制的有功一角頻率下垂系數(shù)和無功一電壓下垂系 數(shù)計(jì)算的原理圖。當(dāng)光伏實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)偏離額定運(yùn)行點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，如圖2中B和圖3中B點(diǎn)，為 保證系統(tǒng)在額定運(yùn)行點(diǎn)附近，應(yīng)適當(dāng)?shù)?