本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領域，是一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略。

背景技術：

太陽能資源豐富、可持久續(xù)用，是目前具有大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)潛能的可再生能源之一，許多國家已經(jīng)做出大規(guī)模開發(fā)太陽能發(fā)電的決策和規(guī)劃。截至2016年底，我國光伏發(fā)電累計裝機容量達到7742萬千瓦，預計2020年光伏裝機容量達1.5億千瓦，每年新增容量2000萬千瓦左右，光伏發(fā)電呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。

由于受資源稟賦約束，大規(guī)模光伏發(fā)電多位于電網(wǎng)結構薄弱的沙漠/半沙漠地帶，經(jīng)逆變器并網(wǎng)。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電容量的增加，電網(wǎng)阻抗不可忽略，導致所接入電網(wǎng)呈現(xiàn)弱交流電網(wǎng)特性。并網(wǎng)點電壓受光伏陣列輸出功率擾動、電網(wǎng)擾動等多方面影響，易產(chǎn)生波動。波動的并網(wǎng)點電壓反過來影響光伏逆變器控制系統(tǒng)的動態(tài)，基于理想電網(wǎng)條件假設的光伏逆變器控制系統(tǒng)設計被破壞，光伏逆變器的控制適應性面臨挑戰(zhàn)，其運行穩(wěn)定性得到廣泛關注。

為提高光伏發(fā)電接入弱交流系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，現(xiàn)有技術提出了一種基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的小信號模型優(yōu)化設計光伏逆變器的控制方法，但是，由于弱交流系統(tǒng)條件下光伏逆變器的各控制環(huán)路間交互影響，現(xiàn)有的控制方法并不適用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種科學合理，適用性強，效果佳的基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略，通過在控制系統(tǒng)引入虛擬端電壓，可等效地減小電網(wǎng)阻抗，提高弱交流系統(tǒng)條件下光伏發(fā)電的運行穩(wěn)定性。

解決其技術問題采用的技術方案是，一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略，其特征是，它包括以下步驟：

1)測量光伏逆變器的三相端電壓uta、utb、utc，經(jīng)過虛擬端電壓控制生成三相虛擬端電壓utavir、utbvir、utcvir，再經(jīng)過鎖相環(huán)后，輸出的相位為θpllvir，將三相虛擬端電壓utavir、utbvir、utcvir經(jīng)過派克變換處理得到d軸分量的有功電壓utdvir、q軸分量的無功電壓utqvir，通過pll跟蹤交流母線電壓相位，保持虛擬端電壓相量與d軸重合；測量逆變器三相電流ia、ib、ic經(jīng)過派克變換處理得到d軸分量的有功電流id、q軸分量的無功電流iq；

2)以追蹤直流電壓為目標，給定一個直流電壓的參考值udcref，將直流電壓udc與直流電壓參考值udcref的電壓差值輸入到pi控制器中，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出一個d軸有功電流參考指令idref，pi控制器的時域表達式為

idref＝kp(udc-udcref)+ki∫(udc-udcref)dt；

3)以追蹤端電壓為目標，給定一個端電壓幅值的參考值utref，將端電壓ut與端電壓幅值參考值utref的電壓差值輸入到pi控制器中，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出一個q軸有功電流參考指令iqref，pi控制器的時域表達式為

iqref＝kp(ut-utref)+ki∫(ut-utref)dt；

4)將步驟1)中得到的有功電流id、無功電流iq分別與步驟2)、步驟3)中的有功電流參考指令idref、無功參考電流指令iqref作差，并將差值輸入pi控制器，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出d軸電壓ud1和q軸電壓uq1，pi控制器的時域表達式為

ud1＝kp(idref-id)+ki∫(idref-id)dt，uq1＝kp(iqref-iq)+ki∫(iqref-iq)dt；

5)將步驟4)中得到的d軸電壓ud1和q軸電壓uq1與步驟1)中得到的虛擬d軸有功電壓utdvir、虛擬q軸無功電壓utqvir、d軸有功電流id以及q軸無功電流iq進行疊加，求得光伏逆變器d軸輸出電壓ud和q軸輸出電壓uq，將其經(jīng)過派克反變換處理得到光伏逆變器調(diào)制量va、vb、vc，進而驅(qū)動光伏逆變器。

本發(fā)明的一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略，能夠克服現(xiàn)有技術的不足，在控制系統(tǒng)引入虛擬端電壓，可等效地減小電網(wǎng)阻抗，從而提高弱交流系統(tǒng)條件下光伏發(fā)電的運行穩(wěn)定性。具有科學合理，實用性強，效果佳等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明研究的光伏發(fā)電接入弱交流系統(tǒng)結構示意圖；

圖2是光伏發(fā)電原有控制策略示意圖；

圖3是基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略示意圖；

圖4是弱交流系統(tǒng)下光伏發(fā)電基于原有控制策略的系統(tǒng)不穩(wěn)定示意圖；

圖5是弱交流系統(tǒng)下光伏發(fā)電基于虛擬端電壓控制策略的系統(tǒng)穩(wěn)定示意圖。

具體實施方式

下面利用附圖和實施例對本發(fā)明的一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略進行詳細說明。

參照圖1-圖3，本發(fā)明的一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略，包括以下步驟：

1)測量光伏逆變器的三相端電壓uta、utb、utc，經(jīng)過虛擬端電壓控制生成三相虛擬端電壓utavir、utbvir、utcvir，再經(jīng)過鎖相環(huán)后，輸出的相位為θpllvir，將三相虛擬端電壓utavir、utbvir、utcvir經(jīng)過派克變換處理得到d軸分量的有功電壓utdvir、q軸分量的無功電壓utqvir，通過pll跟蹤交流母線電壓相位，保持虛擬端電壓相量與d軸重合；測量逆變器三相電流ia、ib、ic經(jīng)過派克變換處理得到d軸分量的有功電流id、q軸分量的無功電流iq；

2)以追蹤直流電壓為目標，給定一個直流電壓的參考值udcref，將直流電壓udc與直流電壓參考值udcref的電壓差值輸入到pi控制器中，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出一個d軸有功電流參考指令idref，pi控制器的時域表達式為

idref＝kp(udc-udcref)+ki∫(udc-udcref)dt；

3)以追蹤端電壓為目標，給定一個端電壓幅值的參考值utref，將端電壓ut與端電壓幅值參考值utref的電壓差值輸入到pi控制器中，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出一個q軸有功電流參考指令iqref，pi控制器的時域表達式為

iqref＝kp(ut-utref)+ki∫(ut-utref)dt；

4)將步驟1)中得到的有功電流id、無功電流iq分別與步驟2)、步驟3)中的有功電流參考指令idref、無功參考電流指令iqref作差，并將差值輸入pi控制器，經(jīng)過pi控制器的時域表達式計算出d軸電壓ud1和q軸電壓uq1，pi控制器的時域表達式為

ud1＝kp(idref-id)+ki∫(idref-id)dt，uq1＝kp(iqref-iq)+ki∫(iqref-iq)dt；

5)將步驟4)中得到的d軸電壓ud1和q軸電壓uq1與步驟1)中得到的虛擬d軸有功電壓utdvir、虛擬q軸無功電壓utqvir、d軸有功電流id以及q軸無功電流iq進行疊加，求得光伏逆變器d軸輸出電壓ud和q軸輸出電壓uq，將其經(jīng)過派克反變換處理得到光伏逆變器調(diào)制量va、vb、vc，進而驅(qū)動光伏逆變器。

參照圖4-圖5，對于本發(fā)明的光伏發(fā)電接入弱交流系統(tǒng)結構來說，采用基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制后，等效地減小電網(wǎng)阻抗，提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

本實施例驗證了一種基于虛擬端電壓的光伏發(fā)電運行控制策略的有效性與可行性。

本發(fā)明的實施例僅用于對本發(fā)明作進一步的說明，并非窮舉，并不構成對權利要求保護范圍的限定，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明實施例獲得的啟示，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動就能夠想到其它實質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護范圍內(nèi)。