本申請涉及用于與電力電網(wǎng)結(jié)合的光伏（pv）系統(tǒng)的控制運行。更具體地，本申請涉及一種用于孤島連接（islanded?connection）或并網(wǎng)（grid-connected）模式下的單級和兩級pv系統(tǒng)的無模型構(gòu)網(wǎng)（grid-forming）控制方案。

背景技術(shù)：

1、光伏（pv）系統(tǒng)是設(shè)計為通過光伏供應(yīng)可用太陽能功率的電力系統(tǒng)。其由若干部件的布置組成，包括吸收太陽光并將太陽光轉(zhuǎn)換為電的太陽能板以及將輸出從直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器。與其他基于逆變的功率系統(tǒng)（例如，風力渦輪機）一樣，pv系統(tǒng)是作為與電網(wǎng)連接的電流源來控制。換句話說，逆變器依賴鎖相環(huán)（pll）所檢測到的電網(wǎng)頻率作為參考，并且向電網(wǎng)注入指定量的電流。pv系統(tǒng)逆變器的常規(guī)電流源控制基于以下假設(shè)：電網(wǎng)電壓波形是具有固定頻率和幅度的基波電壓波形（也稱為“無限大母線（infinite?bus）”），并且基于逆變器的功率系統(tǒng)對電網(wǎng)的貢獻足夠小，從而不會對電網(wǎng)電壓幅度和頻率造成干擾。根據(jù)這一理論，pv系統(tǒng)只需基于基波電壓波形向電網(wǎng)注入指定電流即可。然而，隨著替代電源設(shè)施的快速增長，對電網(wǎng)電壓和頻率產(chǎn)生了明顯的影響。隨著越來越多的常規(guī)大容量同步發(fā)電機的退役，對可再生能源供應(yīng)的依賴挑戰(zhàn)了本地功率系統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。當pv系統(tǒng)連接到弱電網(wǎng)時，太陽能發(fā)電波動可能導致電網(wǎng)電壓的幅度和頻率變化的增大。這些波動可能對pll和逆變器電流控制的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2、許多現(xiàn)有可再生能源發(fā)電逆變器以“電網(wǎng)跟隨”模式運行。電網(wǎng)跟隨型設(shè)備利用快速電流調(diào)節(jié)環(huán)路來控制與電網(wǎng)交換的有功和無功功率。對于pv系統(tǒng)，逆變器的有功功率參考由能量源調(diào)節(jié)器開發(fā)，該能量源調(diào)節(jié)器基于參考電壓來執(zhí)行最大功率點跟蹤（mppt）。逆變器控制包括管理實際功率和無功功率的功能。

3、替代地，“構(gòu)網(wǎng)”型逆變器提供電壓源特性，其中電壓的角度和幅度被控制以實現(xiàn)電網(wǎng)所需的調(diào)節(jié)功能。利用這種結(jié)構(gòu)，電流將根據(jù)電網(wǎng)的需求流動，而逆變器則有助于為電網(wǎng)建立電壓和頻率。這一特性能夠與基于渦輪機驅(qū)動同步機的常規(guī)發(fā)電機相媲美。期望pv系統(tǒng)使用構(gòu)網(wǎng)逆變器獨立地重啟本地電網(wǎng)。然而，現(xiàn)有pv電站經(jīng)常利用專用鎖相環(huán)與電力電網(wǎng)連接，該專用鎖相環(huán)需要外部電網(wǎng)的支持并且無法獨立于電網(wǎng)支持功能支持黑啟動（black-start）。雖然足夠大的集成電池（例如，1?mw）可以支持黑啟動，但由于費用，大多數(shù)pv系統(tǒng)都缺乏集成電池。

4、用于pv系統(tǒng)的利用實時最大功率點估計的基于模型的構(gòu)網(wǎng)控制方案依賴于pv模型的準確性，該準確性取決于多種因素，諸如輻照度、溫度、遮陽和老化等。這樣的計算過程既復雜又耗時。此外，作為基于模型的方法，當被應(yīng)用于不同的pv系統(tǒng)時，該方法及其參數(shù)需要重新計算或甚至重新工程設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開的各方面提供了一種用于孤島連接和并網(wǎng)模式兩者的構(gòu)網(wǎng)光伏（pv）系統(tǒng)和方法。逆變器將pv陣列電壓轉(zhuǎn)換為可用作為電力系統(tǒng)負載的電源的電壓。有功功率-頻率下垂控制器對生成驅(qū)動信號以驅(qū)動逆變器的調(diào)制器進行調(diào)節(jié)。比例積分控制器生成頻率偏移值，該頻率偏移值調(diào)整有功功率-頻率下垂控制器的輸出以產(chǎn)生用于調(diào)制逆變器驅(qū)動信號的相位角控制。控制模式開關(guān)對比例積分控制器的運行在多個控制模式之間切換進行選擇。無模型控制算法對控制模式開關(guān)進行控制，包括用于使pv系統(tǒng)與電網(wǎng)同步的控制模式（221b），在該控制模式中，比例積分控制器：（a）檢測逆變器輸出電壓與電網(wǎng)輸出電壓之間的偏移，并且（b）生成頻率偏移值。

技術(shù)特征：

1.一種構(gòu)網(wǎng)光伏（pv）系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述pv系統(tǒng)是包括dc/dc轉(zhuǎn)換器的兩級pv系統(tǒng)，所述控制算法還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個控制模式還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個控制模式還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述多個控制模式還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第四控制模式是通過檢測到測量的pv陣列電壓小于基于pv陣列輸出電容器額定值的定義的電壓閾值而觸發(fā)。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第四控制模式響應(yīng)于檢測到所述逆變器的測量的輸出功率大于參考功率值和定義的儲備功率值之和而切換到所述第三控制模式，其中，所述參考功率值基于所述系統(tǒng)負載的功率需求。

9.一種計算機實現(xiàn)的用于以光伏（pv）系統(tǒng)進行構(gòu)網(wǎng)的方法，所述方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述pv系統(tǒng)是包括dc/dc轉(zhuǎn)換器的兩級pv系統(tǒng)，所述方法還包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個控制模式還包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多個控制模式還包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述多個控制模式還包括：

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于孤島連接和并網(wǎng)模式兩者的構(gòu)網(wǎng)光伏（PV）系統(tǒng)和方法。逆變器將PV陣列電壓轉(zhuǎn)換為能作為電力系統(tǒng)負載的電源的電壓。有功功率?頻率下垂控制器對生成驅(qū)動信號以驅(qū)動逆變器的調(diào)制器進行調(diào)節(jié)。比例積分控制器生成頻率偏移值，該頻率偏移值調(diào)整有功功率?頻率下垂控制器的輸出以產(chǎn)生用于調(diào)制逆變器驅(qū)動信號的相位角控制。為了比例積分控制器的運行控制模式開關(guān)在多個控制模式之間進行選擇。無模型控制算法對控制模式開關(guān)進行控制，包括用于使PV系統(tǒng)與電網(wǎng)同步的控制模式（221b），在該控制模式中，比例積分控制器：（a）檢測逆變器輸出電壓與電網(wǎng)輸出電壓之間的偏移，并且（b）生成頻率偏移值。

技術(shù)研發(fā)人員：薛楠,丁立志,烏爾里赫·明茨
受保護的技術(shù)使用者：西門子公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10