一種光伏高壓直流并網(wǎng)變流器的并網(wǎng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏高壓直流并網(wǎng)變流器的并網(wǎng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2014年我國光伏新增裝機容量13GW，居世界第一，累計裝機容量達到32.9GW，僅次于德國，位居世界第二，其中以大型荒漠電站為主。而這些荒漠電站多處偏遠地區(qū)，當(dāng)?shù)氐碾娏π枨蟛淮螅夥l(fā)電難以就地消納，光伏并網(wǎng)困難問題普遍存在，窩電現(xiàn)象日益嚴重。在大型負荷中心，隨著環(huán)境問題日益嚴重，急需大量清潔電力補充發(fā)電缺口。傳統(tǒng)的高壓交流電網(wǎng)受到環(huán)境問題/系統(tǒng)穩(wěn)定性問題/送電距離問題的限制，無法有效實現(xiàn)大規(guī)模清潔電力的遠距離輸送。傳統(tǒng)晶閘管高壓直流輸電技術(shù)，受到成本和技術(shù)內(nèi)在特性的限制，無法應(yīng)用于多電壓等級和功率等級的靈活直流輸電系統(tǒng)中。光伏發(fā)電急需可將大容量清潔電力遠距離輸送至負荷中心的電力輸送技術(shù)。
[0003]隨著電力電子器件和電力變換拓撲的快速發(fā)展，靈活的柔性直流輸電技術(shù)日益成熟，直流輸電換流閥成本大大降低，適用于不同輸電距離和輸電功率的靈活直流輸電系統(tǒng)開始進入建設(shè)應(yīng)用階段。光伏發(fā)電與柔性直流輸電技術(shù)結(jié)合成為一個新的技術(shù)研究方向。
[0004]光伏發(fā)電通過高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)并入大電網(wǎng)，具有以下優(yōu)勢:
[0005]1)采用光伏高壓直流并網(wǎng)技術(shù)，減少了逆變環(huán)節(jié)，提高了效率，增加了可再生能源發(fā)電能源貢獻率；
[0006]2)對于西部偏遠地區(qū)荒漠光伏電站，光伏高壓直流輸電在可采用電纜鋪設(shè)，穿越復(fù)雜地形和大海，降低輸電成本；
[0007]3)在等效輸電電壓等級下，直流輸電比交流輸電容量更大，送電距離更遠，成本更低。直流輸電電磁福射更小，與環(huán)境友好；
[0008]4)采用高壓直流輸電，不存在頻率穩(wěn)定和功角穩(wěn)定的問題，同時線路不會產(chǎn)生和消耗無功，可以更大程度的減少可再生能源并網(wǎng)對大電網(wǎng)的影響。
[0009]目前國外對直流輸電項目開展了廣泛的研究，歐洲計劃建設(shè)基于柔性直流輸電技術(shù)的超級電網(wǎng)，連接歐洲北海范圍內(nèi)的離岸風(fēng)場/光伏電站等可再生能源發(fā)電項目。2011年5月我國建成了第一個柔性直流輸電項目上海南匯風(fēng)場柔性直流輸電項目，隨著大連跨海柔性直流輸電項目和廈門柔性直流輸電項目的開工建設(shè)，我國將正式成為世界上在建柔性直流輸電項目最多、容量最大的國家。離岸風(fēng)電場接入柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)是目前可再生能源接入直流電網(wǎng)的主要應(yīng)用形式，而光伏電站具有與風(fēng)電場直流輸電同樣的電力傳輸需求，但光伏高壓直流并網(wǎng)技術(shù)國內(nèi)外研究較少，相關(guān)研究仍處于探索階段。
[0010]光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸入為幾百至一千伏直流光伏陣列，輸出直接并入幾十至幾百千伏電壓等級的高壓直流電網(wǎng)。本發(fā)明所提出的光伏高壓直流并網(wǎng)變流器并網(wǎng)控制方案在國內(nèi)外尚屬首次提出。趙偉然等于《電網(wǎng)技術(shù)》雜志2012年11月期發(fā)表的《光伏電站經(jīng)VSC-HVDC并網(wǎng)拓撲及其控制策略》提出了一種光伏電站高壓直流并網(wǎng)方案。該方案中每個光伏發(fā)電單元由光伏陣列和DC/DC變換器組成，多個光伏發(fā)電單元輸出串聯(lián)運行，各發(fā)電單元單獨進行MPPT跟蹤。該方案中由于各光伏陣列輸出功率差異大，造成各發(fā)電單元輸出功率差異很大，各功率單元輸出電壓不均衡嚴重，極易造成發(fā)電單元過壓損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種光伏高壓直流并網(wǎng)變流器的并網(wǎng)控制方法。
[0012]為實現(xiàn)高升壓比，應(yīng)用本發(fā)明并網(wǎng)方法的光伏高壓直流并網(wǎng)變流器的主電路采用模塊化電路拓撲，每個模塊為隔離型DC/DC功率單元，模塊之間采用輸入并聯(lián)、輸出串聯(lián)的拓撲形式。
[0013]本發(fā)明采用電壓電流雙閉環(huán)與均壓均流環(huán)結(jié)合控制方法，步驟如下:
[0014](1)采樣光伏陣列輸入電壓Vin和輸入電流Iin，將通過最大功率跟蹤控制器得到最大功率點的電壓作為光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸入電壓指令Vinref。
[0015](2)將光伏陣列輸入電壓Vin與光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸入電壓指令Vinref比較，通過第九PI調(diào)節(jié)器得出光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸出電流指令1utref。
[0016](3)檢測光伏高壓直流并網(wǎng)變流器總的輸入電壓Iin，求η個DC/DC功率單元的平均值Iin/n，η為大于等于1的整數(shù)。
[0017](4)檢測每個DC/DC功率單元的輸出電流Iinl、Iin2，……，Iinn，分別與各DC/DC功率單元輸入電流平均值Iin/n比較，通過第^^一 PI調(diào)節(jié)器、第一 PI調(diào)節(jié)器、第二 PI調(diào)節(jié)器得出各DC/DC功率單元均流誤差調(diào)節(jié)信號Ierrl、Ierr2,......，Ierrn。
[0018](5)將光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸出電流指令1utref分別與各DC/DC功率單元均壓誤差調(diào)節(jié)信號Ierrl、Ierr2，......，Ierrn相加，得到各DC/DC功率單元電流閉環(huán)控制指令I(lǐng)refl、Iref2，……，Irefn，將檢測到的實際的各DC/DC功率單元輸出電流1utl、
1ut2，......，1utn與各DC/DC功率單元電流閉環(huán)控制指令I(lǐng)refl、Iref2，......，Irefn比較，通過第三PI調(diào)節(jié)器、第四PI調(diào)節(jié)器、第五PI調(diào)節(jié)器得到各DC/DC功率單元調(diào)制波。
[0019](6)將生成的調(diào)制波信號與固定頻率的三角載波通過第一比較器、第二比較器、第三比較器進行比較，產(chǎn)生各DC/DC功率單元PWM信號，控制光伏高壓直流并網(wǎng)變流器各DC/DC功率單元功率器件的開通和關(guān)斷。
[0020]本發(fā)明并網(wǎng)控制方法在實現(xiàn)輸入光伏最大功率跟蹤、輸出直流并網(wǎng)電流控制的同時，實現(xiàn)了各DC/DC功率單元之間的輸出均壓控制。由于各DC/DC功率單元輸出是串聯(lián)的連接方式，實現(xiàn)各變換器輸出實時均壓控制是十分必要的。精確的輸出電壓均衡控制會有效的避免某一功率單元輸出電壓過高而導(dǎo)致過壓損壞現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而提高光伏高壓直流并網(wǎng)變流器整體的可靠性。要實現(xiàn)輸出均壓控制，一般來說，需要采集輸出電壓信號作為控制反饋信號。但由于光伏高壓直流并網(wǎng)變流器輸出電壓等級高，電壓采樣電路復(fù)雜，硬件成本高。本發(fā)明通過輸入電流均流控制，實現(xiàn)輸出電壓均壓控制。其原理是在各DC/DC功率單元輸入并聯(lián)，因此輸入電壓相等。輸出串聯(lián)，因此輸出電流相等。根據(jù)功率守恒的原