一種改善頻率動態(tài)響應(yīng)的單級式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單級式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)，尤其是一種改善頻率動態(tài)響應(yīng)的單級 式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)，屬于供電控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源需求和環(huán)境保護雙重壓力下，國際上已將更多目光投向了既可提高傳統(tǒng)能 源利用效率又能充分利用各種可再生能源的分布式發(fā)電相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。分布式發(fā)電系統(tǒng)中 所用的能源包括天然氣、太陽能、生物質(zhì)能、氫能、風(fēng)能、小水電等清潔能源。其中，太陽能由 于其不可比擬的優(yōu)勢成為新能源之首選，尤其是太陽能應(yīng)用中的光伏發(fā)電系統(tǒng)，越來受到 全球各國的重視。
[0003] 大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電站是開發(fā)太陽能的一種重要形式，單級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)具有 拓撲簡單，成本較低等優(yōu)點，而且研究高效、穩(wěn)定、安全的單級式光伏并網(wǎng)逆變器是建立大 容量光伏電站的技術(shù)基礎(chǔ)。另外，通過分布式光伏系統(tǒng)向系統(tǒng)提供慣性，改善系統(tǒng)頻率暫態(tài) 響應(yīng)，也正是分布式電源并網(wǎng)研究中的一項重要研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種改善頻率動態(tài)響應(yīng)的單級式光伏并網(wǎng)控制 系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] -種改善頻率動態(tài)響應(yīng)的單級式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)，包括光伏陣列、儲能系統(tǒng)、并 網(wǎng)逆變器、換流器控制系統(tǒng)和逆變器制系統(tǒng)，所述儲能系統(tǒng)由級聯(lián)的蓄電池和DC/DC換流 器組成；所述光伏陣列與儲能系統(tǒng)并聯(lián)后依次經(jīng)直流測量元件、并網(wǎng)逆變器和交流測量元 件接入交流電網(wǎng)；所述換流器控制系統(tǒng)的輸入端接所述直流測量元件的輸出端，其輸出端 接所述DC/DC換流器的輸入端；所述逆變器控制系統(tǒng)的輸入端接所述交流測量元件的輸出 端，其輸出端接所述并網(wǎng)逆變器的輸入端。
[0007] 所述換流器控制系統(tǒng)使用電壓修正值δ Vpv時時修正所述光伏陣列的開路電壓 Uc^產(chǎn)生功率最大值輸出所需的電壓參考值;再將所述電壓參考值送入電壓電流PI 控制器，由其產(chǎn)生控制所述DC/DC變流器的占空比d。
[0008] 所述電壓修正值δ Vpv通過將零和最大功率點計算模塊輸出值的差值輸入至PI控 制器得到。
[0009] 所述逆變器控制系統(tǒng)包括ω (s) -P控制模塊、U-Q下垂控制模塊、矢量控制模塊和 SPffM ;所述ω (s)-P控制模塊根據(jù)所述交流測量元件檢測的電網(wǎng)側(cè)頻率ω和有功功率額定 值^計算有功功率參考值』.，所述U-Q下垂控制模塊根據(jù)所述交流測量元件檢測的電網(wǎng) 側(cè)電壓Ug計算無功功率參考值{?;，所述矢量控制模塊由所述有功功率參考值和無功 功率參考值仏計算出調(diào)制電壓》1，并將所述調(diào)制電壓^4輸出至SPWM，所述SPffM的輸出 信號用于控制并網(wǎng)逆變器。
[0010] 所述有功功率參考值和無功功率參考值的計算方法為：
[0012] 其中，kd(s)為所述ω (S)-P下垂控制模塊中的動態(tài)下垂系數(shù)，〇^為頻率額定值， Un為電網(wǎng)電壓額定值，Pn為有功功率額定值，Qn為無功功率額定值，k v為電壓下垂系數(shù)。
[0013] 所述有功功率額定值Pn的計算方法為：
[0014] Pn=Hi-U' n· rn (2)
[0015] 其中m為光伏組件的并聯(lián)數(shù)目；1]'"、1'"分別為修正后的最大功率點電壓和電流， 其計算方法為：
[0017] 式中，Um、Im分別為理想情況下光伏最大功率輸出時所對應(yīng)的電壓和電流，S為光 照強度，α為電流溫度修正系數(shù)，β為電壓輻照度修正系數(shù)，γ為電壓溫度修正系數(shù)，e為 自然常數(shù)，S_為額定光照，△ T為實際溫度與額定溫度之差，AS為實際光照和額定光照之 差。
[0018] 所述Δ T的計算方法為：
[0019] Δ T = Tpv-Tnon (4)
[0020] 式中Tpv為太陽能電池板的實際溫度；T _為額定溫度。
[0021] 所述AS的計算方法為：
[0023] 所述動態(tài)下垂系數(shù)kd(s)通過對初始下垂系數(shù)1^按照頻率暫態(tài)響應(yīng)輸出的偏差量 時時修正得到：
[0024] kd(s) = kw+kf · H(S) · (Qref-CO) (6)
[0025] 其中，kf為頻率調(diào)節(jié)系數(shù)；ω ^為頻率參考值；H(s)為高通濾波環(huán)節(jié)：
[0026] H(s) = st/(l+st) (7)
[0027] 其中t為時間。
[0028] 所述下垂控制的表達式為：
[0030] 式中，ωη為頻率額定值；Un為電網(wǎng)電壓額定值；k d(s)、1^分別為動態(tài)頻率下垂系 數(shù)以及電壓下垂系數(shù)；Qn為無功功率額定值；P n為有功功率額定值，U為節(jié)點電壓。
[0031] 所述電壓修正值δ ~,產(chǎn)生方法包括以下步驟：
[0032] 步驟A :計算光伏系統(tǒng)輸出功率：
[0033] P = VpvIpv (10)
[0034] 式中，vPV、iPV分別為光伏陣列輸出端口的電壓和電流；
[0035] 步驟B :計算最大功率點計算模塊的輸出值：
[0036] dP/dvPV= i PV+vPV · (diPV/dvPV) (11)
[0037] 步驟C :當(dāng)dP/dvPV= 0時，光伏陣列輸出最大功率值，將零和最大功率點計算模塊 的輸出值ipv+Vpv· (dipV/dvPV)的差值輸入至PI控制環(huán)節(jié)，輸出電壓修正值δνρν。
[0038] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：
[0039] 本發(fā)明能有效地降低成本，簡化控制，而且在系統(tǒng)受到擾動的時候，提供必要的慣 性，改善系統(tǒng)頻率的暫態(tài)響應(yīng)，提高頻率質(zhì)量。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明中換流器控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明中換流器控制系統(tǒng)的控制流程圖；
[0043] 圖4是本發(fā)明中逆變器控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0044] 圖5是本發(fā)明中逆變器控制系統(tǒng)的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0046] 如圖1所示，一種改善頻率動態(tài)響應(yīng)的單級式光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)，由光伏陣列、儲 能系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器、換流器控制系統(tǒng)和逆變器制系統(tǒng)組成，所述儲能系統(tǒng)由級聯(lián)的蓄電池 和DC/DC換流器組成；所述光伏陣列與儲能系統(tǒng)并聯(lián)后依次經(jīng)直流測量元件、并網(wǎng)逆變器 和交流測量元件接入交流電網(wǎng)；所述換流器控制系統(tǒng)的輸入端接所述直流測量元件的輸出 端，其輸出端接所述DC/DC換流器的輸入端。
[0047] 所述逆變器控制系統(tǒng)的輸入端接所述交流測量元件的輸出端，其輸出端接所述并 網(wǎng)逆變器的輸入端。
[0048] 如圖2和圖3所示，所述換流器控制系統(tǒng)使用電壓修正值δ ^時時修正所述光 伏陣列的開路電壓Uci。，產(chǎn)生功率最大值輸出所需的電壓參考值再將所述電壓參考值 送入電壓電流PI控制器，由其產(chǎn)生控制所述DC/DC變流器的占空比d;所述電壓修正值 S vPV通過將零和最大功率點計算模塊輸出值的差值輸入至PI控制器得到。
[0049] 如圖4和圖5所示，所述逆變器控制系統(tǒng)包括ω (S)-P控制模塊、U-Q下垂控制模 塊、矢量控制模塊和SPffM ;所述ω (S)-P控制模塊根據(jù)所述交流測量元件檢測的電網(wǎng)側(cè)頻 率ω和有功功率額定值Pn計算有功功率參考值/'，:所述U-Q下垂控制模塊根據(jù)所述交 流測量元件檢測的電網(wǎng)側(cè)電壓Ug計算無功功率參考值，所述矢量控制模塊由所述有功 功率參考值./4和無功功率參考值計算出調(diào)制電壓，并將所述調(diào)制電壓輸出至 SPWM，所述SPffM的輸出信號用于控制并網(wǎng)逆變器。
[0050] 所述有功功率參考值和無功功率參考值祕F的計算方法為：
[0052] 其中，kd(s)為所述ω (S)-P下垂控制模塊中的動態(tài)下垂系數(shù)，〇^為頻率額定值， Un為電網(wǎng)電壓額定值，Pn為有功功率額定值，Qn為無功功率額定值，k v為電壓下垂系數(shù)。
[0053] 所述有功功率額定值Pn的計算方法為：
[0054] Pn= m · U' m · Γ m (2)
[0055] 其中m為光伏組件的并聯(lián)數(shù)目；1]'"、1'"分別為修正后的