一种光伏并网系统低电压穿越的定额功率控制方法

摘要

本发明公开了一种光伏并网系统低电压穿越的定额功率控制方法，包括如下的步骤：S1：确定光伏阵列的稳定工作区间[U

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏并网系统低电压穿越的定额功率控制方法。

背景技术

随着光伏发电技术的发展和成本的降低，光伏发电在电力供应中的比重不断增 加。目前，国内多个规划或在建的光伏发电基地大多采用的“大规模集中式开发， 高压远距离外送”方式。光伏并网系统作为一种新型的电源形式在电力系统中正发 挥愈加重要的作用，同时光伏发电系统在功率控制方面具有一定的潜力，有望在有 功调节方面发挥更大的作用。

在电网正常工作时，光伏并网系统以单位功率因数并网运行，此时光伏阵列提 供功率与电网需求保持一致，整个系统安全稳定运行。当电网出现突发状况，如电 网电压跌落，为了及时应对，一般要求光伏并网系统具备低电压穿越能力。传统的 低电压穿越方法多采用前馈限幅控制方法，此方法能够将网侧电流限定在安全范围 内，但却无法抑制直流侧电压的急速上升。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效抑制低电压故障中过流、过压的 光伏并网系统低电压穿越的定额功率控制方法。

技术方案：本发明所述的光伏并网系统低电压穿越的定额功率控制方法，包括 以下的步骤：

S1：确定光伏阵列的开路电压U_oc和最大功率点电压U_mpp，从而得到稳定工作 区间[U_oc，U_mpp]，并得到最大功率P_mpp；

S2：判断电网电压跌落幅度e_d是否满足e_d≥0.1，如果是，则继续进行步骤S3， 如果不是，则以最大功率P_mpp输出，进行步骤S6；

S3：判断稳定工作区间[U_oc，U_mpp]内是否能找到某一输出电压，其对应的输 出功率能够追踪到设定功率P_ref；如果能，则继续进行步骤S4，如果不能，则以最 大功率P_mpp输出，进行步骤S6；

S4：在光伏并网系统的Boost电路中，将设定功率P_ref对应的设定电压值与输 出电压值做差，再将差值输入PID控制器，调整PID控制器的参数值，从而调整 Boost电路的占空比；

S5：以设定功率P_ref输出；

S6：结束。

进一步，所述步骤S2中最大功率点电压U_mpp通过定电压跟踪法确定，定电压 跟踪法包括如下的步骤：

S2.1：确定光伏阵列的开路电压U_oc；

S2.2：根据U_mpp＝kU_oc确定最大功率点电压U_mpp，其中，0.71≤k≤0.82。

进一步，所述步骤S3包括以下的步骤：

S3.1：设置最大迭代次数N、迭代精度ε和起始计算点电压并由 起始计算点电压U₁得到起始计算点功率P₁；

S3.2：如果第k个计算点的功率P_k满足|P_k-P_ref|≤ε，且k≤N，则进行步骤S3.4； 如果第k个计算点的功率P_k满足|P_k-P_ref|>ε，且k≤N，则进行步骤S3.3；如果 k>N，则进行步骤S3.4；

S3.3：如果第k个计算点的功率P_k满足P_k-P_ref>ε，则设置第k+1个计算点的 电压并求得第k+1个计算点的功率P_k+1，重复步骤S3.2的迭代；如 果第k个计算点的功率P_k满足P_ref-P_k>ε，则设置第k+1个计算点的电压 并求得第k+1个计算点的功率P_k+1，重复步骤S3.2的迭代；

S3.4：迭代结束。

有益效果：本发明方法不仅能够在不增加硬件成本的基础上有效抑制低电压故 障中出现的过流、过压现象，且能够根据电网电压跌落的幅度快速调节光伏阵列输 出功率，提高了系统的安全性与可控性。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明的光伏并网系统的框图；

图3为本发明在Matlab/Simulink中的系统仿真模型图；

图4为前馈限幅控制方法在低电压穿越中光伏阵列输出的有功功率效果图；

图5是前馈限幅控制方法在低电压穿越中输出到电网的有功功率效果图；

图6是本发明方法在低电压穿越中光伏阵列输出的有功功率效果图；

图7是本发明方法在低电压穿越中输出到电网的有功功率效果图；

图8是前馈限幅控制方法在低电压穿越中直流侧电容电压效果图；

图9是前馈限幅控制方法在低电压穿越中网侧相电流效果图；

图10是本发明方法在低电压穿越中直流侧电容电压效果图；

图11是本发明方法在低电压穿越中网侧相电流效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本发明的方法流程图如图1所示，包括以下的步骤：

S1：确定光伏阵列的开路电压U_oc和最大功率点电压U_mpp，从而得到稳定工作 区间[U_oc，U_mpp]，并得到最大功率P_mpp；

S2：判断电网电压跌落幅度e_d是否满足e_d≥0.1，如果是，则光伏并网系统工 作在定额功率控制模式，继续进行步骤S3，如果不是，则光伏并网系统工作在MPPT 模式，以最大功率P_mpp输出，进行步骤S6；

S3：判断稳定工作区间[U_oc，U_mpp]内是否能找到某一输出电压，其对应的输 出功率能够追踪到设定功率P_ref；如果能，则继续进行步骤S4，如果不能，则以最 大功率P_mpp输出，进行步骤S6；

S4：在光伏并网系统的Boost电路中，将设定功率P_ref对应的设定电压值与输 出电压值做差，再将差值输入PID控制器，调整PID控制器的参数值，从而调整 Boost电路的占空比；

S5：以设定功率P_ref输出；

S6：结束。

其中，步骤S2中开路电压U_oc根据厂家提供的光伏电池在采用标准工况下的开 路电压来确定。

其中，步骤S2中最大功率点电压U_mpp通过定电压跟踪法确定，定电压跟踪法 包括如下的步骤：

S2.1：确定光伏阵列的开路电压U_oc；

S2.2：根据U_mpp＝kU_oc确定最大功率点电压U_mpp，其中，0.71≤k≤0.82。

步骤S3可以采用二分法寻优的方式，包括以下的步骤：

S3.1：设置最大迭代次数N、迭代精度ε和起始计算点电压并由 起始计算点电压U₁得到起始计算点功率P₁；

S3.2：如果第k个计算点的功率P_k满足|P_k-P_ref|≤ε，且k≤N，则进行步骤S3.4； 如果第k个计算点的功率P_k满足|P_k-P_ref|>ε，且k≤N，则进行步骤S3.3；如果 k>N，则进行步骤S3.4；

S3.3：如果第k个计算点的功率P_k满足P_k-P_ref>ε，则设置第k+1个计算点的 电压并求得第k+1个计算点的功率P_k+1，重复步骤S3.2的迭代；如 果第k个计算点的功率P_k满足P_ref-P_k＞ε，则设置第k+1个计算点的电压 并求得第k+1个计算点的功率P_k+1，重复步骤S3.2的迭代；

S3.4：迭代结束。

本发明针对低电压穿越时前馈限幅控制方法存在的问题，基于电压实际跌落情 况，采用减少光伏阵列有功输出的控制方法保证低电压过程的有效穿越。在电网电 压跌落时，根据电网电压跌落的幅值，等幅度地减少光伏阵列向电网输送的能量， 且经逆变器输送到电网的能量减小幅度与电压跌落幅度成正比。根据能量守恒原则， 网侧电流将不会受到电压跌落太大的影响，避免网侧过流，同时直流侧也不存在严 重的过电压问题。

根据对定额功率控制方法的分析，采用定额功率控制方法能够实现上述控制效 果，由此可利用定额功率控制方法调整光伏阵列并入电网的功率，进而完成对低电 压故障期间的系统的有功控制。

下面以一个具体实施例来进一步阐述本发明的方案。

表1 Matlab/Simulink中的仿真模型参数表

光伏并网系统如图2所示，光伏阵列工作在标准工况下，系统在MPPT模式时， 网侧功率为100KW，考虑跌落幅度较大的情况，令电网电压在0.3s-0.4s跌落80％。 根据表1中的仿真模型参数表，在Matlab/Simulink中建立系统仿真模型，如图3 所示。依次采用前馈限幅控制方法与定额功率控制方法，光伏阵列的输出功率与并 入电网功率的仿真结果分别如图4、5和图6、7所示。

由图4、5可看出，在电网电压跌落期间，采用前馈限幅控制方法时光伏阵列 基本维持在最大功率输出状态，而输送到电网的功率很快减少到20KW，且在低电压 故障解除时，输送到电网的功率激增至180KW。这是因为低电压故障期间光伏阵列 输出功率与并入电网功率之间并不一致，多余的能量累积在直流侧电容上，故障解 除电容释放能量从而导致输入电网功率激增。上述情况不仅可能导致直流侧电容两 端过电压，甚至由于并网功率的激增可能损坏网侧设备。

由图6、7可看出，在电网电压跌落期间，采用定额控制方法时光伏阵列的输 出功率很快减少到20KW，输送到电网的功率很快的减少到20KW左右，两者之间保 持功率平衡且与电网电压跌落80％的深度相近。

依次采用前馈限幅控制方法与定额功率控制方法，直流侧电容电压与网侧相电 流的仿真结果分别如图8、9和图10、11所示：

图8表明，在电网电压跌落期间，采用前馈限幅控制方法时直流侧电容两端电 压急剧增大，甚至达到了3000V，这将严重威胁系统的安全；图9表明，网侧电流 在低电压故障期间能够控制在安全范围内，但在故障解除时，网侧电流有一个大的 波动，这是由于直流侧电容放电造成的。

图10、11表明，由于定额控制方法的作用，在网侧电压跌落期间，可将直流 侧电压控制在450-500V；在电网电压恢复时，直流侧电容的放电将其值控制在630V 以内，在允许范围内；到0.53s直流侧电压稳定到设定值500V，恢复速度较快。在 故障期间网侧电流的幅值在额定值300A的1.0-1.1倍之间，被控制在安全范围内。

通过上述实施方式，可完成低电压穿越中定额功率控制方法的实例验证，由此 可见，本发明所提供的低电压穿越中定额功率控制方法，能够在网侧电压跌落时相 应减少并网的有功功率，保证在低电压故障期间直流侧不过压、网侧不过流，，技 术方案可行，实施途径简明且安全可靠。