防止光伏并网电压越限的逆变器无功调节控制方法

摘要

本发明公开了一种防止光伏并网电压越限的逆变器无功调节控制方法，涉及调节电变量的装置或方法技术领域。所述方法包括如下步骤：光伏并网逆变器运行中实时检测并网点处的电压US，光伏并网点处的电压上限Umax为已知量；若US≤Umax时，逆变器以MPPT控制模式发出有功功率；若US＞Umax时，逆变器启动无功调节模式，通过调节逆变器的无功功率使得并网点处的电压US维持在光伏并网点处的电压上限Umax。所述方法能够动态分配光伏逆变器的有功功率和无功功率输出，保证光伏并网点电压始终维持在其上限或以下，减少逆变器退出运行次数，使光伏发电具备显著、灵活的调压能力。

说明书

技术领域

本发明涉及调节电变量的装置或方法技术领域，尤其涉及一种防止光伏并 网电压越限的逆变器无功调节控制方法。

背景技术

随着能源危机问题的日益突出，可再生能源越受到人们的青睐，尤其是清 洁、无污染、资源分布广、开采方便的太阳能。光伏发电作为一种高效利用太 阳能的形式在全球范围内迅速增长。光伏并网可以在低压侧直接并网也可以经 升压变压器后并网。光伏电源并入配电网后使原来的单电源辐射状结构变成了 多电源结构，改变了原来的潮流方向和大小，随着光伏渗透率的提高，光伏并 网对配电网电压的影响越来越大。需要解决光伏并网后导致并网点电压越限问 题。现有改善配电网电压越限的主要技术手段有：变压器有载调压、电容器组 补偿、有源滤波器(APF)补偿、静止无功发生器(SVG)补偿等，这些技术手 段需要增加硬件投入，并不适合于所有接入光伏的配电网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止光伏并网电压越限的逆变器无 功调节控制方法，所述方法能够使光伏逆变器输出的电压实时响应并网点电压 变化，动态分配光伏逆变器的有功功率和无功功率输出，保证光伏并网点电压 始终维持在其上限或以下，减少逆变器退出运行次数，使光伏发电具备显著、 灵活的调压能力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种防止光伏并网电 压越限的逆变器无功调节控制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)光伏并网逆变器运行中实时检测并网点处的电压U_S，光伏并网点处的 电压上限U_max为已知量；

2)若U_S≤U_max时，逆变器以MPPT控制模式发出有功功率；

3)若U_S＞U_max时，逆变器启动无功调节模式，通过调节逆变器的无功功 率使得并网点处的电压U_S维持在光伏并网点处的电压上限U_max。

进一步的技术方案在于：无功调节模式具体为：

当启动无功调节模式时，记录当前逆变器发出的有功功率P_PV和无功功率 Q_PV与负荷消耗的有功功率P_L和无功功率Q_L，其中上述四个参数满足以下关 系：

$U_O=U_S+\frac{(P_L-P_{PV})R+(Q_L-Q_{PV})X}{U_S}---\left(1\right)$

式(1)中R为连接光伏电源的线路电阻，X为连接光伏电源的线路电抗， 在MPPT模式下，Q_PV为0；

由式(1)可得

(U_O-U_S)U_S＝(P_L-P_PV)R+(Q_L-Q_PV)X(2)

当启动无功调节模式后，控制逆变器发出无功功率来降低并网点电压U_S；

在逆变器发出有功功率P_PV下，为使并网点电压U_S降到光伏并网点处的电 压上限U_max，逆变器发出的无功功率Q′_PV满足

(U_O-U_max)U_max＝(P_L-P_PV)R+(Q_L-Q′_PV)X(3)

联立式(2)和式(3)可得逆变器的无功功率增量ΔQ_PV为

${\mathrm{\Delta Q}}_{PV}=-(Q_{PV}-Q_{PV}^{\prime })=-\frac{(U_S-U_O)U_S-(U_{max}-U_O)U_{max}}{X}---\left(4\right)$

逆变器发出的无功功率Q′_PV为

Q′_PV＝Q_PV+ΔQ_PV(5)

将当前的有功功率P_PV和计算得到的逆变器发出的无功功率Q′_PV作为逆变 器下一时刻有功和无功功率参考输入值，然后逆变器进行PQ控制，在无功调节 模式下，不限制逆变器发出有功功率P_PV，通过控制逆变器发出无功功率，使并 网点电压维持在电压上限U_max处。

进一步的技术方案在于：若根据式(2)-(5)得到逆变器下一时刻的无功 功率参考输入值Q′_PV大于0时，逆变器退出无功调节模式，重新按MPPT模式运 行。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法只需调节光伏并网逆 变器输入的无功功率和有功功率值，即可有效解决并网点处电压越限问题，使 并网点处电压始终维持在光伏并网点电压的上限或以下，无需额外的硬件，成 本低，控制原理简单，能有效减少逆变器退出运行次数，使光伏发电具备显著、 灵活的调压能力，从而改善光伏并网性能，使光伏发电与配电网之间能有效的 运行。

附图说明

图1是一种单一光伏并网接入配电网系统结构图；

其中：1、光伏组件2、逆变器3、配电网。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。

总体的，本发明公开了一种防止光伏并网电压越限的逆变器无功调节控制 方法，包括如下步骤：

1)光伏并网逆变器运行中实时检测并网点处的电压U_S，光伏并网点处的 电压上限U_max为已知量；

2)若U_S≤U_max时，逆变器以MPPT控制模式发出有功功率；

3)若U_S＞U_max时，逆变器启动无功调节模式，通过调节逆变器的无功功 率使得并网点处的电压U_S维持在光伏并网点处的电压上限U_max。

其中，图1为一种单一光伏并网接入配电网系统结构图，图1中：U_O为配 电网电压、U_S为并网点电压、R为连接光伏电源的线路电阻、X为连接光伏电 源的线路电抗、S_PV为光伏向配电网注入容量、P_PV为光伏向配电网发出的有功 功率、Q_PV为光伏向配电网发出的无功功率、P_L为负荷消耗的有功功率，Q_L为 负荷消耗的无功功率，其中S_PV＝P_PV+jQ_PV。

启动逆变器进行并网，逆变器运行初期以MPPT控制为主，且在逆变器最 大输出容量S_PV范围内只发出有功功率。逆变器启动后实时检测并网点电压U_S， 并记录当前逆变器发出有功功率P_PV和无功功率Q_PV。配电网正常电压U_O、连 接光伏电源的线路阻抗X和光伏并网点处的电压上限U_max为已知量。

(1)若U_S≤U_max时，逆变器以MPPT控制模式发出有功功率。

(2)若U_S＞U_max时，逆变器启动无功调节模式，并记录当前逆变器发出 的有功功率P_PV。

逆变器发出有功功率P_PV、无功功率Q_PV与负荷消耗有功功率P_L、无功功率 Q_L满足以下关系

$U_O=U_S+\frac{(P_L-P_{PV})R+(Q_L-Q_{PV})X}{U_S}---\left(1\right)$

式(1)中：R为连接光伏电源的线路电阻，在MPPT模式下，Q_PV为0。

由式(1)可得

(U_O-U_S)U_S＝(P_L-P_PV)R+(Q_L-Q_PV)X(2)

当启动无功调节模式后，需要逆变器发出无功功率来降低并网点电压。

在逆变器发出有功功率P_PV下，为使并网点电压降到电压上限U_max，逆变器 发出的无功功率Q′_PV满足

(U_O-U_max)U_max＝(P_L-P_PV)R+(Q_L-Q′_PV)X(3)

联立式(2)和式(3)可得逆变器的无功功率增量ΔQ_PV为

${\mathrm{\Delta Q}}_{PV}=-(Q_{PV}-Q_{PV}^{\prime })=-\frac{(U_S-U_O)U_S-(U_{max}-U_O)U_{max}}{X}---\left(4\right)$

逆变器发出的无功功率Q′_PV为

Q′_PV＝Q_PV+ΔQ_PV(5)

将当前的P_PV和计算得到的Q′_PV作为逆变器下一时刻有功、无功功率参考输 入值，对逆变器进行PQ控制。

在无功调节模式下，不限制逆变器发出有功功率，通过控制逆变器发出无 功功率，使并网点电压维持在电压上限U_max处。

若根据式(2)-式(5)得到逆变器下一时刻的无功功率参考输入值Q′_PV大 于0，逆变器退出无功调节模式，重新按MPPT模式运行。

所述方法只需调节光伏并网逆变器输入的无功功率和有功功率值，即可有 效解决并网点处电压越限问题，使并网点处电压始终维持在光伏并网点电压的 上限或以下，无需额外的硬件，成本低，控制原理简单，能有效减少逆变器退 出运行次数，使光伏发电具备显著、灵活的调压能力，从而改善光伏并网性能， 使光伏发电与配电网之间能有效的运行。