[发明专利]一种基于STATCOM-ESS的光伏低电压穿越装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于STATCOM‑ESS的光伏低电压穿越装置及控制方法。光伏阵列通过DC/AC光伏并网逆变器向电网供电。光伏低电压穿越装置加装在逆变器交流侧并与负载相连接，装置含静止同步补偿器STATCOM和储能系统ESS。STATCOM由逆变器和电容组成，通过电感L并联到电网，储能系统ESS由DAB双向直流变换器和超级电容SC组成，两者间通过DAB双向直流变换器连接。本发明的控制方法包括：针对DC/AC光伏并网逆变器的控制；针对无功补偿单元STATCOM控制：针对DAB双向直流变换器功率流动的控制：针对DAB双有源桥双向直流变换器两端电压不匹配的时候的控制。利用STATCOM进行无功补偿，迅速抬升并网点电压；利用ESS吸收多余的有功功率，缓解逆变器输出电流的压力并在故障清除后将能量返送电网。

技术领域

本发明属于太阳能发电范畴，涉及电网光伏并网系统，具体是一种基于STATCOM-ESS的光伏低电压穿越装置及控制方法。

背景技术

低电压穿越(Low Voltage Ride Through，LVRT)指在光伏并网系统电网侧发生电压暂降时，逆变器直流侧能够保持与交流侧电网的连接，支撑到电网故障恢复，从而穿越电压跌落时间，以避免引起电网故障扩大化，提高供电可靠性。现有技术中，采用静止同步补偿器STATCOM来提高光伏并网系统的低压穿越能力能够已经得到较为广泛的应用。在逆变器交流侧加装静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)可以在电压跌落时进行无功补偿，在光伏并网系统并网电压跌落时，保证光伏发电系统不脱网地连续运行。然而目前采用静止同步补偿器STATCOM解决低电压穿越质量还有待提高，有时还不能实现顺利穿越。同时，采用静止同步补偿器STATCOM解决低电压穿越时均忽视了对有功功率的控制。因此，在电压跌落时期，光伏发电系统冗余的有功功率导致输出电流激增，在给电气设备耐受能力带来压力的同时，电能还不能够得到充分利用。

中国专利CN201610361614.1《一种光伏并网逆变器低电压穿越控制系统》，公开了一种光伏并网逆变器低电压穿越控制系统。解决了在采用无功注入低电压穿越时子模块电容电压波动会造成不能顺利穿越、一些逆变器不能很好的实现低电压穿越的问题，对系统质量有提高。但是，仍然没有解决在电压跌落时期，光伏发电系统冗余的有功功率所导致的输出电流激增问题和有功功率储存问题。

发明内容

本发明旨在提供一种实现光伏并网系统的低电压穿越，增强系统的有功和无功控制能力，提高电能利用效率、供电可靠性的装置以及相关控制方法。基本思路是采用储能系统(Energy Storage System，ESS)结合静止同步补偿器STATCOM的功率控制装置，在电网侧发生电压暂降时，利用静止同步补偿器STATCOM满足无功补偿的需求，利用储能系统ESS吸收储存多余的有功功率，待清除故障后，这部分能量又返送到电网中。最终达到同时有效调节系统有功和无功的目的，实现低电压穿越，提高电能利用效率。

本发明的目的是这样达到的：

光伏阵列通过DC/AC光伏并网逆变器向电网供电，光伏低电压穿越装置加装在逆变器交流侧并与负载相连接。

光伏低电压穿越装置包括静止同步补偿器STATCOM和储能系统ESS。静止同步补偿器STATCOM由6个开关管Q构成的逆变器和直流侧电容C组成，通过电感L并联到电网；储能系统ESS由DAB双向直流变换器和超级电容SC组成，超级电容SC作为储能装置。

静止同步补偿器STATCOM和储能系统装置ESS之间通过DAB双向直流变换器连接；DAB双向直流变换器的前级连接STATCOM直流侧电容C，后级并联储能系统ESS的超级电容SC。

所述静止同步补偿器STATCOM的逆变器由6个开关管Q构成，静止同步补偿器STATCOM在其电网侧的电压及电流在abc坐标系下分布为U_abc和I_abc，电容C两端的电压为V_dc。