[发明专利]一种不平衡电网电压情况下光伏逆变器的控制方法

摘要

一种不平衡电网电压情况下光伏逆变器的控制方法，属于光伏发电控制技术领域。步骤包括：光伏系统的设计；基于瞬时功率理论，提出一种电网电压不平衡时光伏逆变器的输出电流参考值算法；对采用所提出电流参考值算法的光伏逆变器输出功率进行分析；电网电压不平衡时光伏逆变器电流控制结构的设计。无论是在电网电压平衡或不平衡情况下，本发明中的控制策略都能很好地实现光伏逆变器的并网控制并具有较好的动态性能。优点在于，能够有效的实现电网电压不平衡时光伏逆变器的并网电流控制，且其输出电流不含谐波，输出有功、无功功率波动较小且可灵活调节，有助于提高光伏电站的不对称故障穿越能力。

主权项

一种不平衡电网电压情况下光伏逆变器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：光伏系统的设计。光伏并网系统由光伏阵列、光伏逆变器、滤波器和主网组成，光伏阵列采用5参数光伏电池模型来搭建光伏阵列模型,该电池模型采用光伏电池单二极管等效物理数学模型来评估光伏阵列的输出性能；该电池模型的等效电路为一个电流源并联一个反向二极管和一个等效并联电阻，然后再串联一个等效串联电阻，共包含5个参数：光生电流I_pv、二极管反向饱和漏电流I_o、理想因子a、等效并联电阻R_p和等效串联电阻R_s；5参数光伏电池模型的I‑V特性为：$I=I_{\mathrm{pv}}-I_0[\exp \left(\frac{V+R_{s}I}{V_{t}a}\right)-1]-\frac{V+R_{s}I}{R_p}$步骤2：提出一种电网电压不平衡时光伏逆变器的输出电流参考值算法：电网电压不平衡时，电压向量u和u^┸都含有负序分量，此时可设定光伏逆变器的输出电流参考值为：$i^{*}={\mathrm{xu}}^{+}+{\mathrm{yu}}^{-}+{\mathrm{zu}}_{\⊥}^{+}+{\mathrm{wu}}_{\⊥}^{-}$式中，u⁺、u^—分别为电压向量u的正负序分量，分别为电压向量u^┸的正负序分量，x、y、z、w分别为设定的未知常数；光伏逆变器输出有功、无功功率分别为：$\begin{array}{c}p=(u^{+}+u^{-})\·({\mathrm{xu}}^{+}+{\mathrm{yu}}^{-}+{\mathrm{zu}}_{\⊥}^{+}+{\mathrm{wu}}_{\⊥}^{-})\\ =x{{|u}^{+}|}^2+y{{|u}^{-}|}^2+(x+y)u^{+}\·u^{-}+(z-w)u_{\⊥}^{+}\·u^{-}\end{array}$$\begin{array}{c}q=(u_{\⊥}^{+}+u_{\⊥}^{-})\·({\mathrm{xu}}^{+}+{\mathrm{yu}}^{-}+{\mathrm{zu}}_{\⊥}^{+}+{\mathrm{wu}}_{\⊥}^{-})\\ =z{{|u}^{+}|}^2+w{{|u}^{-}|}^2+(z+w)u^{+}\·u^{-}+(y-x)u_{\⊥}^{+}\·u^{-}\end{array}$为了使得光伏逆变器按给定功率输出有功、无功功率，抑制有功、无功功率波动，设定Q＝0，得：z＝w＝0为进一步抑制逆变器输出功率波动和灵活调节有功、无功波动以避免有功或者无功功率波动过大，设定：y＝kx，‑1≤k≤1又：P＝x|u⁺|²+y|u^‑|²得：$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}\\ y=\frac{\mathrm{kP}}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}\end{array}\right.$则电网电压不平衡时光伏逆变器的输出电流参考值表示为：$\begin{array}{c}{i}^{*}={\mathrm{xu}}^{+}+{\mathrm{yu}}^{-}+{\mathrm{zu}}_{\⊥}^{+}+{\mathrm{wu}}_{\⊥}^{-}\\ =\frac{P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}(u^{+}+{\mathrm{ku}}^{-})\end{array}$采用该参考值算法的逆变器输出电流参考值不含谐波，不会给光伏系统带来电流谐波问题，输出功率的波动受变量k值的影响；步骤3：对采用步骤2中电流参考值算法的逆变器输出功率进行分析：根据步骤2中的电流参考值表达式，光伏逆变器输出有功、无功功率表示为：$\begin{array}{c}p=(u^{+}+u^{-})\·i^{*}\\ =\frac{P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}(u^{+}+u^{-})\·(u^{+}+{\mathrm{ku}}^{-})\\ =P+\frac{(1+k)P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}{u}^{+}\·u^{-}\end{array}$$\begin{array}{c}q=(u_{\⊥}^{+}+u_{\⊥}^{-})\·i^{*}\\ =\frac{P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}(u_{\⊥}^{+}+u_{\⊥}^{-})\·(u^{+}+{\mathrm{ku}}^{-})\\ =\frac{(k-1)P}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}{u}_{\⊥}^{+}\·u^{-}\end{array}$可见，采用该输出电流参考值算法的光伏逆变器输出电流不含谐波，输出功率波动大小与k值有关，变量k＝‑1时，逆变器输出有功功率没有波动；变量k＝1时，逆变器输出无功功率没有波动；为定量分析光伏逆变器输出功率的波动，下面对输出有功、无功功率波动进行量化分析：有功功率波动率Δp表示为：$\mathrm{\Δp}={\left|\frac{p-P}{P}\right|}_{\max }=\frac{(1+k)\left|u^{+}\right|\left|u^{-}\right|}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}$当输出无功功率给定值Q设为零，无功功率波动与有功功率给定值P有关联，则无功功率波动Δq定量表示为：$\mathrm{\Δq}={\left|\frac{q}{P}\right|}_{\max }=\frac{(1+k)\left|u^{+}\right|\left|u^{-}\right|}{{\left|u^{+}\right|}^2+k{\left|u^{-}\right|}^2}$化简后，Δp、Δq进一步表示为：$\mathrm{\Δp}=\frac{\mathrm{\ϵ}(1+k)}{1+{\mathrm{\ϵ}}^{2}k}$$\mathrm{\Δq}=\frac{\mathrm{\ϵ}(1-k)}{1+{\mathrm{\ϵ}}^{2}k}$步骤4：电网电压不平衡时光伏逆变器电流控制结构的设计：使用双同步旋转电流控制结构，在该电流控制结构中，在正向同步旋转参考坐标系中实现对输出电流的正序分量的控制，在反向同步旋转参考坐标系中实现对输出电流的负序分量的控制，以此实现电网电压不平衡情况下光伏逆变器对输出正、负序电流的准确控制。