[发明专利]一种三相两级式光伏系统参与电网频率调节的协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电网调频控制的技术领域，尤其涉及利用光伏系统自身能力参与电网频率调节的控制方法。

背景技术

在随着电力电子技术的不断成熟，作为成本较低的清洁能源，光伏发电的规模化利用已成为发展趋势。虽然通过对电力电子变流器的控制可以灵活调节光伏发电系统的有功、无功输出，但是在提高光能利用效率、实现最大功率跟踪的同时也使得光伏系统的有功功率输出和电网频率完全解耦，而且光伏系统自身不具备旋转设备，不能提供任何惯性响应，因此大容量光伏接入会导致系统惯量的降低和调频能力的不足，光伏渗透率的不断增大对电网频率稳定性带来了严峻挑战。

为了保证电网频率稳定，当前主流控制方法是通过配置一定容量的储能系统来辅助光伏发电系统参与电网频率调节。虽然储能系统控制灵活，响应迅速，但是只依靠储能来承担光伏发电系统的调频需求，不可避免地带来配置容量高、经济效益差的问题。这就需要光伏系统自身具备一定的频率调节能力，在考虑光伏系统自身特性的基础上制定合适的频率调节控制方法，从而缓解高光伏渗透率的电网频率调节能力差的问题。目前利用光伏系统自身能力参与电网频率调节的研究较少。专利号CN201510611642.X“一种光伏参与孤立电网调频的控制方法”利用线性化法或二次差值法使光伏系统降出力运行，获得一部分备用功率使光伏系统参与电网的一次调频。上述专利未考虑利用直流电容中储存的电能参与频率调节，也未考虑在光照、温度时变条件下控制方法的适用性。

考虑到光伏系统自身没有旋转部件，对于通过两级式并网逆变器并网的光伏系统，可以利用DC-AC逆变器侧的直流电容来模拟常规同步机组的惯性响应。同时为了使光伏系统具备常规机组的一次调频能力，需要使其运行在减载模式下，引入有功功率-频率下垂控制，其中下垂系数是反映一次调频能力的重要指标，考虑到不同光照和温度条件下光伏系统的备用功率不同，一次调频能力也因此不同，为保证下垂系数取值与光伏系统频率调节能力能够在光照和温度变化的情况下实时匹配，本发明中下垂系数的取值与光伏系统备用功率成正比。光伏系统的直流电容电压控制和基于减载控制的有功功率-频率下垂控制能同时参与电网频率调节，提高电网动态频率稳定性。

发明内容

一种三相两级式光伏系统参与电网频率调节的协调控制方法，其特征在本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种三相两级式光伏系统参与电网频率调节的协调控制方法，通过直流电容电压控制模拟常规机组的惯量响应，同时通过减载控制使光伏系统提供一部分备用功率，并引入变系数的有功功率-频率下垂控制使光伏系统参与电网一次调频，从而保证在光照和温度时变的环境中，光伏系统仍然能够通过此协调控制方法为电网提供效果较好的频率支撑。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种三相两级式光伏系统参与电网频率调节的协调控制方法，包括直流电容电压控制和基于减载控制的有功功率-频率下垂控制。直流电容电压控制包括比例控制和限幅器；减载控制包括基于光照E、温度T监测信息的电容C₁直流电压改变值的查找表；有功功率-频率下垂控制包括比例控制器，PI控制器和限幅器；

在三相两级式光伏系统中，DC-DC换流器由Boost电路构成，主要实现升压和光伏系统的最大功率追踪控制，DC-AC逆变器主要实现维持直流母线电压恒定和逆变并网。

首先将直流电容电压控制模块引入光伏系统的DC-AC逆变器侧，直流电容电压控制在检测到频率信号后，与电网频率额定值做差，得到频率偏差信号，频率偏差信号经过增益系数为的比例控制器和上下限分别为和限幅环节，得到电容直流电压改变值，并附加到直流母线电压当前实际值，得到新的直流母线电压参考值根据常规同步机组的转子运动方程建立电网频率偏差与直流电容电压偏差的比例关系，使直流电容根据得到的电压参考值吸收或释放电能为电网提供频率支撑。

在光伏系统DC-DC变流器侧引入减载控制，减载控制根据光照E和温度T的监测信息，通过试错法不断调整光伏阵列出口电压和光伏系统输出功率，分别得到光照E、温度T偏离标准条件STC时为达到所需减载水平的DC-DC变流器侧电容的直流母线电压改变值，和并制作查找表，在时变光照和温度环境下利用查表法计算光伏阵列出口电压改变值，实现光伏减载运行，从而获得一部分备用功率。