一種基于dstatcom群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，用于解決故障情況下光伏脫網(wǎng)運行及故障恢復(fù)后并網(wǎng)對電網(wǎng)沖擊。該方法的具體步驟如下：首先根據(jù)光伏的輸出功率與其端電壓的關(guān)系，調(diào)節(jié)故障情況下光伏的端端電壓輸出從而控制光伏的輸出功率并穩(wěn)定直流側(cè)電容的電壓，使故障情況下光伏運行于DSTATCOM狀態(tài)；接著根據(jù)裝置的最大無功容量整定各個DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率，合理分配各個裝置的無功輸出；最后在電網(wǎng)基準(zhǔn)電壓基礎(chǔ)之上加入比例增益作為負反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，建立基于斜率協(xié)調(diào)控制的DSTATCOM控制策略。
【專利說明】-種基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏 低電壓穿越方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 2013年政府密集推出的一系列光伏扶持政策，14年的政策繼續(xù)延續(xù)13年大力扶 持的基調(diào)，光伏產(chǎn)業(yè)下游高增長確定性進一步增強。目前光伏電站分二種：大型地面電站 (西部較多）與分布式電站（東部較多），兩者各有優(yōu)劣，2014年國家的正式發(fā)展規(guī)劃是分 布式8GW，地面6GW。分布式由于靠近用電端易于就近消納而受到國家的重視，東部始終是 用電的最大需求端、為了緩和西電東送的成本，在東部發(fā)展分布式的趨勢不可阻擋，政府對 分布式的支持也有持續(xù)性，國家將加大目前對分布式電站的扶持力度。
[0003] 隨著分布式光伏的接入配網(wǎng)，光伏發(fā)電的發(fā)展也給電力系統(tǒng)帶來許多新的問題， 其中無功電壓問題就是最重要的問題之一。所以，目前在光伏電站的并網(wǎng)點裝設(shè)電容或者 SVC裝置以補償光伏電站的無功需求，但機械式投切和晶閘管投切速度慢，而且不能實現(xiàn)連 續(xù)調(diào)節(jié)以滿足電力系統(tǒng)的無功需求。然而，隨著FACTS裝置的發(fā)展，柔性交流輸電以其響應(yīng) 速度快，無機械投切部件等優(yōu)點，實現(xiàn)對系統(tǒng)的電壓、線路阻抗、相角和潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控 制，提供線路的輸送能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而FACTS家族中基于變流器并聯(lián)補償裝置的低 壓靜止同步補償器（DSTATCOM)裝置以其體積小，調(diào)節(jié)速度快，變流器的工作范圍大，輸出 的電流獨立于電壓，因此在配電系統(tǒng)越來越廣泛應(yīng)用。
[0004] 實際運行系統(tǒng)當(dāng)中，光伏并網(wǎng)無功電壓問題最嚴(yán)峻的當(dāng)屬電網(wǎng)故障情況下光伏的 低電壓穿越，對于光伏在電網(wǎng)故障情況下光伏如何不脫網(wǎng)運行并為電網(wǎng)提供無功支撐以實 現(xiàn)低電壓穿越是光伏并網(wǎng)之后不可避免必將面臨的問題。
[0005] 然而，目前很多關(guān)于光伏低電壓的文獻研究認為在很大程度上類似永磁風(fēng)機發(fā)電 的低電壓穿越，因此認為很多基于永磁風(fēng)機的低電壓穿越控制策略可以應(yīng)用到光伏的低電 壓穿越控制當(dāng)中，如雙環(huán)控制、無功發(fā)生控制、前饋控制及儲能控制等。但是，將風(fēng)電的低 電壓控制策略應(yīng)用到光伏的低電壓控制，存在以下兩個問題：1.光伏發(fā)電具有本身獨特的 特點，沒必要照搬風(fēng)機的低電壓控制策略，因為引入風(fēng)機的低電壓控制策略，必然增加了昂 貴的硬件設(shè)備以及復(fù)雜的控制策略；2.控制策略相對復(fù)雜，而傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)速度對 系統(tǒng)工作點以及調(diào)節(jié)參數(shù)依賴性很強，復(fù)雜的控制策略將影響系統(tǒng)響應(yīng)速度。
[0006] 光伏發(fā)電具有本身獨特的特點，并不像風(fēng)機具有很大的慣性，所以不必照搬風(fēng)機 的低電壓控制策略，因此根據(jù)光伏的自身的特點，提出適合光伏的低電壓控制策略并適用 實際工程應(yīng)用的方法是非常有必要的。
[0007] 在電網(wǎng)故障情況下，光伏運行于DSTATCOM工況以向電網(wǎng)提供無功支撐電網(wǎng)電壓 恢復(fù)，但電網(wǎng)故障情況光伏轉(zhuǎn)換為DSTATCOM運行工況與并網(wǎng)點的DSTATCOM構(gòu)成多個無功 補償裝置為電網(wǎng)提供無功支撐，多個無功補償裝置同時運行可能存在以下兩個問題：1.無 功補償裝置之間存在無功互補問題，形成無功環(huán)流；2.額定容量不同的無功補償裝置之間 無功出力不協(xié)調(diào)，即額定容量小的無功補償裝置頻繁運行于無功極限，而額定容量大的無 功補償設(shè)備卻承擔(dān)較小的無功出力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對電網(wǎng)故障情況下光伏脫網(wǎng)運行以及故障切除后重新并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖 擊，提出了一種基于DSTATC0M群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，該方法是電網(wǎng)故障情況 下，光伏轉(zhuǎn)化運行工況運行于DSTATC0M狀態(tài)，并與光伏并網(wǎng)點的DSTATC0M在無需通信的情 況下協(xié)調(diào)控制，共同分擔(dān)故障情況下電網(wǎng)的無功需求支撐電網(wǎng)電壓是實現(xiàn)光伏的低電壓穿 越，從而達到實際工程運用要求。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] 一種基于DSTATC0M群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，包括步驟：
[0011] S1.根據(jù)光伏的輸出功率與電壓之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)故障情況下光伏的輸出電壓， 從而減少光伏的有功功率的輸出，并穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓，使得故障情況下光伏運行于 DSTATC0M狀態(tài)，具體如下：
[0012] 根據(jù)光伏輸出的電流與電壓的關(guān)系式如式（1)，得到光伏輸出功率與電壓之間的 關(guān)系，
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 根據(jù)光伏輸出功率與其輸出端電壓的關(guān)系，調(diào)節(jié)控制故障情況下光伏的端電壓輸 出，從而控制其有功功率并穩(wěn)定直流側(cè)電容的電壓，使故障情況下光伏運行于DSTATCOM狀 態(tài)； (2) 根據(jù)DSTATCOM的電壓與無功電流之間的關(guān)系及裝置的最大無功容量整定各個 DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率，分配各個裝置的無功輸出； (3) 由步驟⑵整定出的DSTATCOM調(diào)節(jié)斜率得到無功裝置的比例增益，并在電網(wǎng)基準(zhǔn) 電壓基礎(chǔ)之上加入比例增益作為負反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，建立斜率協(xié)調(diào)控 制的DSTATCOM控制策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，其特征 在于，步驟（1)中根據(jù)光伏的輸出功率與電壓之間的關(guān)系調(diào)節(jié)故障情況下光伏的端電壓輸 出，能夠減少光伏的有功功率的輸出，并穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓，使得故障情況下光伏運行于 DSTATCOM狀態(tài)，具體如下：
根據(jù)光伏輸出的電流與電壓的關(guān)系式，如式（1)的得到光伏輸出功率與電壓之間的關(guān) 系， (1) 式中，Iph為光電流；I。為光伏電池中二極管的反向飽和電流；q為電子電荷；K為波爾 茲曼常數(shù)；T為絕對溫度；A為二極管因子；RS為串聯(lián)電阻；Rsh為并聯(lián)電阻； 由式⑴能夠得出光伏的功率電壓即V-I特性，由其輸出特性知，調(diào)節(jié)光伏輸出的端電 壓，能夠調(diào)節(jié)光伏輸出的有功功率； 因此根據(jù)光伏的功率電壓特性可知，故障情況下，提高光伏的輸出電壓值到Upvf，能夠 減少其有功輸出，避免電流過大損壞逆變，并且穩(wěn)定直流側(cè)電容的電壓Urf，使得故障情況下 光伏運行DSTATCOM狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，其特征在 于，故障情況下，光伏運行于DSTATCOM工況，與光伏并網(wǎng)點的DSTATCOM共同為電網(wǎng)提供無 功支撐，實現(xiàn)光伏的低電壓穿越，DSTATCOM之間協(xié)調(diào)控制根據(jù)DSTATCOM的電壓與無功電流 之間的關(guān)系及裝置的最大無功容量整定各個DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率，合理分配各個裝置的 無功輸出，具體如下： 31) 斜率的引進 DSTATCOM的輸出無功根據(jù)系統(tǒng)電壓的變化采用斜線控制，引入斜率k，對靜止無功補 償器的有效參考電壓值進行如下調(diào)整式（2): U:ef=Uref-kIQ (2) 式中，為靜止補償器的有效參考電壓；uMf為基準(zhǔn)電壓；IQ為補償器輸出電流；k為 DSTATCOM的調(diào)節(jié)斜率； 32) 各個DSTATCOM的無功分配方法 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，光伏轉(zhuǎn)為DSTATCOM控制模式，對系統(tǒng)的電壓恢復(fù)起到支持作用， 此時整個光伏電站相當(dāng)于一個DSTATCOM群，共同發(fā)出無功功率，實現(xiàn)相同目標(biāo)的電壓控 制，因此對包含多個DSTATC0M的無功補償裝置群U-I特性曲線進行合成，由電流的調(diào)差特 性可知，多個補償器的U-I合成曲線也是連續(xù)的；設(shè)η個DSTATCOM的U-I特性曲線對應(yīng)的 方程如式（3):
(3) 式中，b k2. .. kn為各個DSTATCOM的U-I特性曲線的斜率，U,ef為參考電壓值， yp y2... yn為各個DSTATCOM的實際電壓參考值； 令特性曲線的縱坐標(biāo)，即目標(biāo)電壓相等，即yi = y2 = ... = yn，將橫坐標(biāo)相加，就得到 多個補償器U-I特性的合成曲線； 對合成后的曲線分析可知：合成曲線的線性運行范圍是各個曲線線性運行范圍的和； 將y = u代入式（3)，得各個DSTATCOM各自的無功電流輸出如式（4)
⑷ 式中，Ip I2... In為各個DSTATCOM輸出的無功電流； 由式（4)可知，為把電壓穩(wěn)定在U值，由多個DSTATCOM構(gòu)成的混合無功補償系統(tǒng)中無 功電流的分配與控制器的斜率相關(guān)；只要對控制器的斜率合理取值，就能實現(xiàn)無功的合理 分配； 33)多個DSTATCOM協(xié)調(diào)運行的斜率整定 多個DSTATCOM實現(xiàn)相同目標(biāo)的電壓控制，即式（4)中的電壓值U相等，因此得到式 (5)： U = = k2I2+Uref = ...= knIn+Uref (5) 為把系統(tǒng)電壓穩(wěn)定在U，得式（6) kJi = k2I2 = ...= knIn (6) 由式（6)得DSTATCOM投入的容量與它們各自的斜率成反比，與各自的最大無功容量成 正比，即如式（7):
C7)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DSTATCOM群協(xié)調(diào)控制的光伏低電壓穿越方法，其特征在 于，根據(jù)整定出的DSTATCOM調(diào)節(jié)斜率，得到無功裝置的比例增益，并在電網(wǎng)基準(zhǔn)電壓基礎(chǔ) 之上加入比例增益作為負反饋，構(gòu)成DSTATCOM新的電壓參考值，從而建立斜率協(xié)調(diào)控制的 DSTATCOM控制策略，具體如下： DSTATC0M電壓控制器由內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器兩部分組成，外環(huán)控制器輸出的控制 信號作為內(nèi)環(huán)控制器所需的無功和有功電流或無功和有功功率的參考值；內(nèi)環(huán)控制器產(chǎn)生 一個同步驅(qū)動信號，用于在逆變器無功及有功之間實現(xiàn)解耦控制，實現(xiàn)快速控制電流的目 的； 直流側(cè)電容電壓給定值與實際值比較后的差值經(jīng)PI控制器形成有功電流參考信號 < ;網(wǎng)側(cè)電壓實際值與斜率調(diào)節(jié)后DSTATCOM新的電壓參考值比較后的差值經(jīng)PI控制器形 成無功電流參考信號ζ經(jīng)DSTATCOM內(nèi)環(huán)控制器和dq反變換后形成三相電壓參考 信號，通過PWM發(fā)生電路產(chǎn)生PWM脈沖，驅(qū)動IGBT功率器件。
【文檔編號】H02J3/38GK104104090SQ201410312845
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】趙曼勇, 文安, 魏承志, 蘇杰和, 劉年, 黃維芳, 金鑫, 楊穎安, 張喜銘, 史文博 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司