本發(fā)明涉及光伏發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法。
背景技術(shù)：
：目前，作為光伏電源與電網(wǎng)之間的并網(wǎng)逆變器，其能量轉(zhuǎn)換與控制的作用對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)至關(guān)重要。以農(nóng)村屋頂光伏發(fā)電或城市小規(guī)模建筑光伏發(fā)電為主的分布式光伏發(fā)電，由于大多數(shù)處于地理位置距離主干電網(wǎng)較遠(yuǎn)地區(qū)，分布式光伏與電網(wǎng)的連接程度較弱。這樣就使得分布式光伏發(fā)電由于光照條件改變以及配電網(wǎng)負(fù)荷變化引起的接入點(diǎn)電壓波動(dòng)問題較為明顯，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)電壓越限風(fēng)險(xiǎn)。并網(wǎng)系統(tǒng)中的光伏逆變器的主電路結(jié)構(gòu)通常采用電壓型全橋逆變電路，使得其與常規(guī)的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVG)的主電路結(jié)構(gòu)一致，所以可以通過光伏逆變器可以控制無功功率輸出，依據(jù)光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，這樣逆變器具有大量的功率余量可用于無功調(diào)節(jié)，為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量，以及可以節(jié)省無功補(bǔ)償裝置的采購(gòu)費(fèi)用，因此研究并網(wǎng)逆變器無功功率輸出能力就非常具有價(jià)值和意義。但是目前沒有獲取無功功率調(diào)節(jié)能力的方法，這樣就無法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，以實(shí)現(xiàn)獲取逆變器無功能力調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，該方法包括：建立逆變器的穩(wěn)態(tài)分析模型；所述逆變器為光伏逆變器；建立所述逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的約束條件；依據(jù)所述穩(wěn)態(tài)分析模型和約束條件，計(jì)算所述逆變器的無功調(diào)節(jié)能力。優(yōu)選的，所述逆變器為三相光伏并網(wǎng)逆變器。優(yōu)選的，所述三相光伏并網(wǎng)逆變器包括光伏陣列、直流母線電容、功率模塊及LCL型濾波器。優(yōu)選的，所述穩(wěn)態(tài)分析模型的方程式如下：ud.inv=ud.pcc(1-ω2L1Cf)-ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)iq.guq.inv=ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)id.g]]>其中，ud.inv為逆變器輸出電壓在d坐標(biāo)下的電壓矢量，uq.inv為逆變器輸出電壓在q坐標(biāo)下的電壓矢量，ud.ppc為逆變器接入點(diǎn)電壓在d坐標(biāo)下的電壓矢量，ω為電流角頻率，L1為逆變器電感，L2為網(wǎng)側(cè)電感，Cf為濾波器電容，id.g為逆變器電網(wǎng)電流的實(shí)部，iq.g為逆變器電網(wǎng)電流的虛部；d坐標(biāo)和q坐標(biāo)為d-q坐標(biāo)系下的兩個(gè)坐標(biāo)。優(yōu)選的，所述約束條件包括電流約束條件和電壓約束條件。優(yōu)選的，所述電流約束條件的表達(dá)式如下：id.g2+iq.g2≤Imax2;]]>其中，Imax為最大運(yùn)行電流幅值，IN為逆變器額定電流有效值；所述電壓約束條件的表達(dá)式如下：ud.inv2+uq.inv2≤14Udc2;]]>其中，Udc為直流母線電壓。優(yōu)選的，所述逆變器的無功調(diào)節(jié)能力為Q，Q的下限為Qmin，Q的上限為Qmax，Qmin≤Q≤Qmax；其中，Qmin和Qmax的表達(dá)式如下：Qmin=max(-94Upcc2Imax2-P2,-(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)Qmax=min(94Upcc2Imax2-P2,(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)]]>其中，UPCC為逆變器接入點(diǎn)電壓，P為逆變器傳輸?shù)挠泄β?。本發(fā)明所提供的一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，建立逆變器的穩(wěn)態(tài)分析模型；所述逆變器為光伏逆變器；建立所述逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的約束條件；依據(jù)所述穩(wěn)態(tài)分析模型和約束條件，計(jì)算所述逆變器的無功調(diào)節(jié)能力?？梢姡摲椒ń⒁环N穩(wěn)態(tài)分析模型，且考慮光伏逆變器發(fā)出的無功功率受到一些因素制約即約束條件，以此分析得逆變器無功能力調(diào)節(jié)上下限值，得到了逆變器的無功調(diào)節(jié)能力，就能夠以此來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量，所以該方法獲取逆變器無功能力調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明所提供的一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法的流程圖；圖2是簡(jiǎn)化逆變器穩(wěn)態(tài)模型示意圖；圖3是仿真系統(tǒng)的簡(jiǎn)化連接電路圖；圖4是兩級(jí)式逆變器無功輸出極限示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的核心是提供一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，以實(shí)現(xiàn)獲取逆變器無功能力調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量。為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法的流程圖，該方法包括：S11：建立逆變器的穩(wěn)態(tài)分析模型；其中，所述逆變器為光伏逆變器；S12：建立逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的約束條件；S13：依據(jù)穩(wěn)態(tài)分析模型和約束條件，計(jì)算逆變器的無功調(diào)節(jié)能力?？梢姡摲椒ń⒁环N穩(wěn)態(tài)分析模型，且考慮光伏逆變器發(fā)出的無功功率受到一些因素制約即約束條件，以此分析得逆變器無功能力調(diào)節(jié)上下限值，得到了逆變器的無功調(diào)節(jié)能力，就能夠以此來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量，所以該方法獲取逆變器無功能力調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量?；谏鲜龇椒?，具體的，逆變器為三相光伏并網(wǎng)逆變器。其中，三相光伏并網(wǎng)逆變器包括光伏陣列、直流母線電容、功率模塊及LCL型濾波器。進(jìn)一步的，穩(wěn)態(tài)分析模型的方程式如下：ud.inv=ud.pcc(1-ω2L1Cf)-ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)iq.guq.inv=ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)id.g]]>其中，ud.inv為逆變器輸出電壓在d坐標(biāo)下的電壓矢量，uq.inv為逆變器輸出電壓在q坐標(biāo)下的電壓矢量，ud.ppc為逆變器接入點(diǎn)電壓在d坐標(biāo)下的電壓矢量，ω為電流角頻率，L1為逆變器電感，L2為網(wǎng)側(cè)電感，Cf為濾波器電容，id.g為逆變器電網(wǎng)電流的實(shí)部，iq.g為逆變器電網(wǎng)電流的虛部；d坐標(biāo)和q坐標(biāo)為d-q坐標(biāo)系下的兩個(gè)坐標(biāo)。進(jìn)一步的，約束條件包括電流約束條件和電壓約束條件。電流約束條件的表達(dá)式如下：id.g2+iq.g2≤Imax2;]]>其中，Imax為最大運(yùn)行電流幅值，IN為逆變器額定電流有效值；電壓約束條件的表達(dá)式如下：ud.inv2+uq.inv2≤14Udc2;]]>其中，Udc為直流母線電壓。進(jìn)一步的，逆變器的無功調(diào)節(jié)能力為Q，Q的下限為Qmin，Q的上限為Qmax，Qmin≤Q≤Qmax；其中，Qmin和Qmax的表達(dá)式如下：Qmin=max(-94Upcc2Imax2-P2,-(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)Qmax=min(94Upcc2Imax2-P2,(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)]]>其中，UPCC為逆變器接入點(diǎn)電壓，P為逆變器傳輸?shù)挠泄β省１景l(fā)明提出一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，該方法提出并分析一種穩(wěn)態(tài)分析模型，且考慮光伏逆變器發(fā)出的無功功率受到一些因素制約，以此分析得逆變器無功能力調(diào)節(jié)上下限值。基于逆變器穩(wěn)態(tài)分析模型，詳細(xì)的，帶LCL型濾波器的三相光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2中所示，由光伏陣列、直流母線電容、功率模塊、LCL型濾波器組成。其中是逆變器交流側(cè)輸出電壓，Upcc是逆變器并網(wǎng)點(diǎn)電壓，為逆變器注入電網(wǎng)電流，L1、L2、Cf分別為逆變器側(cè)電感、網(wǎng)側(cè)電感和濾波器電容，它們構(gòu)成LCL型濾波器用于濾除逆變器輸出電流諧波，用XfL1，XfL2及Xfc分別表示LCL濾波電路的三條支路電抗。逆變器的直流電壓為Udc，圖中未標(biāo)出。為分析光伏逆變器無功調(diào)節(jié)能力對(duì)光伏前端做了簡(jiǎn)化，考慮到穩(wěn)態(tài)情況下光伏陣列對(duì)逆變器DC/AC環(huán)節(jié)的影響僅是一個(gè)有功功率的注入關(guān)系，這里僅視為一個(gè)有功功率注入源，用一個(gè)可控的直流電流源替代。為穩(wěn)態(tài)分析方便，做以下假設(shè)：忽略逆變器自身?yè)p耗及濾波電路損耗；只考慮基波分量，其余高次諧波分量忽略不計(jì)。具體的，在兩相d、q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，d軸定向于接入點(diǎn)電壓矢量位置，那么對(duì)于任意穩(wěn)態(tài)工況下，接入點(diǎn)電壓矢量將是一個(gè)定值，且只有d軸分量，即：ud.pcc=Upccuq.pcc=0---(1)]]>設(shè)逆變器并網(wǎng)電流為在基波正弦穩(wěn)態(tài)情況下，微分項(xiàng)為0，網(wǎng)側(cè)DC/AC逆變器在d、q坐標(biāo)下的穩(wěn)態(tài)模型可以用如下方程描述：ud.inv=ud.pcc(1-ω2L1Cf)-ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)iq.guq.inv=ω(L1+L2-ω2L1L2Cf)id.g---(2)]]>上式給出了逆變器輸出電壓與接入點(diǎn)電壓和電網(wǎng)電流之間的關(guān)系，其中，如果結(jié)合具體LCL設(shè)計(jì)參數(shù)，有ω2L1Cf＜＜1，ω2L1L2Cf＜＜L1+L2成立，所以在基波穩(wěn)態(tài)情況下，對(duì)于LCL濾波器逆變器分析可以簡(jiǎn)化為配置單個(gè)L＝L1+L2濾波器的逆變器分析，即式(2)可簡(jiǎn)化為式(3)。ud.inv=ud.pcc-ωLiq.guq.inv=ωLiq.g---(3)]]>穩(wěn)態(tài)情況下，在給定的一直流環(huán)節(jié)運(yùn)行電壓Udc情況下，控制器輸出[m，δ]可表示為：m=2UdcUd·inv2+Uq·inv2δ=arctan(Uq·invUd·inv)---(4)]]>設(shè)聯(lián)網(wǎng)逆變器前端注入直流環(huán)節(jié)的有功功率為P，逆變器注入系統(tǒng)的無功功率為Q，采用并網(wǎng)點(diǎn)電壓定向控制情況下，逆變器經(jīng)并網(wǎng)點(diǎn)注入系統(tǒng)功率表示為：P=32ud·pccid·gQ=-32ud·pcciq·g---(5)]]>聯(lián)立式(3)、式(4)、式(5)，形成以Udc及Upcc為給定量，P、Q為自變量，id.g、iq.g、m和δ為因變量的代數(shù)方程組。因此在任意給定一功率調(diào)節(jié)工況情況下，都可以根據(jù)以上代數(shù)方程組求取聯(lián)網(wǎng)逆變器達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電壓、電流運(yùn)行狀態(tài)及控制器輸出的關(guān)鍵控制量信息。逆變器發(fā)出的無功功率能力并不是無限的，而是受到多方面因素制約。為了討論逆變器在傳輸有功功率的同時(shí)其允許的無功功率調(diào)節(jié)范圍，本發(fā)明給出聯(lián)網(wǎng)逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束條件，如下：1、最大運(yùn)行電流Imax為了保證逆變器電力電子器件的運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)選型時(shí)，允許的最大電流留有較大的裕度，一般取10％的額定電流有效值，IN為額定電流有效值。本文中基于無功調(diào)節(jié)能力，最大運(yùn)行電流幅值Imax取2、最大可逆變電壓約束條件對(duì)于采用正弦波調(diào)制的三相逆變電路而言，為了保證SPWM控制的有效性和逆變器輸出電壓的波形質(zhì)量，在采用規(guī)則采樣法SPWM脈沖控制，調(diào)制比m取值范圍(0，1]，當(dāng)調(diào)制比取最大值1時(shí)，其輸出相電壓基波幅值最大為Udc/2?；诠夥孀兤鳠o功能力的計(jì)算，本發(fā)明在給定系統(tǒng)參數(shù)情況下，逆變器在傳輸某一有功功率P時(shí)，如何計(jì)算其無功調(diào)節(jié)能力。涉及的主要系統(tǒng)參數(shù)有：SN，UN，IN分別為逆變器額定功率，額定電壓，額定電流；L為濾波器電抗；Udc為直流母線電壓；Upcc為接入點(diǎn)電壓。由最大電流約束條件有：id.g2+iq.g2≤Imax2---(6)]]>將(5)式轉(zhuǎn)換為(7)式：id.g=23·1ud.pcc·Piq.g=-23·1ud.pcc·Q---(7)]]>將(7)式帶入(6)式，得(8)式由逆變器最大可逆變電壓約束條件有：將(3)(4)式帶入(9)式得(10)式：-(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL≤Q≤(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL---(10)]]>設(shè)定逆變器無功調(diào)節(jié)下限為Qmin，無功調(diào)節(jié)的上限為Qmax，根據(jù)式(8)和式(11)可得無功調(diào)節(jié)上下限為(10)式：Qmin=max(-94Upcc2Imax2-P2,-(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)Qmax=min(94Upcc2Imax2-P2,(34UdcUpccωL)2-P2-32Upcc2ωL)---(11)]]>具體的，逆變器為兩級(jí)式光伏逆變器時(shí)，對(duì)一種兩級(jí)式光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法作進(jìn)一步說明。以兩級(jí)式光伏逆變器為例，分析來自PSCAD仿真軟件實(shí)現(xiàn)，逆變器主要系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，表1為500kVA光伏逆變器系統(tǒng)參數(shù)。仿真系統(tǒng)的簡(jiǎn)化連接電路如圖3所示，給出了光伏逆變器通過公共接入點(diǎn)(PCC)接入某配網(wǎng)運(yùn)行示意圖。該運(yùn)行模式下，光伏逆變器以分布式電源方式接入配電網(wǎng)，與系統(tǒng)電源一起為負(fù)載提供電能。逆變器出口電壓經(jīng)變壓器T2升至10kV，連接長(zhǎng)距離輸送線路(9.4Ω+j8.4Ω)由變壓器T1升至35kV，母線2接有負(fù)載，圖中的1、2、3和4代表母線。數(shù)據(jù)的獲得可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的市售產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集裝置來實(shí)現(xiàn)。表1計(jì)算條件說明如下：圖4為兩級(jí)式逆變器無功輸出極限示意圖，給出了兩級(jí)式逆變器在不同Udc值時(shí)，隨輸出有功P變化的無功輸出Q極限關(guān)系圖，對(duì)于兩極式光伏逆變器，Udc電壓取不同值時(shí)無功功率極限不同，直流側(cè)電壓Udc的選取對(duì)逆變器無功功率能力范圍影響較大，可得直流側(cè)電壓越高，逆變器輸出無功功率越高，當(dāng)Udc值大于698V時(shí)無功極限達(dá)到最大，并可得出逆變器在無功調(diào)節(jié)能力最小工況時(shí)即有功功率滿發(fā)時(shí)，約有逆變器功率容量0.4pu可以向系統(tǒng)提供無功補(bǔ)償。綜上，本發(fā)明所提供的一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法，建立逆變器的穩(wěn)態(tài)分析模型；所述逆變器為光伏逆變器；建立逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的約束條件；依據(jù)穩(wěn)態(tài)分析模型和約束條件，計(jì)算逆變器的無功調(diào)節(jié)能力。可見，該方法建立一種穩(wěn)態(tài)分析模型，且考慮光伏逆變器發(fā)出的無功功率受到一些因素制約即約束條件，以此分析得逆變器無功能力調(diào)節(jié)上下限值，得到了逆變器的無功調(diào)節(jié)能力，就能夠以此來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量，所以該方法獲取逆變器無功能力調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而為所接入配電網(wǎng)提供無功支撐，改善電網(wǎng)電壓的運(yùn)行質(zhì)量。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種光伏逆變器無功功率調(diào)節(jié)能力分析方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3