一种单相光伏并网发电系统输出功率平滑控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及新能源分布式并网发电领域，尤其设及一种单相光伏并网发电系统输 出功率平滑控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，光伏发电已经逐渐从W往的小规模离网型系统，向大规模并网系统的方向 发展。但是，由于受光照、温度等自然条件的影响，系统输出功率具有较大的间歇性和随机 性。随着大容量光伏电站的并网运行，其发电功率的剧烈波动可能会导致电网系统崩溃，严 重破坏了原有电网的功率能量平衡，导致电网调度运行困难，进而对电网的电能质量、建设 规划、经济运行等产生巨大的影响，限制了光伏并网运行的规模。利用储能装置可W在光 照良好发电充足时将部分电能储存起来，再根据需要在适当时候释放该部分电能，起到稳 定光伏电源输出和调节供用电平衡的作用，减少系统的剧烈振荡W及负荷功率曲线的峰谷 差，从而增强电网的电能质量。
[0003] 目前，常用于光伏发电系统中的储能装置按类型可分为能量型和功率型，能量型 储能包括蓄电池储能、抽水储能等，其持续充放电时间为min-h级，具有较高的能量密度， 但循环寿命较短，不适合用于频繁的充放电转换；功率型储能包括超级电容储能、飞轮储 能、超导储能等，持续充放电时间为s-min级，具有功率密度大、响应速度快、循环寿命长等 特点，但其容量相对较小，价格较高。如何根据不同类型储能的特点，结合相应的控制方式， 来最大限度地平抑光伏输出功率的波动，是现在的研究方向。
【发明内容】
[0004] 本发明发的目的在于提供一种单相光伏并网发电系统输出功率平滑控制装置及 控制方法，能够解决现在光伏发电系统输出功率波动频繁、并网电流谐波含量高的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种单相光伏并网发电系统输出功率平滑控制装置，包括由光伏电源、Boost变换 器、直流滤波电容、蓄电池、第一双向直流变换器、超级电容器、第二双向直流变换器及逆变 器组成的光伏并网发电系统，光伏电源通过Boost变换器连接到直流母线上，蓄电池和超 级电容器分别经第一双向直流变换器和第二双向直流变换器连接在直流母线上，直流滤波 电容并联在两条直流母线之间，直流母线通过并网逆变器与电网相连，还包括第一控制装 置，第一控制装置控制连接第一双向直流变换器，用来控制蓄电池的充放电，在工作时，第 一控制装置通过对蓄电池功率参考值Pit与功率传感器采集到的蓄电池实际输出功率Pbw 的差值进行PI控制及限幅，得到蓄电池的电流参考值ilt，第一控制装置再将蓄电池的电 流参考值ilt与电流互感器采集到的蓄电池的实际输出电流ibw的差值进行PI控制及限 幅，得到第一调制信号，第一控制装置将得到的第一调制信号与=角载波比较，形成PWM信 号来控制第一双向直流变换器，从而控制蓄电池的充放电，Boost变换器即为升压变换器。
[0007] 所述第一控制装置包括第一PI控制器、第一限幅器、第二PI控制器、第二限幅器 及第一比较器，第一PI控制器用来对蓄电池功率参考值Pit与功率传感器采集到的蓄电池 实际输出功率Pbw的差值进行PI控制，第一限幅器用来限制第一PI控制器输出信号的幅 值，第二PI控制器用来将蓄电池的电流参考值ilt与电流互感器采集到的蓄电池的实际输 出电流ib。,的差值进行PI控制，第二限幅器用来限制第二PI控制器输出信号的幅值，第一 比较器用来形成PWM信号W控制第一双向直流变换器，从而控制蓄电池的充放电。
[000引还包括第二控制装置，第二控制装置控制连接第二双向直流变换器，用来控制超 级电容器的充放电，在工作时，第二控制装置通过对电压互感器采集到的直流母线电压Ud。 与其参考值的差值进行PI控制和限幅，得到超级电容器的电流参考值i 第二控制 装置再将超级电容器的电流参考值与电流互感器采集到的超级电容器的实际输出电流iw及并网逆变器的输出电流电流ihS者的差值进行PI控制和限幅，得到第二调制信号， 第二控制装置将得到的第二调制信号与=角载波比较，形成PWM信号来控制第二双向直流 变换器，从而控制超级电容器的充放电。
[0009] 所述第二控制装置包括第=PI控制器、第=限幅器、第四PI控制器、第四限幅器 及第二比较器，第SPI控制器用来对电压互感器采集到的直流母线电压Ud。与其参考值U1 的差值进行PI控制，第S限幅器用来限制第SPI控制器输出信号的幅值，第四PI控制器 用来对超级电容器的电流参考值与电流互感器采集到的超级电容器的实际输出电流 iw及并网逆变器的输出电流电流i1。立者的差值进行PI控制，第四限幅器用来限制第四PI 控制器输出信号的幅值，第二比较器用来形成PWM信号W控制第二双向直流变换器，从而 控制超级电容器的充放电。
[0010] 单相光伏并网发电系统输出功率平滑控制方法，依次包括W下步骤：
[0011] (1)光伏电源经Boost变换器连接到直流母线上，蓄电池和超级电容器分别经第 一双向直流变换器和第二双向直流变换器连接在直流母线上；
[001引 似利用功率传感器采集光伏电源瞬时输出功率PpY，其中下标PV表示光伏，并非 变量；
[001引 做采用低通滤波器获得光伏电源瞬时输出功率的低频分量PpY';
[0014] (4)采集电网调度功率Pw。将步骤做得到的光伏电源瞬时输出功率的低频分量 Pp/与电网调度功率Pse进行比较，计算出蓄电池的功率参考值P\at，P\at=Pset-Pp/G(S)， 其中G(S) =：^，其中T为时间常数，s表示拉普拉斯变换，下标bat表示蓄电池，并非 1+TS 变量；
[0015] (5)利用功率传感器采集蓄电池实际输出功率Pbw，将上述步骤（4)得到的蓄电池 功率参考值与蓄电池实际输出功率Pbat的差值输入通过第一PI控制器，然后经第一限 幅器后得到蓄电池的电流参考值(kpi+kii/s) (Pbw-P\J，其中，kpi为比例系数， P表示比例，kii为积分系数，i表示积分，下标pi和il仅为区分作用，并非变量，第一PI控 制器的计算公式为kpi+kii/s，其中kpi为比例系数，P表示比例，kU为积分系数，i表示积分， 下标pi和il仅为区分作用，并非变量，S表示拉普拉斯变换；
[0016] 做利用电流互感器采集蓄电池的输出电流ibw，将步骤妨中得到的蓄电池的电 流参考值ilt与蓄电池的输出电流ibw的差值输入第二PI控制器，然后经过第二限幅器， 得到第一调制信号，将第一调制信号与=角载波进行比较，形成PWM信号来控制第一双向 直流变换器，从而控制蓄电池的充放电，第二PI控制器的计算公式为kp2+ki2/s，其中kp2为 比例系数，下标P表示比例，ki2为积分系数，下标i表示积分，下标p2和i2仅为区分作用， 并非变量，S表示拉普拉斯变换，下标bat表示蓄电池，并非变量。
[0017] 还包括步骤（7)至步骤巧），具体为：
[001引 （7)利用电压互感器采集直流母线电压叫。，将直流母线电压叫。与其参考值U1的 差值输入第SPI控制器，然后经过第S限幅器，得到超级电容器的电流参考值r,。，第SPI控制器的计算公式为kp3+ku/s，其中kp3为比例系数，下标P表示比例，k13为积分系数，下标 i表示积分，下标p3和i3仅为区分作用，并非变量，S表示拉普拉斯变换，下标dc表示直 流，并非变量，下标SC表示超级电容器，并非变量，参考值11^1。的大小等于直流母线的额定 电压；
[0019] 做利用电流互感器采集并网逆变器输入电流ii。及超级电容器实际输出电流i 将步骤（7)得到的超级电容器的电流参考值ru与超级电容器的实际输出电流iS。及并网逆 变器的输出电流电流ihS者的差值送入第四PI控制器，然后经过第四限幅器，得到第二调 制信号，将第二调制信号与S角载波进行比较，形成PWM信号来控制第二双向直流变换器， 从而控制超级电容器的充放电，第四PI控制器的计算公式为kp4+ki4/s，其中kp4为比例系数 下标P表示比例，kw为积分系数，下标i表示积分，下标p4和i4仅为区分作用，并非变量， S表示拉普拉斯变