一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略的制作方法

本发明涉及光伏发电领域，是一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略。

背景技术：

太阳能资源丰富、可持久续用，是目前具有大规模商业化开发潜能的可再生能源之一，许多国家已经做出大规模开发太阳能发电的决策和规划。截至2016年底，我国光伏发电累计装机容量达到7742万千瓦，预计2020年光伏装机容量达1.5亿千瓦，每年新增容量2000万千瓦左右，光伏发电呈现快速发展态势。

由于受资源禀赋约束，大规模光伏发电多位于电网结构薄弱的沙漠/半沙漠地带，经逆变器并网。随着光伏并网发电容量的增加，电网阻抗不可忽略，导致所接入电网呈现弱交流电网特性。并网点电压受光伏阵列输出功率扰动、电网扰动等多方面影响，易产生波动。波动的并网点电压反过来影响光伏逆变器控制系统的动态，基于理想电网条件假设的光伏逆变器控制系统设计被破坏，光伏逆变器的控制适应性面临挑战，其运行稳定性得到广泛关注。

为提高光伏发电接入弱交流系统运行稳定性，现有技术提出了一种基于光伏发电系统的小信号模型优化设计光伏逆变器的控制方法，但是，由于弱交流系统条件下光伏逆变器的各控制环路间交互影响，现有的控制方法并不适用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，通过在控制系统引入虚拟端电压，可等效地减小电网阻抗，提高弱交流系统条件下光伏发电的运行稳定性。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，其特征是，它包括以下步骤：

1)测量光伏逆变器的三相端电压uta、utb、utc，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电压utavir、utbvir、utcvir，再经过锁相环后，输出的相位为θpllvir，将三相虚拟端电压utavir、utbvir、utcvir经过派克变换处理得到d轴分量的有功电压utdvir、q轴分量的无功电压utqvir，通过pll跟踪交流母线电压相位，保持虚拟端电压相量与d轴重合；测量逆变器三相电流ia、ib、ic经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq；

2)以追踪直流电压为目标，给定一个直流电压的参考值udcref，将直流电压udc与直流电压参考值udcref的电压差值输入到pi控制器中，经过pi控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，pi控制器的时域表达式为

idref＝kp(udc-udcref)+ki∫(udc-udcref)dt；

3)以追踪端电压为目标，给定一个端电压幅值的参考值utref，将端电压ut与端电压幅值参考值utref的电压差值输入到pi控制器中，经过pi控制器的时域表达式计算出一个q轴有功电流参考指令iqref，pi控制器的时域表达式为

iqref＝kp(ut-utref)+ki∫(ut-utref)dt；

4)将步骤1)中得到的有功电流id、无功电流iq分别与步骤2)、步骤3)中的有功电流参考指令idref、无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入pi控制器，经过pi控制器的时域表达式计算出d轴电压ud1和q轴电压uq1，pi控制器的时域表达式为

ud1＝kp(idref-id)+ki∫(idref-id)dt，uq1＝kp(iqref-iq)+ki∫(iqref-iq)dt；

5)将步骤4)中得到的d轴电压ud1和q轴电压uq1与步骤1)中得到的虚拟d轴有功电压utdvir、虚拟q轴无功电压utqvir、d轴有功电流id以及q轴无功电流iq进行叠加，求得光伏逆变器d轴输出电压ud和q轴输出电压uq，将其经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制量va、vb、vc，进而驱动光伏逆变器。

本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，能够克服现有技术的不足，在控制系统引入虚拟端电压，可等效地减小电网阻抗，从而提高弱交流系统条件下光伏发电的运行稳定性。具有科学合理，实用性强，效果佳等优点。

附图说明

图1是本发明研究的光伏发电接入弱交流系统结构示意图；

图2是光伏发电原有控制策略示意图；

图3是基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略示意图；

图4是弱交流系统下光伏发电基于原有控制策略的系统不稳定示意图；

图5是弱交流系统下光伏发电基于虚拟端电压控制策略的系统稳定示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略进行详细说明。

参照图1-图3，本发明的一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略，包括以下步骤：

1)测量光伏逆变器的三相端电压uta、utb、utc，经过虚拟端电压控制生成三相虚拟端电压utavir、utbvir、utcvir，再经过锁相环后，输出的相位为θpllvir，将三相虚拟端电压utavir、utbvir、utcvir经过派克变换处理得到d轴分量的有功电压utdvir、q轴分量的无功电压utqvir，通过pll跟踪交流母线电压相位，保持虚拟端电压相量与d轴重合；测量逆变器三相电流ia、ib、ic经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq；

2)以追踪直流电压为目标，给定一个直流电压的参考值udcref，将直流电压udc与直流电压参考值udcref的电压差值输入到pi控制器中，经过pi控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，pi控制器的时域表达式为

idref＝kp(udc-udcref)+ki∫(udc-udcref)dt；

3)以追踪端电压为目标，给定一个端电压幅值的参考值utref，将端电压ut与端电压幅值参考值utref的电压差值输入到pi控制器中，经过pi控制器的时域表达式计算出一个q轴有功电流参考指令iqref，pi控制器的时域表达式为

iqref＝kp(ut-utref)+ki∫(ut-utref)dt；

4)将步骤1)中得到的有功电流id、无功电流iq分别与步骤2)、步骤3)中的有功电流参考指令idref、无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入pi控制器，经过pi控制器的时域表达式计算出d轴电压ud1和q轴电压uq1，pi控制器的时域表达式为

ud1＝kp(idref-id)+ki∫(idref-id)dt，uq1＝kp(iqref-iq)+ki∫(iqref-iq)dt；

5)将步骤4)中得到的d轴电压ud1和q轴电压uq1与步骤1)中得到的虚拟d轴有功电压utdvir、虚拟q轴无功电压utqvir、d轴有功电流id以及q轴无功电流iq进行叠加，求得光伏逆变器d轴输出电压ud和q轴输出电压uq，将其经过派克反变换处理得到光伏逆变器调制量va、vb、vc，进而驱动光伏逆变器。

参照图4-图5，对于本发明的光伏发电接入弱交流系统结构来说，采用基于虚拟端电压的光伏发电运行控制后，等效地减小电网阻抗，提高了系统的运行稳定性。

本实施例验证了一种基于虚拟端电压的光伏发电运行控制策略的有效性与可行性。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。