一种减少太阳能光伏发电波动的控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能光伏发电控制系统及方法，尤其涉及一种减少太阳能光伏 发电波动的控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，也是影响国家安全的重要因素。传 统的石化能源属于不可再生能源，面临着枯竭的危险。另一方面，由于燃烧化石燃料，给大 气造成了重度污染。
[0003] 为了解决能源供应这一重大问题，全世界的各个国家都加快了对新能源的开发。 太阳能作为一种清洁能源，具有以下几个特点：第一，取之不尽；第二，易于获取，普遍存 在；第三，清洁，无污染。
[0004] 太阳能的开发利用是解决传统石化能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等 问题的有效途径，是人类发展的理想替代能源。太阳能的利用主要包括光热利用（热力子 发电、屋顶的太阳能热水器等）、太阳能发电、光化利用等。光伏发电正在由边远农村和特殊 应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。
[0005] 我国光伏发电产业起步于20世纪70年代，于90年代中期进入稳步发展时期，此 后发展迅速，2012年年底我国光伏发电装机容量累计达到700万千瓦，2013年年底达到 1716万千瓦，2014年达到了 2805万千瓦。太阳能电池及组件产量逐年增加，目前已跃居全 球第一。
[0006] 但是太阳能光伏发电具有随机性、波动性的特点，影响电网的稳定，大规模太阳能 光伏发电的并网给电网带来了很大的挑战。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种减少太阳能光伏发电波动的控制系统，该系统能使得 低成本实现输出太阳能光伏发电功率平稳。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种减少太阳能光伏发电波动的控制方法，该方法可 基于上述系统达到上述功能。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提出了一种减少太阳能光伏发电波动的控制系统，其 与太阳能光伏发电系统连接，所述太阳能光伏发电系统将太阳能转化为交流电输给电网， 所述控制系统包括：控制单元，电力海绵，直流电压检测装置，交流电流检测装置和交流电 压检测装置，其中：
[0010] 所述电力海绵串接于电网和电阻负荷之间，所述电力海绵的控制端与所述控制单 元的控制信号输出端连接；
[0011] 所述直流电压检测装置，其与电力海绵的直流母线连接，以检测电力海绵的直流 电压uDe，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；
[0012] 所述交流电流检测装置串接于所述电力海绵和电网之间，以检测输入电力海绵的 交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；
[0013] 所述交流电压检测装置与电网连接，以检测输入电力海绵的交流电压us，所述交 流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；
[0014] 所述控制单元还与太阳能光伏发电系统连接，以接收传输自太阳能光伏发电系统 的太阳能光伏发电功率pPTC;所述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制 器；所述控制单元根据下述模型获得电力海绵交流电压控制量Uq和电力海绵直流电压控制 量ud:
[0015] Uq=kpiMPhf-PD+ku* / (Piref-Pjdt
[0016] ud=kp2* (UDCref-UDC) +kl2*J(UDCref-UDC)dt
[0017] 式中，kpl为第一比例积分控制器的比例系数；k为第一比例积分控制器的积分 系数；Plraf表示所述电阻负荷的功率参考值，其为太阳能光伏发电功率PPV。和太阳能光伏 发电系统注入电网的功率PPVraf的差，所述太阳能光伏发电系统注入电网的功率PPVraf由 控制单元将太阳能光伏发电功率PPTC经一阶惯性环节得到；Pi表示所述电阻负荷的功率， A?Vlg* 4 ，其中Us是由接收自交流电压检测装置的交流电压us得到的交流电 压幅值，Is是由接收自交流电流检测装置的交流电流is得到的交流电流幅值，※表示交流 电压与交流电流的功角；kp2为第二比例积分控制器的比例系数，kl2为第二比例积分控制器 的积分系数；UD&rf为设定的直流电压给定值；
[0018] 所述控制单元将电力海绵交流电压控制量uq和电力海绵直流电压控制量ud进行 dq-abc派克反变换，得到与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号ua、ub、u。，控制单元 通过控制单元的控制信号输出端将与交流三相分别对应的电力海绵脉宽调制信号ua、ub、u。 传输给电力海绵的控制端，以控制电力海绵加在所述电阻负荷上的电压，使得太阳能光伏 发电系统注入电网的功率为PPVraf。
[0019] 本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统，用于平抑传输自太阳能光伏 发电系统的太阳能光伏发电功率PPTO的波动，使得低成本实现太阳能光伏发电系统注入电 网的功率为Ppvraf，从而趋于平稳。具体来说，该系统通过电网和电阻负荷之间的电力海绵， 以比例积分、dq/abc坐标变换为控制手段，控制所述电力海绵基于太阳能光伏发电功率Ppv。 和太阳能光伏发电系统注入电网的功率PPVraf之差的电阻负荷功率参考值Plraf输出加在所 述电阻负荷上的电压A，使得太阳能光伏发电功率Ppv。增加时，电压U:增加，电阻负荷功率 ?:随之增大，从而控制电阻负荷功率Pi抵消太阳能光伏发电功率PPTO的波动，使得太阳能光 伏发电系统注入电网的太阳能光伏发电功率为PPVraf。
[0020] 在本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述将电力海绵交流电 压控制量uq和电力海绵直流电压控制量ud进行dq-abc派克反变换的变换公式如下：
[0021]
[0022] 式中，0为相位角，其可由接收自交流电压检测装置的交流电压us和接收自交流 电流检测装置的交流电流is得到。
[0023] 此外，在本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述太阳能光伏 发电系统注入电网的功率PPVraf可由下述一阶惯性环节公式得到：
[0024]
[0025] 式中，1\为一阶惯性参数，其取值范围为0 <T 10,s为拉普拉斯变换算子。
[0026] 进一步地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述控制单元 为数字信号处理器。
[0027] 进一步地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述直流电压 检测装置包括直流电压传感器。
[0028] 进一步地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述交流电压 检测装置包括交流电压互感器。
[0029] 进一步地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述交流电流 检测装置包括交流电流传感器。
[0030] 优选地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述第一比例积 分控制器的比例系数kpl的范围取0 <kpl< 100,第一比例积分控制的积分系数ku的范围 取0 <ku< 10〇
[0031] 优选地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述第二比例积 分控制器的比例系数kp2的范围取0 <kp2< 100,第二比例积分控制的积分系数kl2的范围 取0 <kl2< 10〇
[0032] 进一步地，本发明所述的减少太阳能光伏发电波动的控制系统中，所述电力海绵 包括与交流三相分别对应的三个半桥结构，其中每一个半桥结构均包括：第一IGBT(绝缘 栅双极型晶体管）、第二IGBT以及直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二 IGBT的集电极，所述第一IGBT的集电极通过所述直流电容与所述第二IGBT的发射极连接， 作为电力海绵的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相电力海绵脉宽 调制信号对应的控制单元的控制信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制 端的信号相反，第二IGBT的集电极和发射极串接在对应相的电网与阻性负载之间，所述直 流电容两端的电压为电力海绵的直流电压UDC。
[0033] 上述