区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种并网控制技术，特别涉及一种区域光伏储能系统并网变流器无源 非线性控制方法。
【背景技术】
[0002] 并入一至多种可再生能源的区域电网系统越来越受到人们的关注，尤其对于资源 匮乏但经济发展快速的中心城区，可再生能源区域电网作为大电网不可缺少的重要补充， 为区域地块提供稳定可靠、绿色环保的电源，已成为可再生能源领域的一个重要发展方向。
[0003] 在众多可再生能源发电方式中，光伏发电的简易性和适应性使其在中心城区最宜 推广。当分布式光伏发电单元大规模接入系统，由于光伏能量输出的不稳定，必须配备一定 容量的储能单元，通过电力电子变流装置对其进行变换，使区域光伏储能系统满足用户负 荷与大电网的需求。区域光伏储能系统作为大电网的补充电源控制端，其核心装置一一并 网变流器通过PQ控制实现区域光伏储能系统的功率平衡，从而维持与大电网能量交换的 稳定，所以，并网变流器是确保区域光伏储能系统安全稳定运行的关键所在。
[0004] 更高效简易的操控性能、更安全稳定的运行特性、更少的维护费用、更高的经济效 益，成为区域光伏储能系统的发展趋势，因此，实现稳定性好、鲁棒性强、性能优良的控制方 法是并网变流器研宄的主要任务。控制的难点在于：区域光伏储能系统是典型的强耦合、非 线性对象，光伏发电输出也具有时变未知、非线性的特点，虽然成熟的PQ控制方法已在区 域光伏储能系统的并网控制中得以广泛应用，但系统参数漂移而降低了并网变流器控制器 的鲁棒性的不足，限制了PQ控制在高精度、宽范围、高性能领域的推广和深入。针对区域光 伏储能系统非线性、时变的特性，从稳定控制的角度出发，研宄高性能的并网变流器非线性 控制方法是解决上述问题的可行思路。
【发明内容】
[0005] 本发明是针对可再生能源的区域电网系统中并网变流器控制难的问题，提出了一 种区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法，该方法设计电流内环、电压外环的 双环控制模式，实现有功、无功功率解耦控制的同时，考虑区域光伏储能系统参数存在不确 定性干扰的情形下，实现并网电流的精确计算与直流电容电压的补偿控制，实现分布式光 伏电池阵列和电池储能组件的最优协调控制，具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好的特点。
[0006] 本发明的技术方案为：一种区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法， 并网变流装置包括光伏电池逆变器和储能电池双向变流器；光伏电池阵列输出接光伏电池 逆变器，光伏电池逆变器输出与电网连接；储能电池组件与储能电池双向变流器双向互联， 储能电池双向变流器输出与电网连接；负载输入与光伏电池阵列、储能电池组件连接；无 源非线性控制器分别与光伏电池逆变器、储能电池双向变流器和电网连接，无源非线性控 制器控制方法包括：
[0007] 1)建立三相并网变流器非线性微分状态方程，再利用欧拉-拉格朗日方程定义并 网变流装置，在dq坐标系下并网变流器状态方程式：
【主权项】
1. 一种区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法，并网变流装置包括光伏电 池逆变器和储能电池双向变流器；光伏电池阵列输出接光伏电池逆变器，光伏电池逆变器 输出与电网连接；储能电池组件与储能电池双向变流器双向互联，储能电池双向变流器输 出与电网连接；负载输入与光伏电池阵列、储能电池组件连接；其特征在于，无源非线性控 制器分别与光伏电池逆变器、储能电池双向变流器和电网连接，无源非线性控制器控制方 法包括： 1) 建立=相并网变流器非线性微分状态方程，再利用欧拉-拉格朗日方程定义并网变 流装置，在dq坐标系下并网变流器状态方程式：
其中：系统状态变量q二歧如（/J二&]，分别为并网变流装置电流 的d、q分量及直流侧电压；q =刮/波；系统控制变量U二[咕吃如= Usq化L分别为并网变流装置电压的d、q分量及输出电容电压；D = diag{De，口， - IQ- De=Lsl2;R = diagWes，D}，Res=Rj2;l2=〇i;
c(q) = |V/, 氏为并网变流器网侧电阻；L,为并网变流器网侧电感；C为直流侧电容；D为并网变流 器等效开关阻抗；将[Uiig看作并网变流装置输入，松朵]看作并网变流装置输出； 2) 采用状态反馈无源非线性控制，设计电流内环、电压外环的双闭环控制系统，实现有 功、无功电流的解禪控制：并网变流装置输出电容电压作为电压外环控制输入，经过PI控 制器，进入电流内环无源非线性控制，电流内环控制输出进入并网变流装置，根据步骤1) 的状态方程进行有功、无功电流的解禪控制。
2. 根据权利要求1所述区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法，其特征在 于，所述电流内环控制的控制律为：
其中：山为期望电流值，跟踪误差e = q-山=[旬62 63]^;1^1，1^2，1^3为阻巧项系数。
3. 根据权利要求2所述区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法，其特征在 于，所述电压外环控制利用直流侧电容电压误差反馈，设计PI控制器，控制律为：
其中；kp，ki分别为比例增益和积分增益。
【专利摘要】本发明涉及一种区域光伏储能系统并网变流器无源非线性控制方法，从整个系统的Euler-Lagrange方程分析入手，将系统分解为电气和机械两个子系统，将机械系统看作电气子系统的无源性干扰，通过状态反馈使得区域光伏储能系统并网变流器的闭环表现为一个无源性系统，在满足并网电流、电压跟踪精度和有功、无功功率解耦控制的前提下，保证全局稳定性。该方法以系统的能量变化特性为基础，对系统模型的依赖性小，鲁棒性好，可有效抑制系统参数变化对控制器性能的影响，供电可靠性高；通过全局定义控制器，系统没有奇异点，结构简单，响应快速，实现光伏电池阵列最大功率点跟踪控制和储能电池组件最优充放电控制的同时，有效抑制并网点功率波动。
【IPC分类】H02J7-35, H02J3-38
【公开号】CN104600746
【申请号】CN201510012094
【发明人】薛花, 王育飞
【申请人】上海电力学院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月9日