一种利用光伏发电装置补偿的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式能源供电的技术领域，具体的来说，是一种利用光伏发电装置 补偿的方法。
【背景技术】
[0002] 由于光伏发电系统的并网功率变化具有随机性，因此，功率的扰动将有可能影响 电网的稳定，也就是说光伏并网发电系统在提供有功能量的同时，也会对电网带来安全性 的危害。随着可再生能源发电系统的迅速发展，这一问题将会越来越严重。除此之外光伏 发电通过电力电子逆变器并网，容易产生谐波并造成电压波动及闪变，这会对用户的用电 设备造成不良的影响。
【发明内容】
[0003] 基于现有技术存在的不足，本发明提出一种利用光伏发电装置补偿的方法，该方 法包括两个补偿模式，即无功补偿模式与无功谐波混合补偿模式。
[0004] 当光伏发电装置工作在单独无功补偿模式时，设光伏并网逆变器的额定容量为 Sn。当阳光十分充足时，光伏电池发出的电能能满足光伏并网逆变器全负荷工作时，光伏并 网逆变器只发出有功功率S n，而不考虑让光伏并网逆变器发出无功功率，微网中负载所需 用的无功功率由其他设备提供；当阳光不充足时，光伏电池发出的功率P < Sn时，光伏并网 逆变器的控制系统检测微网中无功功率的大小，设为Q，如果微网中所需要的无功功率Q、 光伏电池发出的功率P与光伏并网逆变器额定容量Sn满足：-Jp'+Q2 <Sx时，则，光伏并网 逆变器发出有功功率P和无功功率Q，动态跟踪补偿无功；如果微网中的无功功率Q、光伏电 池发出的有功功率P与光伏并网逆变器的额定容量Sn满足：·
时，逆变器发出 有功功率P和无功功率.
，不足的无功功率由微网中的其他无功补偿装置或者主 电网提供；在夜间，则把光伏并网逆变器当做一个纯粹的无功补偿装置使用。
[0005] 在这种控制方法下，不仅能提高光伏并网逆变器设备的使用率，而且能减少微网 中无功补偿设备投资，减少微网与主电网之间的无功电能的往返流动，降低因无功电流在 电网上的流动而带来的损耗。
[0006] 光伏并网控制系统检测太阳能光伏电池直流母线的电压Vd。和电流I d。信号，最大 功率跟踪算法计算出光伏电源最大功率点电压信号和电流信号Ip。光伏并网逆变器直流 侧输入功率和交流侧输出功率相等。即：
[0007]
[0008]
[0009] 式中：U为逆变器交流侧线电压有效值；
[0010] I为逆变器交流侧输出相电流有效值。
[0011] 因此，光伏并网逆变器有功电流指令信号计算公式为
[0012]
[0013] sin ω t为电网同步{目号，由锁相获得。
[0014] 当光伏发电装置处于白天，且用作有功与无功同时输出时，将通过最大功率跟踪 获得的有功电流指令信号与检测出来的无功电流相减就能获得新的参考电流指令信号。
[0015]
[0016]
[0017] 式中，心i、f分别为三相参考电流指令值，iaq、ibq、i cq分别为检测出来的三相无 功电流值。
[0018]
不足的无功功率由其他设备提供，参考电流 指令为
[0019]
[0020] 当光伏发电装置处于夜晚，单独用作无功补偿装置时，且
，参 考电流指令为
[0021]
[0022] 当光伏发电装置处于夜晚，单独用作无功补偿装置时，且
，不 足的无功功率由其他设备提供，参考电流指令为
[0023]
[0024] 将得出的电流指令输出到光伏逆变控制器中，进行脉冲调制，输出PffM波，从而进 行无功电流的补偿。
[0025] 当光伏发电装置工作在无功功率和谐波混合补偿模式时
[0026] 光伏并网发电系统并接于电网与负载之间，通过检测负载电流中的谐波和无功分 量，使逆变器发出幅值相等、方向相反的补偿电流用以抵消谐波和无功分量，从而实现提高 电网电能质量的目的。光伏阵列经DC/DC升压后，由DC/AC变换后输送给电网，逆变器直流 侧的电能通过逆变以有功电流的形式输出，同时检测负载电流谐波和负载无功电流，经指 令电流运算后，得到光伏并网电流指令值，最后与逆变电流采样反馈值合成，电流控制单元 完成谐波抑制和对负载电流补偿功能，实现了补偿电流跟踪的快速性和误差，保证了电压 的供电质量。
[0027] 光伏发电装置对系统的无功、谐波补偿采用电流内环、电压外环的双闭环控制结 构，电流内环实现并网电流的跟踪控制，并保证电流跟踪的快速性和误差，电压外环调节输 出与需要补偿的无功电流指令值相加，产生电流内环的线电流参考给定信号，外环电压控 制是为了稳定光伏阵列的直流输出电压。
[0028] MPPT最大功率跟踪单元与电压检测分析单元负责跟踪光伏阵列的最大功率，使光 伏阵列输出最大的电能，同时通过电压环调制得到并形成并网电流指令，电网电流检测等 检测分析单元检测分析非线性负载的谐波和无功等非有功电流，形成谐波和无功补偿电流 指令。控制单元把并网电流指令、谐波和无功补偿等非基波有功电流指令进行合并，然后控 制逆变器电路按照合成后的电流指令驱动主电路的功率开关器件，向电网注入电能，实现 无功与谐波补偿。
[0029] 具体为先计算出电网非线性负载电流中的基波有功分量
[0030]
[0031] 式中，iaf、ibf、为电网负载中的基波有功电流分量，I i为基波电流有效值，科为 基波电流的初始相位。
[0032] 将电网负载电流中除去基波有功电流外，其他均为谐波电流与无功电流值，因此 通过将电网负载电流减去电网负载电流中的基波有功分量，从而得出谐波与无功电流值， 进行补偿，即谐波及无功分量U、i A、为：
[0033]
[0034] 式中，ia、ib、i。为三相瞬时电流值，Up为负载电流的有功分量经LPF滤波得到的 基波有功电流，A ip为i b与负载电流有功分量平均值的差值。
[0035] 前一项是负载中谐波和无功指令电流，后一项是直流侧三相基波电流，包括光伏 有功电流分量。当指令电流通过逆变器向电网中注入与i M、iA、幅值相等、极性相反的 补偿电流，就达到了在光伏发电的同时对电网进行无功补偿与谐波抑制的目的。
[0036] 其中，PffM调制信号的占空比为
[0037]
[0038] 式中，叫为调制波电压有效值，KA电网电动势前馈控制增益，eAk相电网电压， Kip为电流内环比例增益，<为电流跟踪控制指令，i#k相电网电流。
[0039] 光伏发电装置通过在发电的直流侧部分安装一适当的直流侧电容，从而使光伏发 电装置可实现无功补偿及谐波补偿，而实现该功能的同时，对直流侧电容也提出了一定的 需求，具体为直流侧电容主要作用是缓冲三相光伏发电装置的交流侧电感在开关过程中的 瞬时能量交换。设太阳电池阵列的开路电压为IV，直流侧滤波电容的耐压留有1. 15倍裕 量，即
[0040] Uc^ I. 15U0C
[0041] 在直流母线充放电周期内，电容以最大负载电流放电时，其压降保持在要求的范 围内，即电容值的选择应以直流母线电压的波动限幅为依据，即
[0042]
[0043] 同时阵列电压脉动的幅值应小于3%，即主电路平波应满足
[0044]
[0045]
[0046] 本发明通过对光伏发电装置不同补偿模式的分析来对电网的非线性负载进行补 偿，即在无功补偿模式下，以最大输出有功功率为基础，进行有功输出及无功补偿，在无功 与谐波混合补偿模式下，跟踪电网中非线性负载的电流值，提取出负载电流的有功分量，并 对非有功分量进行补偿，从而实现无功与谐波的混合补偿，提高电网电能的利用率以及在 提供清洁能源的同时提高电网的电能质量。
【附图说明】
[0047] 图1为本发明的光伏发电装置的补偿结构。
【具体实施方式】
[0048] -种利用光伏发电装置补偿的方法，该方法包括两个补偿模式，即无功补偿模式 与无功谐波混合补偿模式。
[0049] 当光伏发电装置工作在单独无功补偿模式时，设光伏并网逆变器的额定容量为 Sn。当阳光十分充足时，光伏电池发出的电能能满足光伏并网逆变器全负荷工作时，光伏并 网逆变器只发出有功功率S n，而不考虑让光伏并网逆变器发出无功功率，微网中负载所需 用的无功功率由其他设备提供；当阳光不充足时，光伏电池发出的功率P < Sn时，光伏并网 逆变器的控制系统检测微网中无功功率的大小，设为Q，如果微网中所需要的无功功率Q、 光伏电池发出的功率P与光伏并网逆变器额定容量Sn满足：、/户+ ρ2 < Sv时，则，光伏并网 逆变器发出有功功率P和无功功率Q，动态跟踪补偿无功；如果微网中的无功功率Q、光伏电 池发出的有功功率P与光伏并网逆变器的额定容量Sn满足：yj>矣￥时，逆变器发出 有功功率P和无功功率+jP2 ,不足的无功功率由微网中的其他无功补偿装置或者主 电网提供；在夜间，则把光伏并网逆变器当做一个纯粹的无功补偿装置使用。
[0050] 在这种控制方法下，不仅能提高光伏并网逆变器设备的使用率，而且能减少微网 中无功补偿设备投资，减少微网与主电网之间的无功电能的往返流动，降低因无功电流在 电网上的流动而带来的损耗。
[0051] 光伏并网控制系统检测太阳能光伏电池直流母线的电压Vd。和电流I d。信号，最大 功率跟踪算法计算出光伏电源最大功率点电压信号匕和电流信号Ip。光伏并网逆变器直 流侧输入功率和交流侧输出功率相等。即：
[0052]
[0053]
[0054] 式中：U为逆变器交流侧线电压有效值；
[0055] I为逆变器交流侧输出相电流有效值。
[0056] 因此，光伏并网逆变器有功电流指令信号计算公式为
[0057]
[0058] sin ω t为电网同步彳目号，由锁相获得。
[0059] 当光伏发电装置处于白天，且用作有功与无功同时输出时，将通过最大功率跟踪 获得的有功电流指令信号与检测出来的无功电流相减就能获得新的参考电流指令信号。
[0060]
,参考电流指令为
[0061]
[0062] 式中，心《、《分别为三相参考电流指令值，iaq、ibq、i cq分别为检测出来的