一种应用于光伏系统的构网型控制方法与系统与流程

本发明涉及光伏系统并网的，尤其是指一种应用于光伏系统的构网型控制方法、系统、存储介质及计算设备。

背景技术：

1、随着新能源和电力电子设备渗透率增加，电力系统有着惯性减小、系统强度变弱的趋势，稳定性问题愈发严重。构网型控制技术可以提高并网逆变器的电压、频率支撑能力，增强电力系统稳定性。

2、并网逆变器多采用跟网控制，与电网同步需要锁相环测量并网点相位信息，在弱电网中存在稳定性问题。在系统强度弱、物理惯性低的电网中，并网逆变器宜采用构网控制，不需借助锁相环便可实现同步，可有效提升光伏系统的运行稳定性。

3、现有的构网型控制技术采用的下垂控制技术在扰动的情况下，调节速度较慢且容易造成系统控制失稳，在电网故障容易引起很大的短路电流，不利于并网逆变器的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种应用于光伏系统的构网型控制方法，在传统构网型有功-频率下垂控制方式的基础上引入直流侧电压偏差作为修正量，产生并网逆变器的输出参考电压的幅值和相位角，在扰动期间支持电网，可快速调节恢复系统稳态运行，提升光伏系统并网运行的稳定性。

2、本发明的第二目的在于提供一种应用于光伏系统的构网型控制系统。

3、本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

4、本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

5、本发明的第一目的通过以下技术方案实现：一种应用于光伏系统的构网型控制方法，应用于采用单极型并网逆变器并网的光伏系统，包括：

6、mppt控制环节，用于使光伏系统工作在最大功率点，得出并网逆变器输出有功功率参考值pref和直流侧电压参考值vdcref；

7、频率-电压控制环节，根据mppt控制环节产生的pref和vdcref，通过控制运算得出并网逆变器输出参考电压的幅值v*和相位角θ，然后进行clark和park变换，得出并网逆变器输出参考电压的dq轴分量与并网点三相电压的dq轴分量进行比较，其差值作为该频率-电压控制环节的输出；

8、电流内环控制环节，以并网逆变器输出电流为控制目标，接收来自频率-电压控制环节的输出作为输入，然后送入pi控制器，并对pi控制器的输出进行限幅，限幅后的值叠加并网点三相相电流瞬时值的dq轴分量和光伏系统的lc型滤波器电容电流的dq轴分量后分别得到并网逆变器输出电流参考值的dq轴分量，再与并网逆变器输出电流的dq轴分量作差后送入pi控制器，pi控制器的输出分别与并网点三相电压的dq轴分量作和，并与lc型滤波器电感电压的dq轴分量作差，得到电流内环控制环节的输出；

9、调制控制环节，其输入为电流内环控制环节的输出，将其生成的三相电压参考信号与三角波信号进行比较，并通过正弦脉宽调制得到驱动并网逆变器运行的触发脉冲。

10、进一步，所述光伏系统包括光伏组件pv、直流侧电容cdc、并网逆变器、控制器和lc型滤波器；所述光伏组件pv用于将接收的光能转换为电能；所述直流侧电容cdc作为能量传输的中间单元，能为并网逆变器提供稳定直流侧电压；所述并网逆变器用于接收控制器的触发脉冲，通过控制其igbt的开断将光伏组件pv产生的直流电转换为交流电，并向电网grid输送功率；所述控制器为光伏系统的核心控制组件，能采集电压电流信号，控制直流侧电压稳定，并产生触发脉冲驱动并网逆变器的igbt开断；所述lc型滤波器用于滤除并网逆变器输出电压和电流的高次谐波分量，使并网逆变器输出的电压电流更接近正弦波，提高并网逆变器的电能质量；

11、其中，所述控制器实时采集并网点三相相电压和相电流瞬时值vgx、igx、并网逆变器输出三相相电压和相电流瞬时值ex、ix、光伏组件pv输出的电压和电流vpv、ipv，以及直流侧电压实时值vdc；其中x＝a,b,c。

12、进一步，在所述mppt控制环节，采用扰动观察算法对控制器采集的vpv、ipv进行控制，得出并网逆变器输出有功功率参考值pref和直流侧电压参考值vdcref。

13、进一步，所述频率-电压控制环节包括频率控制环节和电压控制环节；所述频率控制环节采用有功功率下垂控制和直流侧电压下垂控制，其下垂方程为ω＝ω0+δω1+δω，其中，ω0为电网工频角频率，ω0＝2πf0，f0为电网工频频率，δω1为有功功率下垂控制得出的角频率偏差量，δω1＝dp*(pref-plpf)，δω为直流侧电压下垂控制得出的角频率偏差量；在有功功率下垂控制中，控制器根据vgx、igx计算出并网逆变器输出有功功率实时值p，再经过一阶低通滤波(ωc为滤波器截止频率)得到滤波后的有功功率plpf，与有功功率参考值pref作差后乘下垂系数dp得到角频率偏差量δω1，当并网逆变器与电网同步后，pref＝plpf时并网逆变器输出频率和电网频率一致；在直流侧电压下垂控制中，控制器实时采集vdc与vdcref比较，其差值通过pi控制器校正后得到δω，在光伏系统正常运行时，有vdcref＝vdc、δω＝0，此时该直流侧电压下垂控制不起作用，在扰动情况下，直流侧电压参考值和实时值的偏差会变大，此时δω会变小，通过降低角频率ω，加快系统恢复至最大功率运行状态；由于并网逆变器始终需保持最大功率跟踪运行，仅支持输出功率的下调，因此，在pi控制器设置其限幅上限值为0，得到ω后，对ω进行积分即可得出并网逆变器输出电压的相位角θ；所述电压控制环节的控制逻辑为控制器根据采集的vgx计算出相电压幅值vg与相电压参考幅值vref进行比较，其差值送入pi控制器后得出v*；然后，将θ和v*进行clark和park变换，得出并网逆变器输出参考电压的d轴分量和q轴分量与并网点三相电压的d轴分量vgd和q轴分量vgq进行比较，其差值作为频率-电压控制环节的输出。

14、进一步，在所述电流内环控制环节，接收来自频率-电压控制环节的输出作为其输入，然后送入pi控制器，并对pi控制器的输出进行限幅，限幅后的值与igx的d轴分量igd和q轴分量igq、lc型滤波器电容电流的q轴分量ωcvgd和d轴分量ωcvgq叠加后分别得到并网逆变器输出电流参考值的d轴分量和q轴分量然后，再与并网逆变器输出电流的d轴分量id和q轴分量iq作差后送入pi控制器，pi控制器的输出分别与并网点三相电压的d轴分量vgd和q轴分量vgq作和，并与lc型滤波器电感电压的q轴分量ωliq和d轴分量ωlid作差，得到电流内环控制环节的输出。

15、进一步，在所述调制控制环节，其输入为电流内环控制环节的输出，将输入信号进行反park变换和反clark变换得出并网逆变器输出电压调制信号eabc，再与设定的三角波进行比较后得出并网逆变器的触发脉冲，从而控制并网逆变器的正常运行。

16、进一步，在所述电流内环控制环节，对pi控制器的输出增加电流限幅，能在电网故障期间限制并网逆变器的输出电流，防止过电流情况；其中，电流限幅的igdup取1.2in，igdup为并网逆变器输出电流d轴分量的上限值，in为光伏系统额定电流，并网逆变器输出电流d轴分量的下限值igddw取-1.2in，并网逆变器输出电流q轴分量的上限值igqup取并网逆变器输出电流q轴分量的下限值igqdw取0。

17、本发明的第二目的通过以下技术方案实现：一种应用于光伏系统的构网型控制系统，用于实现上述的应用于光伏系统的构网型控制方法，其包括：

18、mppt控制模块，用于使光伏系统工作在最大功率点，得出并网逆变器输出有功功率参考值pref和直流侧电压参考值vdcref；

19、频率-电压控制模块，根据mppt控制环节产生的pref和vdcref，通过控制运算得出并网逆变器输出参考电压的幅值v*和相位角θ，然后进行clark和park变换，得出并网逆变器输出参考电压的dq轴分量与并网点三相电压的dq轴分量进行比较，其差值作为该频率-电压控制环节的输出；

20、电流内环控制模块，以并网逆变器输出电流为控制目标，接收来自频率-电压控制环节的输出作为输入，然后送入pi控制器，并对pi控制器的输出进行限幅，限幅后的值叠加并网点三相相电流瞬时值的dq轴分量和光伏系统的lc型滤波器电容电流的dq轴分量后分别得到并网逆变器输出电流参考值的dq轴分量，再与并网逆变器输出电流的dq轴分量作差后送入pi控制器，pi控制器的输出分别与并网点三相电压的dq轴分量作和，并与lc型滤波器电感电压的dq轴分量作差，得到电流内环控制环节的输出；

21、调制控制模块，其输入为电流内环控制环节的输出，将其生成的三相电压参考信号与三角波信号进行比较，并通过正弦脉宽调制得到驱动并网逆变器运行的触发脉冲。

22、本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的应用于光伏系统的构网型控制方法。

23、本发明的第四目的通过下述技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的应用于光伏系统的构网型控制方法。

24、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

25、本发明提出的应用于光伏系统的构网型控制方法与系统，其电压源特性和构网型控制策略在弱电网中运行更稳定，其构网型控制策略不依赖电网的频率/相位，在弱电网中对频率和电压的调节更为稳定，有利于系统的稳定运行。