一种光伏并网与电能质量治理统一控制策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光伏并网与电能质量治理统一控制策略，属于电力电子技术与电 能质量治理研究领域。
【背景技术】
[0002] 随着社会发展对新能源的迫切需求和光伏发电技术的日益成熟，光伏发电已经进 入大面积推广阶段。但由于光照的随机性和间歇性，存在光伏逆变器利用率低，系统经济效 益差等问题。另一方面，随着电网中大量非线性和冲击性负载的出现，产生的谐波及无功电 流对公共电网的污染也日益严重，需要大量的补偿装置来改善电能质量，但额外增加补偿 装置将增加电网的投入成本。考虑到光伏并网逆变器的主电路结构和有源滤波器的主电路 结构基本一致，只是控制算法不同，因此可以将其功能整合，采取统一控制。利用具有统一 控制策略的光伏并网逆变器积极参与电网电能质量治理，既实现了光伏并网系统的功能性 扩展，提高光伏发电的经济效益，在治理电能质量的同时又降低了治理成本。
[0003] 近几年国内外学者对多功能光伏并网逆变器的开展了相关研究。有学者将静止无 功发生器（SVG)与并网发电进行了统一控制，利用有功并网的剩余容量实现无功补偿，有 效抑制了动态电压波动。有学者研究了有源滤波器与光伏并网逆变器的统一控制，重点阐 述了有功电流与补偿电流的合成算法，实现有功并网的同时补偿了无功和谐波。以上研究 的基本策略都是利用有功并网的剩余容量进行电能质量治理，但并未考虑剩余容量不能满 足无功谐波全补偿时的补偿策略；且并未对系统运行模式进行深入研究；以上研究多为理 论研究与仿真验证，未见完整系统实现。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏并网与电能质量治理统一控制策 略。
[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种光伏并网与电能质量治理统一控制策略，包括以下步骤，
[0007] 1)实时检测光伏组件出力，调整光伏并网系统运行模式；
[0008] 当不满足有功并网条件时，光伏并网系统以电能质量治理模式运行，当满足有功 并网条件时，光伏并网系统以有功并网和电能质量治理统一模式运行；
[0009] 2)光伏并网系统以有功并网和电能质量治理统一模式运行时，首先根据无功与谐 波补偿的优先级高低，分配光伏并网系统的剩余容量，然后基于瞬时功率理论整合指令电 流。
[0010] 调整光伏并网系统运行模式的过程为，
[0011] 定义光伏组件输出电流阈值为ipvf;
[0012] 当光伏组件实时输出电流ipv<ipvf时，判定光照不满足有功并网条件，光伏并网 系统以电能质量治理模式运行；
[0013]当光伏组件实时输出电流ipv多ipvf时，判定光照满足有功并网条件，光伏并网系 统以有功并网和电能质量治理统一模式运行，该模式下，光伏组件输出的有功，一部分用于 克服光伏并网系统的开关损耗，一部分通过直流侧PI控制转换为并网有功电流。
[0014] 根据无功与谐波补偿的优先级高低，分配光伏并网系统的剩余容量的过程为，
[0015]A1)采用ip-iq法检测负载电流，提取有功、无功和谐波电流，并计算取有功电流 的有效值Ip、无功电流的有效值Iq以及谐波电流的有效倌T
[0016] A2)定义额定容量为Is，则剩余容量
[0017] A3)若剩余容量充裕时，S卩
，则可满足无功与谐波的全补偿，得到 无功补偿系数kq和谐波补偿系数kh;若剩余容量不充裕时，S卩
，则可根据无 功与谐波补偿的优先级高低，优先补偿某一分量，得到无功补偿系数kq和谐波补偿系数kh;
[0018]A4)根据补偿系数分配剩余容量；
[0019] 分配后的无功容量为1:=kqlq，分配后的谐波容量为1^=khIh。
[0020] 计算取有功电流的有效值Ip、无功电流的有效值Iq以及谐波电流的有效值Ih的过 程为，
[0021] B1)定义负载侧三相电流为ia、ib、ic;
[0022] ^ /2:=1
一
[0023] 其中，cot为电网电压的相位，必代表η次电压与电流的相位差，In代表η次电 流；
[0024]Β2)将三相电流做有功与无功解耦得到ip、iq;
[0025]
[0026]其中，
[0027]
[0028]B3)将ip、iq经过低通滤波器得到直流分量ζ、ξ;其中，$为有功电流分量，f为 无功电流分量；
[0029]B4)将ip、iq分别减去fp、备的到交流分量心，、（，:即谐波分量；
[0030]B5)将$进行反变换得到无功电流；
[0031]
[0032] 其中，C23、C1分别为C32、C的逆矩阵，iaq、ibq、icq代表三相无功电流；
[0033] 将/,.、/,进行反变换得到谐波电流；
[0034]
[0035] 其中，iah、ibh、ich代表三相谐波电流；
[0036] B6)对无功电流积分得无功电流的有效值Iq;
[0037]
[0038] 其中，T代表积分周期；
[0039] 对谐波电流积分得谐波电流的有效值Ih;
[0040]
[0041] B7)由于有功电流是与电网电压同相位的基波电流，因此有功电流的有效值为
其中，ipd。为直流侧电压控制输出有功并网分量。
[0042] 对解耦后的分量进行控制，可实现光伏并网系统剩余容量的重分配，获得补偿指 令电流；
[0043]
[0044] 其中，g为无功补偿指令电流，<和fj*为谐波补偿指令电流；
[0045] 基于瞬时功率理论整合无功补偿指令电流、谐波补偿指令电流和有功电流指令；
[0046] 整合公式为，
[0047]
[0048] 其中，ia'ib'i/为整合后的三相指令电流三相。
[0049] 本发明所达到的有益效果：本发明相较于传统方法，使光伏并网系统在保持原有 功能的基础上具备了主动参与电网电能质量治理的功能，提高了逆变器的利用率，减少了 电能质量治理装置的投入，节约了成本。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明的原理。
[0051] 图2为调整光伏并网系统运行模式的策略。
[0052] 图3为剩余容量分配与指令电流整合控制策略。
[0053] 图4为控制器软硬件结构。
[0054] 图5为实验方案。
[0055] 图6无光完全补偿/有光补偿并发电运行模式下直流侧电压波形。
[0056] 图7无光完全补偿/有光补偿并发电运行模式下网侧电流波形。
[0057] 图8为电能质量治理模式运行效果。
[0058] 图9为a状态补偿后的波形。
[0059] 图10为b状态补偿后的波形。
[0060] 图11为C状态补偿后的波形。
[0061] 图12为d状态补偿后的波形。
[0062] 图13为e状态补偿后的波形。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0064] 如图1所示，一种光伏并网与电能质量治理统一控制策略，包括以下步骤：
[0065] 1)实时检测光伏组件出力，调整光伏并网系统运行模式。
[0066]当不满足有功并网条件时，光伏并网系统以电能质量治理模式运行，当满足有功 并网条件时，光伏并网系统以有功并网和电能质量治理统一模式运行。
[0067] 具体如图2所示：
[0068] 定义光伏组件输出电流阈值为ipvf;
[0069]当光伏组件实时输出电流ipv<ipvf时，判定光照不满足有功并网条件，光伏并网 系统以电能质量治理模式运行；直流侧参考电压采用恒定值；在该模式下，直流侧PI控制 通过调节从电网吸收有功电流的多少，来克服光伏并网系统的开关损耗，维持功率平衡，稳 定电压；
[0070]当光伏组件实时输出电流ipv多ipvf时，判定光照满足有功并网条件，光伏并网系 统以有功并网和电能质量治理统一模式运行，该模式下，光伏组件输出的有功，一部分用于 克服光伏并网系统的开关损耗，一部分通过直流侧PI控制转换为并网有功电流。
[0071] 2)光伏并网系统以有功并网和电能质量治理统一模式运行时，首先根据无功与谐 波补偿的优先级高低，分配光伏并网系统的剩余容量，然后基于瞬时功率理论整合指令电 流。
[0072] 光伏并网系统在实现最大有功功率并网的前提下，其剩余容量是有限的，可能无 法满足对无功谐波的全补偿，需要重新分配剩余容量。
[0073] 如图3所示，根据无功与谐波补偿的优先级高低，分配光伏并网系统的剩余容量 的过程为：
[0074] A1)采用ip-iq法检测负载电流，提取有功、无功和谐波电流，并计算取有功电流 的有效值Ip、无功电流的有效值Iq以及谐波电流的有效值Ih。
[0075] 计算取有功电流的有效值Ip、无功电流的有效值Iq以及谐波电流的有效值Ih的过 程为：
[0076] B1)定义负载侧三相电流为ia、ib、ic;
[0077]
[0078] 其中，cot为电网电压的相位，由锁相环得到，死，代表η次电压与电流的相位差， Ιη代表η次电流；
[0079] Β2)将三相电流做有功与无功解耦得到ip、iq;
[0080]
[0081；
[0082；
[0083] B3)将ip、iq经过低通滤波器得到直流分量I、.ξ;其中，$为有功电流分量，I为 无功电流分量；
[0084] B4)