CN103701155B - 一种光伏并网逆变器有功调度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，本发明仍然基于现有的电压外环、电流内环和DQ轴解耦控制方法，同时融合了功率环控制，对并网逆变器输出功率进行直接控制，并通过内环与直流母线电压外环的切换实现MPPT和调度状态间无缝切换，且确保切换期间内环D轴指令的连续性以及输出有功功率的连贯性，达到平滑、稳定切换的目的。

Description

一种光伏并网逆变器有功调度控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器有功调度控制方法。

背景技术

由于光伏发电具备间歇性、随机性、波动性等特征，光伏电站尤其是接入电力系统的大中型集中式光伏电站，将给电网的运行带来诸多不利影响。为保证电网的频率稳定，光伏电站需具备根据电力调度机构指令调节其输出有功功率的能力。

光伏并网逆变器是光伏电站的功率控制单元，因此，必须要求光伏逆变器具备有功功率调度功能，且调度响应过程应平滑稳定，调度速率灵活可调，输出功率应满足调度精度要求。MPPT（最大功率点跟踪）是一种光伏并网逆变器常用的方法。光伏并网逆变器控制包括电压外环和电流内环，内环以逆变器输出电流为控制对象，采用双环DQ轴解耦控制；外环通过MPPT算法给出内环的电流给定。例如，光伏并网逆变器有功调度控制可以采用电池板电压控制方案，从而实现利用电池板的PV特性间接控制电池板的输出功率，但电压控制方法的控制精度受到MPPT跟踪步长制约，需在响应速度和控制精度间权衡，另外，由于环境条件的变化，电池板PV曲线并非固定不变，将导致调度可能无法达到稳态，造成输出功率的波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，用以解决环境条件突变造成的功率波动问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：

一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，光伏并网逆变器采用MPPT电压外环和DQ轴解耦的电流内环控制，包括如下步骤：

1）比较电压外环输出值Id_PI_out和调度值Id_Dispatch，

2）若Id_PI_out<Id_Dispatch，逆变器工作在MPPT模式，内环d轴指令值Id_ref为Id_PI_out，以当前最大功率输出；

3）若Id_PI_out>Id_Dispatch，逆变器工作在调度运行模式，内环d轴指令值Id_ref为Id_Dispatch，以调度功率输出。

根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，开始运行时，光伏并网逆变器运行于MPPT模式；在MPPT模式下电压外环输出值Id_PI_out小于Id_Dispatch，逆变器工作于MPPT模式；若MPPT模式下Id_PI_out大于Id_Dispatch，逆变器切换至有功调度模式；在有功调度模式下，Id_PI_out小于Id_Dispatch，逆变器平滑切换至MPPT模式。

从MPPT模式到有功调度模式或者从有功调度模式到MPPT模式，Id_ref是以设定的调度速率为斜率值从Id_PI_out变化至Id_Dispatch或者从Id_Dispatch变化至Id_PI_out。

本发明仍然基于现有的电压外环、电流内环和DQ轴解耦控制方法，同时融合了功率环控制，对并网逆变器输出功率进行直接控制，并通过内环与直流母线电压外环的切换实现MPPT和调度状态间无缝切换，且确保切换期间内环D轴指令的连续性以及输出有功功率的连贯性，达到平滑、稳定切换的目的。

附图说明

图1是现有技术的并网光伏逆变器并网电路以及控制结构图；

图2是本发明的光伏逆变器并网电路以及控制结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

光伏并网逆变器的主电路如图1上半部分所示，通常，光伏并网逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环控制，电流内环采用双环DQ轴解耦控制，以其输出电流为内环控制对象，外环采用MPPT控制，外环输出为内环的给定输入。图1下半部分给出了一种双环控制结构，电压外环的MPPT控制涉及直流母线电压和输出功率等，用于生产参考电压，经PI调节器输出为电流内环参考电流。逆变器采用三相半桥拓扑，通过采样读取三相电流、三相电网电压、直流电压、直流电流；三相并网电流通过DQ解耦，实现有功电流与无功电流的独立控制；光伏并网逆变器可通过控制直流母线电压来控制电池板的输出功率，MPPT运行时， 稳态下逆变器将直流电压控制在最大功率点对应电压，实现最大功率输出，电压外环输出Id_PI_out作为电流内环指令值（即内环电流d轴指令值）。

如图2所示是本发明的控制结构，与现有技术区别在于，加入了功率调度，形成了一种融合“功率环+电流环”控制的光伏并网逆变器有功调度控制方法：若MPPT模式下电压外环输出值Id_PI_out小于调度值Id_Dispatch，电流内环目标值Id_ref等于Id_PI_out，逆变器工作于MPPT模式，以当前最大功率输出；若MPPT模式下Id_PI_out大于Id_Dispatch，Id_ref从Id_PI_out转换为Id_Dispatch，电压外环饱和退出，逆变器切换至有功调度模式，以调度功率输出。

具体来说，开始运行时，光伏并网逆变器运行于MPPT模式，上位机通过遥调指令下发有功功率调度指令及调度速率；逆变器根据有功功率调度指令实时计算生成调度值Id_Dispatch，调度功率不受电网电压波动影响。关于逆变器如果根据调度值生产相应的内环电流指令属于现有技术，在此不再详细展开。

在MPPT模式下电压外环输出值Id_PI_out小于Id_Dispatch，电流内环目标值Id_ref等于Id_PI_out，逆变器工作于MPPT模式，以当前最大功率输出；

若MPPT模式下Id_PI_out大于Id_Dispatch，Id_ref从Id_PI_out变化至Id_Dispatch，电压外环饱和退出，逆变器平滑无缝切换至有功调度模式，以调度功率输出，不受外环影响。

在有功调度模式下，若辐照度下降或调度指令值增大导致电池板输出功率不满足调度需求，即Id_PI_out小于Id_Dispatch，电压外环退饱和，电流内环目标值Id_ref等于Id_PI_out，逆变器平滑无缝切换至MPPT模式，以当前最大功率输出。

退出调度时，仅需将Id_Dispatch还原至默认，逆变器按上段描述的过程自动无缝切换至MPPT模式，平滑退出调度状态。

在以上步骤中，从MPPT模式到有功调度模式或者从有功调度模式到MPPT模式，Id_ref是以设定的调度速率为斜率值从Id_PI_out变化至Id_Dispatch或者从Id_Dispatch变化至Id_PI_out。

调度退出有两种情况，其一是人为退出，将调度功率设为默认值（逆变器标称最大输出功率），Id_Dispatch增大，其二是光照变化导致电池板最大输出功率不满足调度要求，Id_PI_out减小，二者原理一致，最终均满足Id_PI_out<Id_Dispatch，参数变化过程中，电压外环逐渐退饱和，当Id_PI_out≤Id_Dispatch，内环d轴指令切换至Id_PI_out，实现调度模式与MPPT模式的无缝切换。

Claims (3)

1.一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，光伏并网逆变器采用MPPT电压外环和DQ轴解耦的电流内环控制，其特征在于，该方法融合了功率环控制，对并网逆变器输出功率进行直接控制，并通过内环与直流母线电压外环的切换实现MPPT和调度状态间无缝切换，包括如下步骤：

1)若MPPT模式下，比较电压外环输出值Id_PI_out和调度值Id_Dispatch，

2)若Id_PI_out<Id_Dispatch，逆变器工作在MPPT模式，内环d轴指令值Id_ref为Id_PI_out，以当前最大功率输出；

3)若Id_PI_out>Id_Dispatch，逆变器工作在调度运行模式，内环d轴指令值Id_ref为Id_Dispatch，以调度功率输出。

2.根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，其特征在于，开始运行时，光伏并网逆变器运行于MPPT模式；在MPPT模式下电压外环输出值Id_PI_out小于Id_Dispatch，逆变器工作于MPPT模式；若MPPT模式下Id_PI_out大于Id_Dispatch，逆变器切换至有功调度模式；在有功调度模式下，Id_PI_out小于Id_Dispatch，逆变器平滑切换至MPPT模式。

3.根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变器有功调度控制方法，其特征在于，从MPPT模式到有功调度模式或者从有功调度模式到MPPT模式，Id_ref是以设定的调度速率为斜率值从Id_PI_out变化至Id_Dispatch或者从Id_Dispatch变化至Id_PI_out。