CN107069820B - 分布式可再生能源发电并网功率波动控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，采用分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，包括可再生能源发电设备、发电变换器、锂离子超级电容器、并网逆变器及电网，锂离子超级电容器直接并联到并网逆变器的直流母线，具体按照以下步骤实施：检测计算可再生能源发电输出的功率，滤波处理得到其波动分量，计算得到直流电压的随动分量，将此随动分量叠加到直流电压设定值上作为并网逆变器的直流电压参考值，经过PI控制器处理后，得到一定占空比的PWM波，对开关管进行通断控制，有效控制可再生能源发电并网功率的波动，达到平滑并网功率的效果。锂离子超级电容器具有比功率高、比能量较高等特点，同时省掉了一个储能变换器。

Description

分布式可再生能源发电并网功率波动控制***及控制方法
技术领域
本发明属于分布式可再生能源并网发电技术领域，涉及一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，本发明还涉及利用上述控制***进行分布式可再生能源发电并网功率波动控制的方法。
背景技术
风力发电和太阳能发电由于无环境污染，开发潜力巨大，属于可持续发展的再生能源等特点，已经成为人类未来能源供应***的基础，但分布式可再生能源发电具有分散、功率随机波动等特点，大量的分布式电源的接入，对配电***的安全稳定运行产生极大的影响，导致电网电压的波动和闪变的问题日益突出。
目前,关于可再生能源发电功率波动控制的研究主要集中在附加储能装置的优化配置与储能变换器的功率控制，这种控制方式主要采取在可再生能源发电并网逆变器之外附加储能变换设施，没有充分利用并网逆变器自身的调控能力，所采用的储能设备也以二次电池和双电层超级电容器为主。二次电池的充放电次数有限，双电层超级电容器能量密度低，难以满足功率波动控制应用的需要。因此，研究一种分布式可再生能源发电并网功率波动的有效控制方法显得非常必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，解决现有技术并网功率波动大、并网电能质量低的问题。
本发明的另一目的是提供一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法。
本发明所采用的技术方案是，一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，包括可再生能源发电设备，可再生能源发电设备的输出端连接有发电变换器，发电变换器的输出端并联连接有锂离子超级电容器，锂离子超级电容器还并联连接在并网逆变器的直流母线上，并网逆变器的输出端连接有电网。
本发明的特点还在于，
发电变换器为DC-DC变换器或AC-DC变换器。
并网逆变器采用单相或三相电压源变流器电路。
本发明所采用的另一技术方案是，一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，采用分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，基于分布式可再生能源发电并网逆变器直流电压的随动控制，具体按照以下步骤实施：
步骤1：由锂离子超级电容器两端电压udc和发电变换器输出电流idc，得到可再生能源发电功率PRE，可再生能源发电功率PRE经过低通滤波器LPF后得到可再生能源发电功率的平稳分量
Figure GDA0002402705270000021
根据
Figure GDA0002402705270000022
得到可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000023
步骤2：将步骤1得到的可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000024
经过
Figure GDA0002402705270000025
计算得到直流电压随动分量
Figure GDA0002402705270000031
步骤3：将步骤2得到的直流电压随动分量
Figure GDA0002402705270000032
叠加到直流电压设定值udc.set上，作为并网逆变器直流电压的参考值udc.ref，即
Figure GDA0002402705270000033
步骤4：利用步骤3得到的直流电压参考值udc.ref与步骤1得到的锂离子超级电容器两端电压udc，得到直流电压误差Δudc，依次经过电压PI控制器、限幅处理后得到直流电流给定值idc.ref，idc.ref与并网逆变器实际输出电流的d轴分量、并网逆变器的q轴电流分量参考值与并网逆变器实际输出电流的q轴分量分别经过d-q轴电流PI控制器、并网逆变器交流侧滤波电抗的电流解耦、电网电压d轴分量和电网电压q轴分量的前馈，形成并网逆变器输出电压的d轴分量参考值和并网逆变器输出电压的q轴分量参考值，再经过坐标变换后，进行载波比较，得到一定占空比的PWM波，对相应的开关管进行通断控制。
本发明的特点还在于，
步骤1中可再生能源发电功率的平稳分量
Figure GDA0002402705270000034
应等于期望并网功率。
步骤1中可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000035
应等于锂离子超级电容器的充放电功率PLIC。
本发明的有益效果是：本发明分布式可再生能源发电并网功率波动控制***包括可再生能源发电设备、发电变换器、锂离子超级电容器LIC、并网逆变器以及电网，锂离子超级电容器直接并联在并网逆变器的直流母线上，采用锂离子超级电容器LIC作为可再生能源发电并网逆变器的直流支撑电容器兼储能装置，锂离子超级电容器LIC具有比功率高、比能量较高、循环寿命长、快充性能好等特点，并且在保持传统超级电容器特性的基础上，一定程度上弥补了超级电容器能量密度低的缺点，具有良好的应用前景。
通过步骤1至步骤4的分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，将可再生能源发电功率的波动和并网逆变器直流电压的波动联系起来，通过改变直流电压参考值来间接控制锂离子超级电容器的充放电过程，从而使得可再生能源发电并网功率的波动得到有效控制，达到平滑并网功率的目的，并且工作原理清晰，实现简单，***稳定性好。
附图说明
图1是本发明控制***的电路框图；
图2是本发明控制方法原理结构图；
图3是本发明控制方法的光伏发电仿真图。
1.可再生能源发电设备，2.发电变换器，3.锂离子超级电容器，4.并网逆变器，5.电网。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，如图1所示，包括可再生能源发电设备1，可再生能源发电设备1的输出端连接有发电变换器2，发电变换器2的输出端并联连接有锂离子超级电容器3，锂离子超级电容器3还并联连接在并网逆变器4的直流母线上，并网逆变器4的输出端连接有电网5，可再生能源发电设备1将风能或光能转化为电能，再由发电变换器2将可再生能源发电设备1的交流或直流输出电压变换到并网逆变器4所需的直流电压，同时实现可再生能源发电的最大功率点跟踪控制，始终以最大功率将可再生能源发电设备1输出的电量传输到直流侧，直流侧锂离子超级电容器3起到直流电压支撑作用并利用其充放电能力来补偿可再生能源发电功率PRE的波动，发电变换器2输出的功率和锂离子超级电容器3的充放电功率PLIC叠加在一起通过并网逆变器4输出到电网。
本发明一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，如图2所示，采用分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，基于分布式可再生能源发电并网逆变器直流电压的随动控制，实现并网功率波动的抑制，具体按照以下步骤实施：
步骤1：由锂离子超级电容器3两端电压udc和发电变换器2输出电流idc，得到可再生能源发电功率PRE，可再生能源发电功率PRE经过低通滤波器LPF后得到可再生能源发电功率的平稳分量
Figure GDA0002402705270000051
根据
Figure GDA0002402705270000052
得到可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000053
并且可再生能源发电功率的平稳分量
Figure GDA0002402705270000054
应等于期望并网功率，可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000055
应等于锂离子超级电容器的充放电功率PLIC。
步骤2：将步骤1得到的可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000056
经过
Figure GDA0002402705270000057
计算得到直流电压随动分量
Figure GDA0002402705270000058
步骤3：将步骤2得到的直流电压随动分量
Figure GDA0002402705270000061
叠加到直流电压设定值udc.set上，作为并网逆变器直流电压的参考值udc.ref，即
Figure GDA0002402705270000062
步骤4：利用步骤3得到的直流电压参考值udc.ref与步骤1得到的锂离子超级电容器两端电压udc，得到直流电压误差Δudc，依次经过电压PI控制器、限幅处理后得到直流电流给定值idc.ref，idc.ref与并网逆变器4实际输出电流的d轴分量、并网逆变器4的q轴电流分量参考值与并网逆变器4实际输出电流的q轴分量分别经过d-q轴电流PI控制器、并网逆变器4交流侧滤波电抗的电流解耦、电网电压d轴分量和电网电压q轴分量的前馈，形成并网逆变器4输出电压的d轴分量参考值和并网逆变器4输出电压的q轴分量参考值，再经过坐标变换后，进行载波比较，得到一定占空比的PWM波，对相应的开关管进行通断控制。在忽略电力电子变换器的损耗的情况下，则可再生能源发电功率PRE、锂离子超级电容器3的充放电功率PLIC和交流并网功率Pac有如下关系：
Pac＝PRE+PLIC
可再生能源发电功率PRE具有随机波动的特点。波动的可再生能源发电功率PRE分解为平稳分量
Figure GDA0002402705270000063
和波动分量
Figure GDA0002402705270000064
即
Figure GDA0002402705270000065
为实现可再生能源发电并网功率平滑、控制并网功率波动，则并网逆变器的期望并网功率应等于可再生能源发电功率的平稳分量
Figure GDA0002402705270000066
而锂离子超级电容器3的充放电功率PLIC应等于可再生能源发电功率的波动分量
Figure GDA0002402705270000071
如图3所示，采用分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法得到的光伏发电的仿真图。设光照呈正弦规律波动，在2min之前，是未采用上述发电并网功率波动控制方法所获得的曲线，尽管光伏功率PRE以正弦波形大幅波动，但并网逆变器的直流侧电压udc被稳定在设定值800V，交流并网功率Pac跟随光伏功率PRE的变化而波动；在2min之后，并网逆变器采用上述并网功率波动控制方法，随着光伏功率PRE以正弦波形大幅波动，并网逆变器的直流侧电压udc在设定值800V的上下跟随变化，通过对锂离子超级电容器LIC的充放电过程，实现了交流并网功率Pac的平滑，消除了光伏发电功率在直接并网时带来的并网功率波动影响。

Claims (3)

1.一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，其特征在于，采用分布式可再生能源发电并网功率波动控制***，包括可再生能源发电设备(1)，可再生能源发电设备(1)的输出端连接有发电变换器(2)，发电变换器(2)的输出端并联连接有锂离子超级电容器(3)，锂离子超级电容器(3)还并联连接在并网逆变器(4)的直流母线上，并网逆变器(4)的输出端连接有电网(5)，基于分布式可再生能源发电并网逆变器直流电压的随动控制，具体按照以下步骤实施：
步骤1：由锂离子超级电容器(3)两端电压udc和发电变换器(2)输出电流idc，得到可再生能源发电功率PRE，可再生能源发电功率PRE经过低通滤波器LPF后得到可再生能源发电功率的平稳分量
Figure FDA0002402705260000011
根据
Figure FDA0002402705260000012
得到可再生能源发电功率的波动分量
Figure FDA0002402705260000013
步骤2：将步骤1得到的可再生能源发电功率的波动分量
Figure FDA0002402705260000014
经过
Figure FDA0002402705260000015
计算得到直流电压随动分量
Figure FDA0002402705260000016
步骤3：将步骤2得到的直流电压随动分量
Figure FDA0002402705260000017
叠加到直流电压设定值udc.set上，作为并网逆变器(4)直流电压的参考值udc.ref，即
Figure FDA0002402705260000018
步骤4：利用步骤3得到的直流电压参考值udc.ref与步骤1得到的锂离子超级电容器两端电压udc，得到直流电压误差Δudc，依次经过电压PI控制器、限幅处理后得到直流电流给定值idc.ref，idc.ref与并网逆变器(4)实际输出电流的d轴分量、并网逆变器(4)的q轴电流分量参考值与并网逆变器(4)实际输出电流的q轴分量分别经过d-q轴电流PI控制器、并网逆变器(4)交流侧滤波电抗的电流解耦、电网电压d轴分量和电网电压q轴分量的前馈，形成并网逆变器(4)输出电压的d轴分量参考值和并网逆变器(4)输出电压的q轴分量参考值，再经过坐标变换后，进行载波比较，得到一定占空比的PWM波，对相应的开关管进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，其特征在于，所述步骤1中可再生能源发电功率的平稳分量PRE应等于并网逆变器(4)的期望并网功率。
3.根据权利要求1所述的一种分布式可再生能源发电并网功率波动控制方法，其特征在于，所述步骤1中可再生能源发电功率的波动分量
Figure FDA0002402705260000021
应等于锂离子超级电容器(3)充放电功率PLIC。
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