CN110148948B - 一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置及方法 - Google Patents

一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置及方法，包括无功调节模块和电流限定模块；所述无功调节模块以逆变器输出端电压为控制对象，以电网电压为控制目标，控制逆变器的无功输出实现对逆变器端电压的控制，起到抬升端电压的作用，利用电压闭环调节无功输出以此恒定逆变器端电压，以避免进入欠压的情况；所述电流限定模块通过对输出电流限制输出功率以保证逆变器不超过输出容量，保证了逆变器不因超过输出容量而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量。

Description

一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置及方法
技术领域
本发明涉及电网领域，尤其涉及一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置及方法。
背景技术
偏远山区的电网末端通常离变电站较远，线缆铺设过长导致线路阻抗很大，而且感抗也较大。光伏逆变器在这种工况中运行时可能因线路无功导致逆变器端电压下降而进入欠压保护，从而造成逆变器无法工作的情况，这种情况一般难以进行现场维护，以至于影响项目的开展和造成光伏资源的浪费。同时光伏逆变器的发电功率决定了能源的利用率，提高光伏逆变器的发电效率也是需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，包括无功调节模块和电流限定模块；所述无功调节模块用于将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令；所述电流限定模块用于将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度与逆变器容量进行比较，若原电流参考幅度大于逆变器容量，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
进一步，本装置还包括电压采集模块，用于在线检测电网阻抗、逆变器端电压和并网电流，并进行计算得到电网电压。
所述无功调节模块包括PI控制器，PI控制器的输入端连接有加法器，PI控制器的输出端连接有乘法器，所述加法器用于接收电网电压值与逆变器输出端电压有效值，并输出两者的偏差值作为PI控制器的输入，并将所述偏差值调节后作为控制量输出，所述乘法器利用PI控制器的输出的调节系数调节有功电流指令，输出无功电流指令。
所述电流限定模块包括选择器、比较器和限制模块，所述比较器用于比较原电流参考幅度和逆变器容量，并将结果输出至选择器的控制端，所述限制模块用于将原逆变器功率指令进行限制，选择器的两个输入端分别输入原逆变器功率指令和限制后的逆变器功率指令。
一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，在逆变器中内置所述提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，通过该装置实时检测电网电压，并通过对逆变器输出电压控制无功补偿大小，以及通过输出电流限制输出功率以保证逆变器不因超过输出容量而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量。
主要包括以下步骤：
S1：在线检测电网阻抗，通过电网阻抗和当前输出电流计算电网电压；
S2：以电网电压为参考，通过PI控制器调节无功补偿系数，根据当前有功功率值控制无功功率输出；
S3：将有功电流参考和无功电流参考限制于逆变器输出容量范围内。
步骤S1按照以下公式计算电网电压：
Figure BDA0002070669830000021
式中，Ug、Ugd、Ugq分别为电网电压的幅值和d轴、q轴分量；Uid、Uiq分别为逆变器端电压的d轴、q轴分量；Rg、Xg分别为电网阻抗的电阻和感抗值；id、iq分别为并网电流的d轴、q轴分量。
调节无功补偿系数的方法为：将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令。
限制有功电流参考和无功电流参考的方法为：将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度Imref，与逆变器容量Ilmt进行比较，若原电流参考幅度Imref大于逆变器容量Ilmt，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
所述原电流参考幅度Imref根据有功电流指令和无功电流指令按照以下公式计算得到：
Figure BDA0002070669830000022
式中，Idrefold为光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，Iqrefold为无功电流指令；
对原有功电流指令和原无功电流指令按照以下公式进行限制得到限制后的有功电流指令和限制后的无功电流指令：
Figure BDA0002070669830000023
式中，Idreflmt为限制后的有功电流指令，Iqreflmt为限制后的无功电流指令。
本发明的有益效果在于：通过限制输出功率保证逆变器不因超过输出容量而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量。同时，逆变器输出无功能起到抬升端电压的作用，利用电压闭环调节无功输出以此恒定逆变器端电压，以避免进入欠压的情况。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中的无功调节模块结构示意图；
图3是本发明实施例中的电流限定模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出了一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，实时检测电网电压，以所述电网电压为参考调节无功补偿大小，控制逆变器的输出功率，使逆变器的输出不超出输出容量限制而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量。
如图1所示，同时本发明还提出了基于上述方法的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置的实施例，包括无功调节模块和电流限定模块；所述无功调节模块用于将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令；所述电流限定模块用于将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度与逆变器容量进行比较，若原电流参考幅度大于逆变器容量，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
同时，本发明还提出了一种基于上述装置用于提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，实时检测电网电压，以所述电网电压为参考调节无功补偿大小，控制逆变器的输出功率，使逆变器的输出不超出输出容量限制而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量。
主要包括以下步骤：
S1：在线检测电网阻抗，通过电网阻抗和当前输出电流计算电网电压；
S2：以电网电压为参考，通过PI控制器调节无功补偿系数，根据当前有功功率值控制无功功率输出；
S3：将有功电流参考和无功电流参考限制于逆变器输出容量范围内。
优选的，步骤S1按照以下公式计算电网电压：
Figure BDA0002070669830000041
式中，Ug、Ugd、Ugq分别为电网电压的幅值和d轴、q轴分量；Uid、Uiq分别为逆变器端电压的d轴、q轴分量；Rg、Xg分别为电网阻抗的电阻和感抗值；id、iq分别为并网电流的d轴、q轴分量。
在本实施中的装置中，还包括电压采集模块，用于在线检测电网阻抗、逆变器端电压和并网电流，并进行计算得到电网电压。该模块内置有在线检测算法实现上述计算过程，实时计算出电网电压。
优选的，调节无功补偿系数的方法为：将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令。
如图2所示，在本实施例中，所述无功调节模块包括PI控制器，PI控制器的输入端连接有加法器，PI控制器的输出端连接有乘法器，所述加法器用于接收电网电压值与逆变器输出端电压有效值，并输出两者的偏差值作为PI控制器的输入，并将所述偏差值调节后作为控制量输出，所述乘法器利用PI控制器的输出的调节系数调节有功电流指令，输出无功电流指令。PI控制器以电网电压为参考，与逆变器输出端电压有效值进行比较，形成电压闭环调节，调节无功电流指令与有功电流指令的系数控制无功输出的大小，以此调节输出电压的幅度，其中Kq为无功调节系数。
将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度Imref，与逆变器容量Ilmt进行比较，若原电流参考幅度Imref大于逆变器容量Ilmt，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
所述原电流参考幅度Imref根据有功电流指令和无功电流指令按照以下公式计算得到：
Figure BDA0002070669830000042
式中，Idrefold为光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，Iqrefold为无功电流指令。
对原有功电流指令和原无功电流指令按照以下公式进行限制得到限制后的有功电流指令和限制后的无功电流指令：
Figure BDA0002070669830000043
式中，Idreflmt为限制后的有功电流指令，Iqreflmt为限制后的无功电流指令。
本实施例中电流限定模块的结构如图3所示，所述电流限定模块包括选择器、比较器和限制模块，所述比较器用于比较原电流参考幅度和逆变器容量，并将结果输出至选择器的控制端，所述限制模块用于将原逆变器功率指令进行限制，选择器的两个输入端分别输入原逆变器功率指令和限制后的逆变器功率指令。
电流限定模块的输出有功功率指令和无功功率指令控制控制逆变器的输出功率，通过比较原电流参考幅度Imref与逆变器电流限制值Ilmt的关系判断逆变器的当前状态。当原电流参考幅度Imref小于逆变器电流限制值Ilmt时，表示输出功率在逆变器容量范围内，则直接按照原有功功率指令Idrefold、无功功率指令Iqrefold作为原逆变器功率指令输出控制逆变器输出；否则，则按照限制后的有功功率指令Idreflmt、无功功率指令Iqreflmt作为限制后的逆变器功率指令输出控制逆变器输出，将有功电流参考和无功电流参考限制于逆变器输出容量范围内。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，在逆变器中内置所述提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，通过该装置实时检测电网电压，并通过对逆变器输出电压控制无功补偿大小，以及通过输出电流限制输出功率以保证逆变器不因超过输出容量而导致过流或过热保护从而提高逆变器的发电功率，使得设备能够持续运行向电网输送功率，尽最大程度地转换光伏能量,原电流参考幅度Imref根据有功电流指令和无功电流指令按照以下公式计算得到：
Figure FDA0004134341790000011
式中，Idrefold为光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，Iqrefold为无功电流指令；
对原有功电流指令和原无功电流指令按照以下公式进行限制得到限制后的有功电流指令和限制后的无功电流指令：
Figure FDA0004134341790000012
式中，Idreflmt为限制后的有功电流指令，Iqreflmt为限制后的无功电流指令。
2.根据权利要求1所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在线检测电网阻抗，通过电网阻抗和当前输出电流计算电网电压；
S2：以电网电压为参考，通过PI控制器调节无功补偿系数，根据当前有功功率值控制无功功率输出；
S3：将有功电流参考和无功电流参考限制于逆变器输出容量范围内。
3.根据权利要求2所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，步骤S1按照以下公式计算电网电压：
Figure FDA0004134341790000013
式中，Ug、Ugd、Ugq分别为电网电压的幅值和d轴、q轴分量；Uid、Uiq分别为逆变器端电压的d轴、q轴分量；Rg、Xg分别为电网阻抗的电阻和感抗值；id、iq分别为并网电流的d轴、q轴分量。
4.根据权利要求2所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，调节无功补偿系数的方法为：将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令。
5.根据权利要求2所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，限制有功电流参考和无功电流参考的方法为：将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度Imref，与逆变器容量Ilmt进行比较，若原电流参考幅度Imref大于逆变器容量Ilmt，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
6.一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，用于实现权利要求1～5任意一项所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的方法，其特征在于，包括无功调节模块和电流限定模块；所述无功调节模块用于将电网电压与逆变器输出端电压有效值的偏差值作为控制量调节光伏逆变器母线电压控制环输出的有功电流指令，输出无功电流指令；所述电流限定模块用于将有功电流指令和无功电流指令作为原电流参考幅度与逆变器容量进行比较，若原电流参考幅度大于逆变器容量，则对逆变器功率指令进行限制后输出。
7.根据权利要求6所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，其特征在于，还包括电压采集模块，用于在线检测电网阻抗、逆变器端电压和并网电流，并进行计算得到电网电压。
8.根据权利要求6所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，其特征在于，所述无功调节模块包括PI控制器，PI控制器的输入端连接有加法器，PI控制器的输出端连接有乘法器，所述加法器用于接收电网电压值与逆变器输出端电压有效值，并输出两者的偏差值作为PI控制器的输入，并将所述偏差值调节后作为控制量输出，所述乘法器利用PI控制器的输出的调节系数调节有功电流指令，输出无功电流指令。
9.根据权利要求6所述的一种提高电网末端光伏逆变器发电功率的装置，其特征在于，所述电流限定模块包括选择器、比较器和限制模块，所述比较器用于比较原电流参考幅度和逆变器容量，并将结果输出至选择器的控制端，所述限制模块用于将原逆变器功率指令进行限制，选择器的两个输入端分别输入原逆变器功率指令和限制后的逆变器功率指令。
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