[发明专利]一种光伏高压直流并网变流器的并网控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光伏高压直流并网变流器的并网控制方法。

背景技术

2014年我国光伏新增装机容量13GW，居世界第一，累计装机容量达到32.9GW，仅次于德国，位居世界第二，其中以大型荒漠电站为主。而这些荒漠电站多处偏远地区，当地的电力需求不大，光伏发电难以就地消纳，光伏并网困难问题普遍存在，窝电现象日益严重。在大型负荷中心，随着环境问题日益严重，急需大量清洁电力补充发电缺口。传统的高压交流电网受到环境问题/系统稳定性问题/送电距离问题的限制，无法有效实现大规模清洁电力的远距离输送。传统晶闸管高压直流输电技术，受到成本和技术内在特性的限制，无法应用于多电压等级和功率等级的灵活直流输电系统中。光伏发电急需可将大容量清洁电力远距离输送至负荷中心的电力输送技术。

随着电力电子器件和电力变换拓扑的快速发展，灵活的柔性直流输电技术日益成熟，直流输电换流阀成本大大降低，适用于不同输电距离和输电功率的灵活直流输电系统开始进入建设应用阶段。光伏发电与柔性直流输电技术结合成为一个新的技术研究方向。

光伏发电通过高压直流输电网络并入大电网，具有以下优势：

1)采用光伏高压直流并网技术，减少了逆变环节，提高了效率，增加了可再生能源发电能源贡献率；

2)对于西部偏远地区荒漠光伏电站，光伏高压直流输电在可采用电缆铺设，穿越复杂地形和大海，降低输电成本；

3)在等效输电电压等级下，直流输电比交流输电容量更大，送电距离更远，成本更低。直流输电电磁辐射更小，与环境友好；

4)采用高压直流输电，不存在频率稳定和功角稳定的问题，同时线路不会产生和消耗无功，可以更大程度的减少可再生能源并网对大电网的影响。

目前国外对直流输电项目开展了广泛的研究，欧洲计划建设基于柔性直流输电技术的超级电网，连接欧洲北海范围内的离岸风场/光伏电站等可再生能源发电项目。2011年5月我国建成了第一个柔性直流输电项目---上海南汇风场柔性直流输电项目，随着大连跨海柔性直流输电项目和厦门柔性直流输电项目的开工建设，我国将正式成为世界上在建柔性直流输电项目最多、容量最大的国家。离岸风电场接入柔性直流输电网络是目前可再生能源接入直流电网的主要应用形式，而光伏电站具有与风电场直流输电同样的电力传输需求，但光伏高压直流并网技术国内外研究较少，相关研究仍处于探索阶段。

光伏高压直流并网变流器输入为几百至一千伏直流光伏阵列，输出直接并入几十至几百千伏电压等级的高压直流电网。本发明所提出的光伏高压直流并网变流器并网控制方案在国内外尚属首次提出。赵伟然等于《电网技术》杂志2012年11月期发表的《光伏电站经VSC-HVDC并网拓扑及其控制策略》提出了一种光伏电站高压直流并网方案。该方案中每个光伏发电单元由光伏阵列和DC/DC变换器组成，多个光伏发电单元输出串联运行，各发电单元单独进行MPPT跟踪。该方案中由于各光伏阵列输出功率差异大，造成各发电单元输出功率差异很大，各功率单元输出电压不均衡严重,极易造成发电单元过压损坏。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种光伏高压直流并网变流器的并网控制方法。

为实现高升压比，应用本发明并网方法的光伏高压直流并网变流器的主电路采用模块化电路拓扑，每个模块为隔离型DC/DC功率单元，模块之间采用输入并联、输出串联的拓扑形式。

本发明采用电压电流双闭环与均压均流环结合控制方法，步骤如下：

(1)采样光伏阵列输入电压Vin和输入电流Iin，将通过最大功率跟踪控制器得到最大功率点的电压作为光伏高压直流并网变流器输入电压指令Vinref。

(2)将光伏阵列输入电压Vin与光伏高压直流并网变流器输入电压指令Vinref比较，通过第五PI调节器得出光伏高压直流并网变流器输出电流指令Ioutref。

(3)检测光伏高压直流并网变流器总的输入电流Iin，求n个DC/DC功率单元的平均值Iin/n，n为大于等于1的整数。

(4)检测每个DC/DC功率单元的输入电流Iin1、Iin2，……，Iinn，将每个DC/DC功率单元的输入电流分别与各DC/DC功率单元输入电流平均值Iin/n比较，通过第一均流PI调节器、第二均流PI调节器,……,第n均流PI调节器得出各DC/DC功率单元均流误差调节信号Ierr1、Ierr2，……，Ierrn。