[发明专利]基于IPOS直流升压的光伏汇集接入系统协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电并网领域，尤其涉及对包括输入并联输出串联(IPOS)结构的直流升压模块的光伏系统进行协调控制。

背景技术

作为一种清洁、高效、可再生能源，光伏发电得到广泛应用。由于光伏电站一般距离负荷中心较远，大规模电能的汇集外送能力成为影响光伏开发的关键问题。但是传统交流输电的输送距离短，输电能力弱，交流汇集系统的容抗、感抗极大，交流接入系统的谐波谐振、无功传输问题非常突出。柔性直流输电系统没有输电电抗，可以实现有功和无功独立控制，控制形式多样，模块化程度高。所以可以采用柔性直流输电系统对多个光伏电站集电送出，有效解决交流汇集对大规模光伏电站的制约。

光伏直流升压汇集接入系统是光伏发电单元与电网连接点之间直流升压、汇集和接入并网系统的总称。其主要借鉴直流输电系统相关技术，将光伏阵列输出的低压直流电利用直流升压模块升到中、高压直流电压，再利用模块化多电平(MMC)汇集接入受端电网。为了解决直流输电中高压问题，采用多模块输入并联输出串联(IPOS)组合式拓扑结构。在实现光伏最大功率追踪的前提下必须确保系统中各个模块的均压、均流。MMC有定直流母线电压和定有功功率两种控制方式。对于光伏直流升压汇集系统，在经DC/DC-MMC进行输电过程中必须对直流母线电压进行控制。当光伏系统运行在最大功率追踪模式时，MMC采用定直流母线电压控制。当受端系统产生功率波动，MMC需要切换到定有功功率方式。此时，直流母线电压产生波动。DC/DC变换器和MMC装置隔离了光伏和受端系统，光伏电站无法及时做出反应，光伏仍工作在最大功率状态。系统产生功率不平衡现象，严重影响电力系统稳定运行。

因此，为了解决上述问题，本发明针对光伏直流升压汇集接入系统结构，提出了可以实现直流模块均压、均流，实现系统协调运行的无通信控制策略，使得光伏系统安全可靠运行。

发明内容

针对光伏直流升压汇集接入系统的IPOS结构，本发明提供一种可以实现直流模块均压、均流，实现系统协调运行的无通信控制策略，使得光伏系统安全可靠运行。

一种基于IPOS直流升压的光伏汇集接入系统协调控制方法，用于包括直流升压模块和模块化多电平MMC的光伏并网系统；其中，直流升压模块采用全桥隔离DC/DC子模块输入并联输出串联的结构，当受端电网需要光伏电站输出最大功率时系统工作在最大功率控制模式，当受端电网无法完全消耗光伏电站发出的功率时，系统工作在功率限定模式，对应的控制策略分别为：

A.最大功率追踪控制模式

(1)利用电导增量法计算光伏最大功率点电压值作为直流升压模块输入电压的指令值；

(2)直流升压模块采用电压外环和子模块内部单独的电流内环调节的方式，采集直流升压模块的输入电压并将其与最大功率点电压指令值做差，经PI调节器构成电压外环，提供输入电流的指令值；采集不同子模块的输入电流并分别与输入电流指令值比较，经PI调节器构成独立的电流内环，使各个输入电流跟随相应的指令值；

(3)引入子模块输出电压均压补偿策略，采集各个子模块的输出电压与子模块的平均输出电压做差，经比例调节器形成反馈信号，作用于电流内环，调节子模块的输出电压值；

(4)MMC采用定直流母线电压配合无功功率控制方式，稳定直流母线电压；

B.受端电网功率限定模式

(1)MMC切换到定有功功率和无功功率的控制模式；

(2)直流升压模块控制器采集直流母线电压，与指令值做差，差值超出一定范围时，向最大功率控制器发送禁用信号，最大功率追踪的电压外环控制器被禁用；

(3)采集直流母线电压瞬时值与指令值比较，经比例调节器构成直流母线电压闭环，提供子模块电流控制器的指令值；

(4)子模块内部的电流内环控制器和均压补偿控制不变化，与最大功率追踪模式相同。

本发明所提出的控制策略针对具有直流升压模块的光伏系统，控制策略稳定可靠，可以提高系统的稳定性。直流升压串联子模块可以实现输出电压均衡功能，光伏系统实现协调稳定运行。因此，本发明所提出的控制策略非常适合应用于光伏直流升压系统中。

附图说明

图1直流升压模块拓扑原理图

图2系统协调控制图

图3BFBIC小信号模型

图4直流升压模块控制

图5最大功率点追踪波形图

图6BFBIC模块输入电流波形图

图7直流升压模块输出电压波形图

图8系统输出功率波形