[发明专利]一种基于含双向功率管的提高可控变压器光伏发电电压稳定性的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于含双向功率管的可控变压器提高光伏发电电压稳定性的控制方法，该控制器由可控变压器，电压、电流传感器和测量与控制模块构成。该控制方法是利用可控变压器可迅速导通、关断的电力电子开关，控制可控变压器输出侧(副边)的导通与关断，同时增加四组双向功率管改变交叉相绕组导通方向，从而最大范围改变可控变压器输出电压的相位、幅值，通过比例积分控制器跟随设定电压及有功功率，实现有输出电压幅值及相位的实时调节，当网侧电压有较大波动时，对光伏电场进行无功补偿，提高光伏电场电压稳定性，并且具有成本低廉、可靠性高的特点。

主权项

一种基于含双向功率管的提高可控变压器光伏发电电压稳定性的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤①、测量与控制模块对控制进行初始化，接收上位机给定的电压给定值V₀和有功功率的给定值P₀；可控变压器分接头变比N；ω0为50或60Hz所对应的角频率；第一PI控制模块控制系数k_p1和k_i1，1≤k_p1≤100,1≤k_i1≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，无功补偿功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；第二PI控制模块控制系数k_p2和k_i2，1≤k_p2≤100,1≤k_i2≤100，初设值均为10，由操作员按光伏电场运行状况设定，有功功率越大，系数取值越大，额定功率时取其最大值100；步骤②、测量与控制模块接收输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器分别输入的输入电压V_in、输出电压V_out、输出电流I_out，输出电压与输出电流的夹角为β，设输入电压V_in的幅值为|V_in|，输出电压V_out的幅值为|V_out|，输出电流I_out的幅值为|I_out|，输出电压基波的初始幅值为V¹_out，远输电线路电抗值L，远方电网电压V_电网2的幅值为V₂，相角为α；按下列公式计算实测的有功功率P：$P=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}{I}_{out}cos\mathrm{\β}$根据有功功率P₀，计算可控变压器的输出电压初始相角θ₀$P_0=\frac{V_2{V}_{out}}{{\mathrm{\ω}}_{0}L}sin(\mathrm{\α}-{\mathrm{\θ}}_0)$按照光伏电场运行状况，进行有功功率调节；通过改变可控变压器分接头开关的调制信号，调节其输出电压的幅值及相位；步骤③、根据有功功率P₀及实测有功功率P，依据下式计算可控变压器输出电压相角θ：步骤31.通过第一比较模块按下式计算第一PI控制模块的输入值μ_S1：μ_S1＝P₀‑P，其中P为第一比较模块输入的有功功率值；步骤32.第一PI控制模块在接收到所述第一比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μ_C1，计算公式如下：μ_C1＝k_p1μ_S1+k_i1∫μ_S1dt，其中，k_p1和k_i1是第一PI控制模块的控制系数；步骤33.通过第一加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的相角θ：θ＝θ₀+μ_C1；步骤④、根据电压给定值V₀及实测输出电压V_out，依据下式，计算可控变压器的输出电压幅值V_out1：步骤41.通过第二比较模块按下式计算第二PI控制模块的输入值μ_S2：μ_S2＝V₀‑V_out，其中V_out为第一比较模块输入的电压；步骤42.第二PI控制模块在接收到所述第二比较模块的输出后进行控制运算，输出相应的控制量μ_C2，计算公式如下：μ_C2＝k_p2μ_S2+k_i2∫μ_S2dt，其中，k_p2和k_i2是第二PI控制模块的控制系数；步骤43.通过第二加法模块按以下公式计算可控变压器输出电压基波的幅值V_out1，$V_{out1}=V_{out}^1+{\mathrm{\μ}}_{C2}$步骤⑤、通过公式计算得到调制系数：将上述计算得到的可控变压器输出电压基波的相角θ和幅值V_out1代入下述公式，求得V_outref及可控变压器控制参数：$\begin{array}{c}{V}_{outref}=V_{out1}sin({\mathrm{\ω}}_{0}t-\mathrm{\θ})\\ =(V_{in}*\sqrt{{\[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)-\frac{N}{2}\]}^2+{\left(\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_2\right)}^2})*sin({\mathrm{\ω}}_{0}t-\mathrm{\θ})\end{array}$$\mathrm{\θ}=arctan\left(\frac{\±\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_2}{\[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)\]}\right)$设K1为双向功率管Sa1和Sa3开关信号，K2为双向功率管Sa2和Sa4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K1＝1，K2＝0，双向功率管Sa1和Sa3导通，双向功率管Sa2和Sa4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“‑”时，K1＝0，K2＝1，双向功率管Sa1和Sa3关断，双向功率管Sa2和Sa4导通，两相绕组反向导通；于是可得到绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的功率单元9占空比控制信号D1和功率单元10占空比控制信号D2；步骤⑥、根据脉宽调制占空比D1和D2，向绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤⑦重复步骤②至步骤⑥，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对光伏电场并网电压幅值及相位调节，进而提高其电压稳定性。