光储系统暂/稳态电压特性及并网协调控制策略研究

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分布式光伏接入中低压配电网,其输出功率的间歇性、波动性将弱化系统安全稳定运行性能。并且随着分布式光伏渗透率不断提高,其所连电网的电压越限、短路电流等暂/稳态负面问题凸显。因此,分布式光伏接入暂/稳态问题的分析及相关控制策略研究成为目前学界关注的重点、难点。本文通过查阅大量文献,对其进行分析、归纳、总结,并在前人工作基础上,以分布式光伏接入暂/稳态电压调节控制策略研究为切入点,重点研究分布式光伏接入配电网的稳态无功电压控制策略以及光伏发电系统暂态电压特性,并就正常运行时光伏辅助电网无功电压调节方案以及在系统电压暂态环境下光伏发电系统应对机理展开探讨,最终提出:分布式光伏接入配电网无功电压控制体系,解决分布式光伏接入后配电网并网点电压越限等方面问题;基于光伏发电系统自适应Non-MPPT算法、储能并网逆变器混合控制算法、磁通耦合限流器(FCL)的协调控制策略用于提高光伏发电系统及光储微电网应对电压跌落的暂态性能。论文主要内容与成果如下:(1)针对分布式光伏接入引起的并网点稳态电压越限问题,从区域协调控制和本地控制两个方面出发,提出一种分布式光伏接入配电网无功电压控制体系,通过对区域多个分布式光伏的协调控制和通信条件较差时单个分布式光伏的本地控制,实现无功电压的有效调节。(2)为了实现两级光伏发电系统智能逆变器无功调压功能以及提高其暂态电压性能,提出一种基于混合型算法的光伏发电系统控制策略。该策略通过电流模型预测控制,根据八种预测的开关状态,建立其控制系统价值函数,使其在正常运行情况下快速跟随逆变器控制系统参考指令输出有功、无功电流,并在系统电压发生对称与不对称跌落情况下,并网逆变器均输出设定对称电流,解决交流侧过电流问题。基于并网点电压的跌落程度及自适应非最大功率跟踪(Non Maximum Power Point Tracking,Non-MPPT)算法,调节前级Boost变换器占空比,进而降低光伏阵列输出功率,抑制故障过程中并网逆变器交、直两侧功率失衡而导致的直流侧母线过电压,并通过引入直流电压反馈项消除不对称故障时直流电压二次谐波分量。(3)为了进一步提升光伏发电系统并网点电压的暂态性能,构建光储微电网,使其能在并、孤岛运行模式下,光伏发电系统均能保持并网运行状态。本文提出了一种适用于光储微电网中储能逆变器的混合控制方法。该方法利用逆变器分层控制结构,将二自由度控制原理与电流预测控制模型相融合。其中,控制层电流内环采用电流预测模型可替代了传统PI控制器以及PWM调节器;控制层电压外环则利用二自由度控制原理,构造被控对象逆模型,并在电流内环电流预测模型控制的基础上,单位化控制层传函,实现控制层引入电压、电流量中所含有害扰动量的动态全补偿,并且保证了该算法在微电网并、孤网运行模式切换过程中,其暂态冲击电流及母线电压畸变率也得到明显抑制。(4)为了全面提升光伏发电系统应对电压暂态问题时的动态性能,本文提出了一种提高光伏发电系统低电压穿越能力的光储微电网电压协调控制策略。该协调控制策略在外部电网出现故障导致光储微电网并网点电压跌落时,通过光伏发电系统Non-MPPT运行模式、储能单元改进下垂控制以及限流器(fault current limiter,FCL)协调控制,不仅快速抑制交流侧冲击电流,也有效抑制光伏逆变器直流侧电压过高,提高了光伏发电系统低电压穿越能力,全面提升了光储微电网接入系统并网点的电压性能。
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