光伏并网系统LVRT控制策略优化

由上节分析可知，光伏并网系统在LVRT过程中，由于功率平衡被打破，光伏并网系统的直流母线电压将迅速升高。由于光伏电池的自身特性，随着直流母线电压升高，其输出有功功率将迅速降低，因此，此阶段光伏并网系统不需要增加额外的卸荷措施，其控制可继续采用第5章中介绍的正常工况下的控制算法，仅需作如下改变：网侧变流器需根据并网导则的要求重新设置正序无功电流指令，限制正序有功电流输出，因无需抑制直流母线电压脉动，负序有功与无功电流分量指令可设置为零。综上，故障持续阶段光伏发电系统并网逆变器的控制结构如图9-17所示。基于本书5.2节的基于电流闭环的矢量控制策略可知，网侧变流器的有功功率指令由光伏电池的MPPT控制环给出，电流内环采用基于双dq坐标系模型的解耦控制方法，但为了应对不对称电网故障，需要加入正负序解耦模块。定义负序坐标系旋转相角为：θ^N=-θ^P=-ωt，从而可得任意矢量V在正负序坐标系下的表达式如式（9-13）所示：

图9-16 光伏发电系统LVRT过程中直流电压及输出有功功率变化过程

典型的通过解耦对消的正负序分离方法，其结构框图如图9-17所示。由式（9-13）可见，三相输入量的正序坐标系下变换结果里除了正序的直流量信息外还含有幅值为负序坐标系下dq信息的二次谐波，因而只要从e^P_{d_c}里减去耦合项就可以将正序信息分离出来。

图9-17 基于解耦的正负序分离法实现框图

其中解耦部分计算如式（9-14）所示：

为了完整的分离出正负序信息，将解耦计算输出结果经过一个一阶的低通滤波器LPF，这样既能够令解耦环节稳定，同时又可以在输入量包含低次谐波时抑制低次谐波干扰，准确分离出正负序信息，并且即使解耦不准确没能完全消除2次谐波，只要低通滤波器的角频率设定的小于工频角频率100π，解耦偏差也会收敛到0的，即解耦环节计算结果会收敛到一个稳态点。经过正负序解耦之后，在电网故障下，网侧变流器正序有功和无功指令将切换为根据并网导则的要求设定。

对称故障下，根据并网导则的规定，故障持续阶段光伏并网系统输出的正序无功电流指令值应为(www.xing528.com)

I_g^∗_q=K·ΔU （9-15）

式中 I_g^∗_q——无功电流指令值，用标幺值表示，上限值为1pu；

K——无功电流补偿系数，该系数根据光伏系统对电网的渗透率来决定，通常取2；

ΔU——电网电压跌落深度比例。

有功电流指令由系统容量和无功电流指令决定，系统总电流输出上限为1pu。实际工况中，光伏发电系统很少运行在额定功率输出的工况下，当光照不足时，即便故障后网侧变流器需输出一定的无功电流，其有功电流输出能力也足以实现光伏并网系统的MPPT，此时其有功电流输出不受故障的影响；若光照较强，故障后网侧变流器无法实现对应MPPT的有功电流输出，此时其优先保证无功电流输出，剩余容量用于输出有功电流。

不对称故障条件下，式（9-15）中I_g^∗_q表示正序无功电流分量，其计算公式保持不变，但上限值设为0.4pu。

图9-18 故障持续阶段光伏发电系统控制结构图

当系统处于电网故障恢复阶段，系统容易出现不稳定与过电压，为了尽快稳定系统，在LVRT结束一段时间内，仍需要保持无功功率补偿。在系统出现过电压时，应要求进行感性无功补偿，能够对本地负载起到一定的同步调节作用。