一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特点是，包括：测量双级式光伏发电系统中低压侧、高压侧直流电压、并网电流、并网点电压，经过派克变换处理得到d轴有功电流和有功电压、q轴无功电流和无功电压；将低压侧直流电压与参考值的电压差值输入到控制器中，计算占空比d驱动Boost变换器工作；将高压侧直流电压与参考值的电压差值输入到控制器中，计算出d轴有功电流参考指令，将无功差值输入到控制器中，算出q轴无功电流参考指令；将d轴有功电流、无功电流和有功电流参考指令、q轴无功参考电流指令作差输入控制器，算出d轴逆变器输出电压，q轴逆变器输出电压，进而驱动逆变器工作，响应系统频率变化。
1.一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特征是，它包括以下步骤：
(1)测量双级式光伏发电系统中低压侧直流电压UPV，给定一个低压侧直流电压参考值UPVref，将低压侧直流电压UPV与低压侧直流电压参考值UPVref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个Boost变换器的占空比d，将占空比d送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动Boost变换器工作，PI控制器的时域表达式为：d＝Kp(UPV-UPVref)+Ki∫(UPV-UPVref)dt
(2)测量双级式光伏发电系统中高压侧直流电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Utd、q轴分量的无功电压Utq；
(3)给定一个高压侧直流电压参考值Udcref，将高压侧直流电压Udc与高压侧直流电压参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功功率Q与无功功率参考值Qref的无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为：idref＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
(4)在步骤(3)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为高压侧直流电压初始值，f0为电网初始频率；
(5)将步骤(2)中得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq分别与步骤(4)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(3)中q轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，Uq＝Kp(iqref-iq)+K∫i(iqref-iq)dt；
(6)将d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动网侧逆变器工作；
(7)当电网频率存在扰动时，双级式光伏发电中的高压侧直流电压首先感知电网频率波动，由于高压侧直流电压Udc与低压侧直流电压UPV满足UPV＝d×Udc的关系，电网频率扰动会传递至低压侧直流电压UPV，然后通过调节Boost变换器的控制带宽来调节低压侧直流电压UPV的动态响应，进而来调节光伏发电输出功率，使其主动参与电网频率调节。
一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略
技术领域
[0001] 本发明涉及光伏联网发电运行控制领域，是一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略。
背景技术
[0002] 随着能源危机的爆发和环境问题的日趋严重，开发利用可再生能源成为世界各国能源战略转型的核心议题。可再生能源正逐步成为新增电力重要来源，电网结构和运行模式都将发生重大变化。
[0003] 风电、光伏等可再生能源发电是经由电力电子变流器并网，通常按最大功率点跟踪方式运行时，普遍不参与电网频率调节。随着可再生能源发电并网规模的不断扩大，电网抗功率扰动能力下降，将逐渐恶化电力系统的频率特性，威胁电网安全稳定运行。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，在光伏发电备用一定有功功率的基础上响应系统频率变化。
[0005] 解决其技术问题采用的技术方案是，一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，其特征是，它包括以下步骤：
[0006] (1)测量双级式光伏发电系统中低压侧直流电压UPV，给定一个低压侧直流电压参考值UPVref，将低压侧直流电压UPV与低压侧直流电压参考值UPVref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个Boost变换器的占空比d，将占空比d送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动Boost变换器工作，PI控制器的时域表达式为：
[0007] d＝Kp(UPV-UPVref)+Ki∫(UPV-UPVref)dt
[0008] 式中，KP为比例系数，Ki为积分系数；
[0009] (2)测量双级式光伏发电系统中高压侧直流电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Utd、q轴分量的无功电压Utq；
[0010] (3)给定一个高压侧直流电压参考值Udcref，将高压侧直流电压Udc与高压侧直流电压参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功功率Q与无功功率参考值Qref的无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为：
[0011] idref＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
[0012] (4)在步骤(3)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1
[0013]
[0014] 式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为高压侧直流电压初始值，f0为电网初始频率；
[0015] (5)将步骤(2)中得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq分别与步骤(4)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(3)中q轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，[0016] Uq＝Kp(iqref-iq)+Ki∫(iqref-iq)dt；
[0017] (6)将d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动网侧逆变器工作；
[0018] (7)当电网频率存在扰动时，双级式光伏发电中的高压侧直流电压首先感知电网频率波动，由于高压侧直流电压Udc与低压侧直流电压UPV满足UPV＝d×Udc的关系，电网频率扰动会传递至低压侧直流电压UPV，然后通过调节Boost变换器的控制带宽来调节低压侧直流电压UPV的动态响应，进而来调节光伏发电输出功率，使其主动参与电网频率调节。
[0019] 本发明的一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，是在网侧逆变器中引入f-Udc补偿环节，基于有功功率储备，来修正直流侧电压控制回路，进而响应电网频率波动，可以实现在系统频率下降时提供类似传统机组的调频等辅助服务，维持系统频率稳定性。具有科学合理，适用性强，效果佳等优点。
附图说明
[0020] 图1是双级式光伏发电的拓扑结构图；
[0021] 图2是双级式光伏发电低压侧直流电压控制策略框图；
[0022] 图3是本发明的一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略框图；
[0023] 图4是搭建的两区四机仿真算例系统示意图；
[0024] 图5是电网频率、光伏阵列输出功率以及单个同步发电机组输出功率的波形示意图；
[0025] 图6是双级式光伏发电的低压侧直流电压与高压侧直流电压的波形示意图。
具体实施方式
[0026] 下面利用附图和实施例对本发明的一种集中式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略进行详细说明。
[0027] 参照图1－图4，图1是双级式光伏发电的拓扑结构图；图2是双级式光伏发电低压侧直流电压控制策略框图；图3是本发明的一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略框图；图4是搭建的两区四机仿真算例系统示意图；由三个同步发电机组、一个光伏电站构成。
[0028] 本发明的一种双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，包括以下步骤：
[0029] (1)测量双级式光伏发电系统中低压侧直流电压UPV，给定一个低压侧直流电压参考值UPVref，将低压侧直流电压UPV与低压侧直流电压参考值UPVref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个Boost变换器的占空比d，将占空比d送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动Boost变换器工作，PI控制器的时域表达式为：
[0030] d＝Kp(UPV-UPVref)+Ki∫(UPV-UPVref)dt
[0031] 式中，KP为比例系数，Ki为积分系数；
[0032] (2)测量双级式光伏发电系统中高压侧直流电压Udc，测量光伏并网电流ia、ib、ic，并网点电压uta、utb、utc，经过派克变换处理得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq、d轴分量的有功电压Utd、q轴分量的无功电压Utq；
[0033] (3)给定一个高压侧直流电压参考值Udcref，将高压侧直流电压Udc与高压侧直流电压参考值Udcref的电压差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个d轴有功电流参考指令idref，将无功功率Q与无功功率参考值Qref的无功差值输入到PI控制器中，经过PI控制器的时域表达式计算出一个q轴无功电流参考指令iqref，PI控制器的时域表达式为：idref＝Kp(Udc-Udcref)+Ki∫(Udc-Udcref)dt,iqref＝Kp(Q-Qref)+Ki∫(Q-Qref)dt；
[0034] (4)在步骤(3)的基础上，引入中f-Udc线性补偿环节，来修正d轴有功电流参考指令idref1
[0035]
[0036] 式中，HPV为电压源换流器的虚拟惯量常数，Udc0为高压侧直流电压初始值，f0为电网初始频率；
[0037] (5)将步骤(2)中得到d轴分量的有功电流id、q轴分量的无功电流iq分别与步骤(4)中的d轴有功电流参考指令idref1、步骤(3)中q轴无功参考电流指令iqref作差，并将差值输入PI控制器，经过PI控制器的时域表达式计算出d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq，PI控制器的时域表达式为：Ud＝Kp(idref1-id)+Ki∫(idref1-id)dt，Uq＝Kp(iqref-iq)+Ki∫(iqref-iq)dt；
[0038] (6)将d轴网侧逆变器输出电压Ud，q轴网侧逆变器输出电压Uq送至PWM环节生成驱动脉冲，驱动网侧逆变器工作；
[0039] (7)当电网频率存在扰动时，双级式光伏发电中的高压侧直流电压首先感知电网频率波动，由于高压侧直流电压Udc与低压侧直流电压UPV满足UPV＝d×Udc的关系，电网频率扰动会传递至低压侧直流电压UPV，然后通过调节Boost变换器的控制带宽来调节低压侧直流电压UPV的动态响应，进而来调节光伏发电输出功率，使其主动参与电网频率调节。
[0040] 参照图5，当系统负荷突增，不同Boost变换器的控制带宽情况下，电网频率、光伏阵列输出功率以及单个同步发电机组输出功率的波形示意图可以看出，当负荷出现扰动时双级式式光伏发电可以主动参与电网频率调节，抑制电网频率最低跌落，提高稳态频率偏差。
[0041] 参照图6，当系统负荷突增，不同Boost变换器的控制带宽情况下，双级式光伏发电的低压侧直流电压与高压侧直流电压的波形示意图可以看出，采用本发明的双级式光伏发电主动参与电网频率调节控制策略后，双级式光伏发电会主动调节低压侧直流电压来响应系统频率变化。
[0042] 本实施例验证了本发明的一种双级式光伏发电参与电网频率调节控制策略的有效性与可行性。
[0043] 本发明具体实施方式给出的实施例，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。
