本发明公开了一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，包括：光伏直流升压并网系统受端电网故障时，分析过渡电阻大小与系统有功功率变化的关系；在分析结果的基础上，根据逆变器控制外环的特性，采用交流电压增量前馈补偿的方法修正控制外环直流电压的参考值，从而实现故障恢复控制。
1.一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，其特征在于，包括：光伏直流升压并网系统受端电网故障时，分析过渡电阻大小与系统有功功率变化的关系；
在分析结果的基础上，根据逆变器控制外环的特性，采用交流电压增量前馈补偿的方法修正控制外环直流电压的参考值，从而实现故障恢复控制；
受端电网故障清除时，采用基于交流电压增量前馈补偿的光伏故障恢复控制策略，逆变器对受端电网故障清除时交流电压增量值进行检测，当交流电压增量值大于额定电压的一定比例时，对控制外环直流电压的参考值进行修正，修正公式如下：上式中， 为控制外环直流电压的参考值的修正量，uac表示交流电压，t代表时间，Udc,ref是直流电压参考值，U′dc,ref为直流电压修正后的参考值；
通过控制外环直流电压的参考值进行修正，使直流母线电压在故障恢复时的波动量增大，当光伏列阵检测到直流电压变化量超过阈值时，将直流电压控制切换为最大功率跟踪控制，使光伏列阵运行在最大功率点；
光伏直流并网系统正常运行时，直流母线电压允许±3％UN的波动，控制外环直流电压的参考值的修正量给为：上式中，k为可靠系数。
2.根据权利要求1所述的一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，其特征在于，所述分析过渡电阻大小与系统有功功率变化的关系包括：单相短路故障穿越期间，交流电压参考值选为并网点相电压，当受端电网发生经过渡电阻单相短路故障时，故障点i相电压表示为：上式中，i＝a、b或c；Rg为过渡电阻， 为故障点处i相电流，表达式为：上式中，ZΣ(1)、ZΣ(2)和ZΣ(0)为分别正序、负序和零序等值网络阻抗， 为短路前故障点电压；则故障点i相电压与过渡电阻之间的关系为：逆变器故障穿越期间需为受端电网提供动态无功支撑，其无功功率注入值Q0与并网点电压U之间满足下述关系：上式中IN为电网额定电流，U*为并网点电压标幺值，单相接地故障时，取U*＝Ufi，Ufi表示故障点电压，P1与P2均为设定的阈值；
故障点i相电压与过渡电阻之间的关系中，过渡电阻越大，故障点相电压越大，则U*越大，逆变器在故障穿越期间提供的无功功率越小，将逆变器有功功率输出限值设置为：式中，S为逆变器额定容量；
受端电网故障时的过渡电阻越大，其故障穿越期间提供的无功功率越小，输出的有功功率暂降值越小；受端电网故障清除时，有功功率缺额越小，直流母线电压的变化量越小，光伏列阵由直流电压控制切换为最大功率跟踪控制的难度越大。
光伏直流并网系统故障恢复控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着电力系统光伏装机容量的激增，对光伏资源的利用率和光伏并网的稳定性提出了更高的要求。光伏并网方式有交流汇集式和直流升压式，而后者在功率变换和效率传输方面具有显著的优势。此外，光伏发电并网必须具有故障穿越能力，然而，光伏直流升压系统故障穿越时直流电压的稳定问题比传统交流汇集式更为突出，为了提高光伏的利用率，故障清除的控制策略恢复尤为重要。
[0003] 目前，对于光伏并网系统的研究主要是针对交流系统故障期间的控制策略，通过对系统稳态运行时的控制策略进行改进，使得系统在故障穿越期间维持系统有功功率平衡，从而保持直流母线电压的而稳定，而对交流侧故障清除后的恢复控制策略研究较少。然而，当受端电网发生经较大过渡电阻故障时直流母线的电压变化量较小，故障清除时光伏侧难以仅根据直流电压的波动切换回最大功率跟踪控制，从而会降低光伏的利用率，另外，两端均采用直流电压控制会对系统的稳定运行造成不利影响。因此有必要研究新的光伏直流系统故障恢复控制策略。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，可以提高光伏的利用率。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，包括：
[0007] 光伏直流升压并网系统受端电网故障时，分析过渡电阻大小与系统有功功率变化的关系；
[0008] 在分析结果的基础上，根据逆变器控制外环的特性，采用交流电压增量前馈补偿的方法修正控制外环直流电压的参考值，从而实现故障恢复控制。
[0009] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，当受端电网发生经较大过渡电阻故障时和故障清除时，即使直流母线电压波动量较小，光伏列阵也能及时从直流电压控制切换回最大功率跟踪控制，提高了光伏的利用率。
附图说明
[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0011] 图1为本发明实施例提供的一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法的流程图；
[0012] 图2为本发明实施例提供的光伏直流升压汇集接入系统结构图；
[0013] 图3为本发明实施例提供的直流变压器拓扑结构图；
[0014] 图4为本发明实施例提供的传统双闭环控制策略框图；
[0015] 图5为本发明实施例提供的基于交流电压增量前馈补偿的直流电压参考值修正示意图；
[0016] 图6为本发明实施例提供的逆变器交流侧故障相电压幅值变化图；
[0017] 图7为本发明实施例提供的控制策略修正前后的直流电压的变化对比图。
具体实施方式
[0018] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0019] 本发明实施例提供一种光伏直流并网系统故障恢复控制方法，如图1所示，其主要包括：
[0020] 1、光伏直流升压并网系统受端电网故障时，分析过渡电阻大小与系统有功功率变化的关系。
[0021] 本步骤优选实施方式如下：
[0022] 根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》(GB/T19964—2012)，单相短路故障穿越期间，交流电压参考值选为并网点相电压，当受端电网发生经过渡电阻单相短路故障时，故障点i相(a相、b相或c相)电压表示为：
[0023]
[0024] 上式中，Rg为过渡电阻， 为故障点处i相电流，表达式为：
[0025]
[0026] 上式中，ZΣ(1)、ZΣ(2)和ZΣ(0)为分别正序、负序和零序等值网络阻抗， 为短路前故障点电压；则故障点i相电压与过渡电阻之间的关系为：
[0027]
[0028] 逆变器故障穿越期间需为受端电网提供动态无功支撑，其无功功率注入值Q0与并网点电压U之间满足下述关系：
[0029]
[0030] 上式中IN为电网额定电流，U*为并网点电压标幺值，单相接地故障时，取U*＝Ufi，Ufi表示故障点电压，P1与P2均为设定的阈值，示例性的，可以设置P1＝0.9，P2＝0.2[0031] 从故障点i相电压与过渡电阻之间的关系式，可以看出，过渡电阻越大，故障点相电压越大，则U*越大，逆变器在故障穿越期间提供的无功功率越小，为防止系统故障穿越过程中逆变器过流，将逆变器有功功率输出限值设置为：
[0032]
[0033] 式中，S为逆变器额定容量；从上式可以看出，受端电网故障时的过渡电阻越大，其故障穿越期间提供的无功功率越小，输出的有功功率暂降值越小；受端电网故障清除时，有功功率缺额越小，直流母线电压的变化量越小，光伏列阵由直流电压控制切换为最大功率跟踪控制的难度越大。
[0034] 2、在分析结果的基础上，根据逆变器控制外环的特性，采用交流电压增量前馈补偿的方法修正控制外环直流电压的参考值，从而实现故障恢复控制。
[0035] 受端电网故障清除时，采用基于交流电压增量前馈补偿的光伏故障恢复控制策略，逆变器对受端电网故障清除时交流电压增量值进行检测，只要检测到交流电压增量值大于额定电压的一定比例(例如，大于5％的额定电压)，就对控制外环直流电压的参考值进行修正，修正公式如下：
[0036]
[0037] 上式中， 为控制外环直流电压的参考值的修正量，uac表示交流电压，t代表时间，Udc,ref是直流电压参考值，U′dc,ref为直流电压修正后的参考值。通过对Udc,ref进行修正，使直流母线电压波动量在故障恢复过程中短时增大。当光伏列阵检测到直流电压变化量超过阈值(可根据实际情况来设定)时，光伏侧的直流电压控制则切换为最大功率跟踪控制，从而使光伏列阵运行在最大功率点，进而提高光伏的利用率。所提方法只需要对逆变器的控制策略进行改进，光伏侧的控制环节并未发生变化。
[0038] 光伏直流并网系统正常运行时，直流母线电压允许±3％UN的波动，控制外环直流电压的参考值的修正量给为：
[0039]
[0040] 上式中，k为可靠系数，通常可取1～1.5。
[0041] 图2为光伏直流升压汇集接入系统结构图，光伏并网采用直流升压汇集接入式，其拓扑结构由光伏列阵、直流变压器、模块化多电平换流器(MMC)组成。其中，各直流变压器间采用并联输入串联输出的结构以提升输出直流电压，直流变压器内部由Boost电路和高频变压器组成，送出线路为40km。
[0042] 图3为直流变压器拓扑结构图，主要由Boost电路和额定容量为0.5MVA的高频变压器组成。
[0043] 图4为传统双闭环控制策略框图，稳态运行时，逆变器采用定直流电压控制，通过双闭环控制结构对直流母线电压进行跟踪控制。
[0044] 图5为基于交流电压增量前馈补偿的直流电压参考值修正示意图，故障清除时，逆变器通过对故障清除时交流电压增量值的检测，及时对定直流电压控制外环的直流电压参考值进行修正。通过对原有的控制策略的修正，使直流母线电压在故障恢复时的波动量短时增大，光伏列阵通过检测直流电压变化量是否超过阈值，及时将直流电压控制切换为最大功率跟踪控制，使光伏列阵运行在最大功率点，提高光伏的利用率。
[0045] 图6为逆变器交流侧故障相电压幅值变化图，可以看出，在故障清除时，交流电压有较大的增幅，逆变器通过对这一增量值的检测，及时对控制策略外环直流电压参考值进行修正。
[0046] 图7为控制策略修正前后的直流电压的变化对比图，从图中可以看出，在故障清除时，修正后的直流电压暂降值明显变大，短时超过直流电压正常运行允许范围，而光伏侧根据直流电压低于97％UN后，及时将自身控制策略由直流电压控制恢复为最大功率跟踪控制。
[0047] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0048] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
