[发明专利]基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法

说明书

一种基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法，其特点是，利用快速最大功率跟踪算法获得当前光照和温度条件下的系统最大可用功率，并确定最大可用功率所对应的光伏阵列端口电压值，将电压作为DC/DC变换器电压外环参考值；以固定步长逐渐减小该电压参考值，受光伏阵列端口电压的减小影响，光伏发电系统输出功率减小。当光伏发电系统输出功率达到2倍的给定减载率功率时，DC/DC外环电压参考值停止减少。不断重复上述过程。光伏阵列的直流侧功率为波动的斜坡功率，波动的斜坡功率平均值等于给定减载率功率。并网侧变流器采用改进直流电压跟踪控制算法，通过功率补偿算法允许直流电容电压在一定范围内波动，维持并网功率近似恒定。

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，是一种基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法。

背景技术

太阳能由于具有清洁无污染和可再生等优点，受到了人们广泛的关注。近年来，太阳能发电技术发展不断进步，光伏发电系统在电力系统中的渗透水平日渐增加。由于传统的火力发电机组具有惯性，具有一定的频率响应能力，所以电力系统的一次调频任务主要由火力发电机组承担，而光伏发电系统不具备以上特点，因此高光伏渗透率的电力系统无法很好地对负荷变化作出反应。

为了解决高光伏渗透率电力系统的调频问题，使光伏发电系统参与频率调节，现有技术有两类方法，一类方法是在光伏发电系统中使用蓄电池来应对系统中的负荷变化，该方法效率高，无需损失光伏发电功率，但是储能建设和运行维护成本高昂；另一类方法是使光伏系统主动减载运行，留出一定的功率裕量参与电网频率调节，但是光伏减载控制方法通常需要光照、温度传感器和光伏板参数来估算最大功率点功率，算法实现复杂，传感器成本较高，且容易受光伏板参数不准确的影响。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提出一种科学合理，适用性强，使用价值高，效果佳，易于工程实现，无需光伏阵列模型参数，无需光照和温度传感器，且能快速响应光照变化的基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法，使光伏发电系统能够工作在给定减载率水平，使其主动参与电网调频。

为了实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于斜坡功率的两级光伏发电系统减载运行控制方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)直流DC/DC变流器控制

DC/DC变流器的作用是进行最大功率估算和主动减载控制，DC/DC变流器采用电压外环控制和电流内环控制相结合的控制方式，功率参考值由外部给定减载率乘以当前条件下最大可用功率生成，采用恒电压最大功率跟踪算法，获得当前环境条件下最大功率；采用固定电压步长的改进扰动观察法，改变DC/DC变流器来输出功率，实现光伏主动减载控制；

①采用恒电压最大功率跟踪算法，对于光伏阵列，其可输出最大功率点对应的电压近似为一定比例开路电压，如下式：V_mpp≈K_ocV_oc

通过恒电压最大功率跟踪算法能够近似获得最大功率点处的电压V_mpp，然后将估算的最大功率点电压作为DC/DC电路电压外环的参考值，使系统运行于估算的最大功率点，由此得到估算最大功率点的功率P_mpp；

其中，V_mpp为某一光照和温度条件下估算的最大功率点电压，V_oc为光伏阵列的开路电压，K_oc为一经验系数，一般取0.78～0.92，需要注意由于开路电压V_oc受温度的影响较大，只考虑光照强度变化而忽略温度变化的影响时，可近似认为开路电压V_oc保持固定不变，因此可以近似估算最大功率点电压；

②采用固定电压步长的改进扰动观察法实施光伏主动减载控制，逐步减小DC/DC电路电压外环参考值来进行功率跟踪控制，直到光伏阵列输出功率减小至光伏系统给定功率P_ref时，停止减小电压外环参考值；