基于控保协同的光伏直流升压汇集系统直流故障判别方法

光伏直流升压汇集系统由于内部直流变压器间特殊的串联形式,正常运行时直流变压器汇集端口电压、电流随光伏单元出力变化而波动,当在系统出力较小且直流侧发生较大过渡电阻故障时,故障特性与正常运行出力波动的暂态过程类似,系统故障特征不明显,保护难以实现故障的准确识别。针对上述问题,设计了基于控保协同的无通信直流故障检测方案。在分析直流变压器谐波产生机理的基础上,通过改变其载波频率产生谐波扰动,并根据谐波流通路径差异实现对系统故障工况的可靠检测。PSCAD仿真结果表明,所提方法仅利用换流器本地量测信息即可实现汇集系统直流故障的可靠识别且不受光伏出力影响。     

应用于光伏系统的准Z源逆变器直通控制策略

准Z源逆变器传统的简单升压算法直通占空比恒定,在环境变化的情况下,不能平衡直流母线电压,无法跟踪光伏阵列最大功率点,造成能量损失。针对传统简单升压算法的不足,提出了一种基于电容电压的新型直通控制策略。该策略通过建立光伏准Z源并网系统的小信号模型,建立系统的传递函数,然后基于传递函数设计控制器,实现MPPT跟踪及并网运行。运用PSIM仿真软件对算法进行了仿真验证,仿真结果表明,设计的控制策略能很好地稳定直流母线电压,实现光伏电池板最大功率运行。     

光伏电站直流升压汇集接入系统接地方式分析

随着柔性直流输电技术、直流保护技术的发展,光伏电站直流汇集方式逐步得到研究与应用。光伏电站直流升压汇集接入系统由高变比DC/DC换流器、DC/AC换流器及直流线路构成,但光伏直流升压汇集接入系统接地方式目前还没有形成统一的标准。基于含多类型换流器的直流系统,结合直流升压汇集接入系统拓扑结构,分析了高频变压器、双端直流输电单元中性点、滤波器及升压隔离变压器接地的特性,继而提出了一种光伏直流升压汇集接入系统接地方式选择与确定的方法,并利用理论分析与仿真计算相结合的方法校验了接地方案,通过分析故障特性,提高了接地方式选择的合理性与可靠性。     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

光伏级联DC/DC变换器模式切换稳定性分析及降压运行策略

在光伏直流升压汇集系统中,光伏侧DC/DC变换器通过级联拓扑可实现光伏功率升压直流送出。当光伏输入侧功率差异较大时,级联变换器会在最大功率点跟踪模式和定电压模式间切换,模式切换控制会引起系统稳定性变化。文章以级联隔离升压全桥变换器为研究对象,建立变换器在电导增量法-最大功率点跟踪控制、定电压控制下的小信号输出阻抗模型和级联系统等效阻抗模型,根据阻抗稳定性判据评估控制模式切换下系统稳定性差异。当变换器由最大功率点跟踪模式切换为定电压模式时会降低系统稳定性能,且随着切换控制模式模块数量的增多稳定性显著减小。在此情况下,可采用母线电压降压运行的方案,尽可能使光伏侧DC/DC变换器工作在最大功率点跟踪模式,以维持系统的稳定性。在Matlab/Simulink中搭建级联系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

中压直挂光伏发电系统模块间电压–功率自主跟踪控制方法研究

中压直挂光伏发电系统不需要工频升压变压器和无功补偿装置,无夜间损耗,近年来受到广泛关注。大量光伏组串经隔离型直流变换器输出串联汇集,再通过模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)换流器并网送出功率,形成两级式中压直挂光伏发电拓扑。该拓扑运行效率高,但各光伏组串最大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)控制较为困难。把隔离型直流变换器输入侧并联,并在光伏组串与隔离型直流变换器间插入MPPT变换器,有利于MPPT控制,但增加系统损耗。面向两级功率变换式中压直挂光伏发电系统,提出隔离变换器的模块间电压-功率自主跟踪控制方法,使变换器在实现各光伏组串最大功率点追踪控制的同时,不经过通信和闭环控制就可以实现各功率模块输出电压自动分配,从而可以减少功率变换层级,提高运行效率和鲁棒性。仿真分析和小功率实验结果验证所提模块间功率控制策略的有效性。     

光伏直流升压汇集系统级联变换器虚拟阻抗控制

光伏直流升压汇集系统中,光伏侧变流器常采用独立输入、串联输出结构实现直流升压,并依据串联变流器分压情况进行模式切换,以避免串联变流器模块端电压发生越限,但模式切换会引起光伏直流汇集系统稳定性的变化.针对这一问题,建立了光伏侧级联DC/DC变换器在不同工作模式下的等效阻抗模型,应用阻抗匹配稳定性判据对比分析系统稳定性差异...     

光伏阵列在线绝缘监测系统的研究

光伏阵列对地绝缘阻抗不合格将对设备和人身带来重大安全事故,光伏电站需自动监测光伏阵列的对地绝缘阻抗。为此,提出了一种基于不平衡电桥法的新型绝缘监测方案,并进行了理论推导和误差分析。实际运行表明,该方案能准确检测光伏阵列直流母线和支路对地绝缘阻抗值的大小,提高了光伏电站运行的安全性和稳定性。     

光伏直流升压场站并网整体协同低电压穿越控制策略

光伏直流升压汇集场站中,光伏列阵经DC/DC升压后汇集,再由DC/AC换流站逆变后接入交流电网。对于多个光伏直流升压场站并网系统,并网DC/AC换流站输出无功电流大小受自身容量与端口电压跌落程度影响,在协调机制不明确情况下,无功整定困难,靠近故障的场站存在脱网风险。为此,在分析各DC/AC换流站无功出力对端口电压影响的基础上,提出了光伏直流升压场站并网系统整体协同低电压穿越控制策略。进入低穿后,DC/AC换流站检测本地端口电压,立即向电网注入无功进行支撑;总控站利用通信获知各换流站的端口电压,进而协调各换流站的无功电流输出额度。同时,在分工况细化协调机制的基础上,对DC/AC换流站无功电流输出进行通用化整定。仿真结果表明,所提控制策略在交流电网发生故障时,能有效协调各DC/AC换流站进行无功补偿,提高系统整体低电压穿越能力。     

大功率高升压比光伏直流变压器控制策略

基于中频逆变和24脉波整流的高升压比直流变压器以其控制简单、可靠稳定等优点在大功率光伏直流汇集系统中具有广阔的应用前景。针对其中的交流并联逆变部分无同步电网及环流等问题,提出了一种基于中频逆变的功率主从控制策略,其中主机采用定直流电压控制,并建立电压同步矢量,提供基准电流,依据此基准电流采用功率控制策略,该方法在满足功率分配精度、减小环流的同时无需快速通讯,稳定性较高。最后通过仿真和实验结果验证了控制方案的可行性。     

级联式光伏电站直流并网拓扑及其控制策略

为解决光伏电站远距离输送并网问题,同时提高光伏电站并网系统稳定性,将光伏电站与电压源型高压直流(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)输电系统相结合,设计了一种光伏电站通过级联直流变换器经VSC-HVDC输电线路并网拓扑方案。研究了光伏发电模块均压特性,分析了光伏发电模块控制策略和VSC换流站直流电压控制策略,提出了改进的直流电压-功率偏差斜率控制策略。在PSCAD/EMDTC电磁暂态软件下进行了不同光照强度仿真分析。仿真结果验证了系统可行性,表明了所提出控制策略有效保持光伏电站系统电压稳定性。     

基于两象限DC/DC变换器的光伏发电系统

传统MPPT电路串联在光伏组件和负载之间.光伏板产生的所有电能都要经过DC/DC变换器进行处理.因此.整个光伏发电系统的效率就要依赖于DC/DC变换器的效率.针对离网型光伏发电系统提出一种两象限DC/DC变换电路,并将最大功率跟踪电路与其并联,主要能完成蓄电池充放电,升降压电路的功能.由于与主电路并联,仅有少部分能量通...     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

面向直流微电网的升压型光伏发电系统研究*

针对面向直流微电网的升压型光伏发电系统,主要从光伏电池的工程模型、最大功率点跟踪控制技术以及升压型光伏发电系统的性能仿真与数字化实现等方面开展了深入的研究。根据P-U曲线的单峰性,确定了利用升压型变换器的阻抗变换作用和电导增量法相结合的最大功率点跟踪实现方案,并详细分析了电导增量法实现最大功率点跟踪的原理。通过研究传统的固定步长电导增量法最大功率点跟踪控制策略,提出了一种改进的变步长电导增量法,并这两种方法进行了仿真验证,并进行了实验研究。相应的实验结果证明了所设计的改进的的变步长电导增量法,解决了传统的固定步长电导增量法所存在的跟踪速度与稳态精度无法同时调节的问题。     

光伏并网系统的谐振抑制策略及无源阻尼选取方法

针对多端口光伏直流升压汇集系统中DC/DC换流器存在的谐振问题,提出了基于无源阻尼的谐振抑制策略.通过对比不同运行工况下的等效阻抗,揭示了DC/DC换流器内部的谐振机理.综合考虑谐振抑制效果和阻尼电阻有功损耗,采用电容支路串联阻尼电阻的方式,通过对比谐振频率点的等效阻抗幅值与相邻正常频率点的阻抗幅值,给出了阻尼电阻的取值范围,有效抑制了换流器阻抗匹配引起的谐振.所提谐振抑制策略在保证换流器有较高传输效率的前提下,有效地提高了光伏并网系统的稳定性.     

A fuzzy maximum power point tracking method for photovoltaic systems using a single input current sensor

Maximum power point tracking (MPPT) is one of the major issues in photovoltaic (PV) systems and plays a vital role in optimal utilization of these systems for practical applications. In this paper, we propose a new MPPT method that requires only one current sensor in PV panel side and uses a fuzzy controller to generate proper duty cycle for the DC–DC converter in a PV system. The input current sensor‐based fuzzy MPPT method (ICSF) exhibits proper operation both under steady state and dynamic tests and also performs well in case of severe environmental variations. The proposed method has been simulated in the MATLAB/Simulink workspace and compared with some major MPPT methods. The results reveal that the proposed method behaves well in various conditions. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于阻抗源的单相光伏并网系统研究

近年来太阳能并网发电系统得到广泛应用,并网逆变器是系统核心部件,系统中逆变器多采用多级式结构。采用阻抗源代替DC/DC升压装置,在升压的同时稳定逆变桥直流侧电压,保证后级逆变器的稳定工作,使并网电流相位严格跟踪电压相位,实现单位功率因数的并网。由于阻抗源不含开关管,允许桥臂直通短路状态的出现,消除了死区时间,降低成本的同时减小了并网电流的谐波畸变,改善了系统输出。采用文献[1]中的光伏阵列模型,利用改进的电导增量法实现最大功率点,解决跟踪速度及精度的矛盾,证明基于阻抗源的单相光伏并网系统的可靠性。     

基于云层分布规律与太阳光跟踪的光伏电站MPPT策略

针对现有光伏系统最大功率点跟踪(MPPT)较少考虑诸如光照等外界因素或即使考虑也多做定性分析的问题,提出一种基于云层分布规律与太阳光跟踪的大规模光伏电站MPPT策略。首先,分析云层对太阳光的散射、折射与遮挡效应,结合区域云层分布规律,构建太阳光跟踪装置(以下简称检测球)有效指导半径模型以及在光伏电站中优化布点模型;其次,依据光伏板输出功率差异,提出太阳光辐照强度边界自寻优划分方法,并基于光伏板与检测球间相对位置,建立检测球指导光伏板姿态调整数学模型。最后,采用粒子群优化算法获取单个光伏板最大功率点,进而实现光伏电站MPPT。以西北某光伏电站为背景,仿真验证了所提策略的正确性。     

基于串联型分布式MPPT架构的直流微网系统无缝切换控制策略

为了提高直流微网系统中光伏单元的输出功率,以串联型分布式最大功率点跟踪(MPPT)架构代替传统的集中式MPPT架构,以光伏单元、蓄电池和负荷组成的直流微网系统为研究对象,分析了串联型分布式MPPT架构的控制策略。在不增加通信电路的前提下,提出了一种从MPPT模式到稳压降功率模式的无缝切换控制方法;为了保证直流母线电压稳定、串联型分布式MPPT架构安全运行以及延长蓄电池寿命,设计了直流微网系统的工况与能量管理控制策略。通过MATLAB/Simulink仿真分析表明:在环境失配情况下,采用串联型分布式MPPT架构可以大幅提升光伏单元的输出功率;所提控制方法可以有效地完成模式之间的无缝切换;所设计的系统能量管理控制策略可以良好地协调各单元运行,实现系统安全、稳定、高效运行。