一种光伏发电系统电能质量提升方法及系统

本发明涉及光伏发电，具体涉及一种光伏发电系统电能质量提升方法及系统。

背景技术：

1、近些年，以光伏发电为主的新能源发电机组装机量迅速攀升。这一趋势在提升光伏在主干电网中的渗透率，提升清洁能源比重的同时，也使得基于电力电子功率变换器的光伏发电系统的电能质量问题愈发突出。受一次能源即太阳能的限制，光伏发电系统输出电能存在固有的波动性特征，导致其输出电能中出现较大的扰动因素。此外，作为光伏发电系统并网设备的电力电子变换器，也存在着由器件老化和不平衡导致的谐波问题，导致光伏发电系统输出电流畸变严重。以上两种特性导致光伏发电系统在规模化应用中，会对电网产生较大的谐波污染和扰动冲击。恶劣的谐波问题和主干电网中的各类扰动明显降低了光伏发电系统的发电质量，严重限制了光伏发电系统渗透率的进一步提升。

2、传统的控制方法往往只针对谐波或扰动中的一种进行优化，不具备同时优化的能力。比如，现有的谐波抑制和扰动补偿方法均在dq轴旋转坐标系中完成，该方法虽然简单，但却无法直接提取并剥离不同频次的谐波，更无法实现各类异常扰动的抑制。因此，亟需一种兼具谐波抑制和扰动补偿的方法，在有效削减谐波的同时，补偿各类扰动对电能质量的进一步影响。

技术实现思路

1、本发明提供了一种光伏发电系统电能质量提升方法及系统。本发明针对光伏发电系统输出电能中存在的谐波和扰动问题，构建多谐波抽取模型，以实现各次谐波的精确抽取；根据多谐波抽取模型构建多谐波剥离器，以实现各次谐波的精确抑制；根据多谐波抽取模型设计分数阶扰动估算器，实现各类扰动的实时估算并剔除；设计光伏发电系统mhr-fde控制器，完成光伏发电系统的高稳定、低谐波控制，进而实现光伏发电系统输出电能质量的有效提升。

2、术语解释：

3、1、mhr：multi-harmonic remover，多谐波剥离器。

4、2、fde：fractional-order disturbance estimator，分数阶扰动估算器。

5、本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

6、一种光伏发电系统电能质量提升方法，包括如下步骤：

7、s1、构建多谐波抽取模型，实现各次谐波的抽取；

8、s2、根据步骤s1构建的多谐波抽取模型，构建多谐波剥离器，从而对各次谐波进行抑制；

9、s3、根据步骤s1构建的多谐波抽取模型，设计分数阶扰动估算器，从而对各类扰动进行实时估算并剔除；

10、s4、设计光伏发电系统mhr-fde控制器，实现谐波和扰动的同时优化。

11、进一步地，步骤s1具体包括：

12、针对光伏发电系统输出电能中存在的谐波和扰动，构建多谐波抽取模型，通过多谐波抽取模型对光伏发电系统输出电流中含有的谐波进行抽取处理，使得基波以上各次谐波与光伏发电系统输出电流分离开。

13、进一步地，步骤s2具体包括：

14、针对光伏发电系统输出电能中存在的谐波，根据步骤s1构建的多谐波抽取模型，构建多谐波剥离器，通过多谐波剥离器对光伏发电系统输出电流中的各次谐波进行剥离处理，得到不含谐波的光伏发电系统输出电流。

15、进一步地，步骤s3具体包括：

16、针对光伏发电系统输出电能中存在的扰动，根据步骤s1构建的多谐波抽取模型，设计分数阶扰动估算器，通过分数阶扰动估算器对光伏发电系统输出电流中的扰动进行估算和剔除处理，得到不含扰动的光伏发电系统输出电流。

17、进一步地，步骤s4具体包括：

18、设计光伏发电系统mhr-fde控制器，通过光伏发电系统mhr-fde控制器对多谐波剥离器和分数阶扰动估算器的输出进行整合处理，得到光伏逆变器的控制量，从而实现光伏逆变器的控制，实现光伏发电系统的谐波和扰动的同时优化。

19、进一步地，步骤s1中，多谐波抽取模型表示如下：

20、 （1）

21、公式（1）中，代表三相电流谐波矢量； 、 、分别代表光伏发电系统输出的a相谐波电流、b相谐波电流、c相谐波电流；代表三相电流矢量； 、 、分别代表光伏发电系统输出的a相电流、b相电流、c相电流； θ代表电网电压相位角； ω代表电流基波角频率；e代表自然底数； s代表拉普拉斯算子；t代表转置运算。

22、进一步地，步骤s2中，多谐波剥离器表示如下：

23、 （2）

24、公式（2）中，代表三相电流差值矢量；代表三相谐波控制量； 、 、分别代表光伏发电系统输出的a相谐波控制量、b相谐波控制量、c相谐波控制量； α代表第一增益值； β代表第二增益值， γ代表第三增益值。

25、进一步地，步骤s3中，分数阶扰动估算器表示如下：

26、 （3）

27、公式（3）中， x=[ x1, x2, x3]t代表光伏发电系统的三相扰动； x1、 x2、 x3分别代表光伏发电系统的a相扰动、b相扰动、c相扰动；代表 x的一阶导数； e代表单位矩阵；代表扰动分数阶次；代表扰动的分数阶形式。

28、进一步地，步骤s4中，mhr-fde控制器表示如下：

29、 （4）

30、公式（4）中，代表三相电流控制量；、、分别代表光伏发电系统的a相电流控制量、b相电流控制量、c相电流控制量。

31、本发明还公开了一种光伏发电系统电能质量提升系统，包括：

32、多谐波抽取模块，被配置为用于构建多谐波抽取模型，实现各次谐波的抽取；

33、多谐波剥离模块，被配置为用于根据构建的多谐波抽取模型，构建多谐波剥离器，从而对各次谐波进行抑制；

34、分数阶扰动估算模块，被配置为用于根据构建的多谐波抽取模型，设计分数阶扰动估算器，从而对各类扰动进行实时估算并剔除；

35、mhr-fde控制模块，被配置为用于设计光伏发电系统mhr-fde控制器，实现谐波和扰动的同时优化。

36、本发明的有益效果是：

37、本发明创造性地提出了多谐波抽取模型、多谐波剥离器、分数阶扰动估算器和mhr-fde控制器，通过它们的协同作用，完成光伏发电系统的高稳定、低谐波控制，大大提升了光伏发电系统的电能质量。

38、通过构建多谐波抽取模型，实现了基波以上各次谐波的直接且高效地抽取，为多谐波剥离器和分数阶扰动估算器的构建提供了重要依据，为各次谐波的精确抑制奠定了重要基础，提高了谐波分析的准确性。

39、通过建立多谐波剥离器，实现了被抽取出来的各次谐波的精准抑制，得到不含谐波的光伏发电系统输出电流，从而大幅降低光伏发电系统输出电流的总谐波畸变率，实现光伏发电系统输出电能在谐波层面上的质量提升。

40、通过建立分数阶扰动估算器，实现了各类扰动的准确地实时估算并剔除，得到不含扰动的光伏发电系统输出电流，从而实现光伏发电系统输出电能在扰动层面上的质量提升，增强了光伏发电系统计算内外不确定性扰动的能力。

41、通过设计mhr-fde控制器，实现了谐波和扰动的同时优化，为光伏发电系统的高可靠性并网奠定了基础。