一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法与流程

本发明涉及电力，具体涉及一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、电力系统的频率须保持在额定值50hz上下，对于发电单位、用电单位以及电力系统本身来说，频率的变动都会产生不利影响。dl/t1870-2018明确指出，风电场、光伏发电站应具备一次调频能力，并网运行时一次调频功能始终投入并确保正常运行。

3、当前大多数光伏电站应用的有功功率控制方法是mppt(最大功率点跟踪)控制，光伏电站没有能够参与电力系统一次调频的有功备用容量，导致新能源场站无法在系统频率变动时提供类似传统机组的一次调频服务，为了使光伏电站具备类似传统机组参与调频的能力，光伏电站的功率控制方法应该从最大功率点跟踪控制方法变更为定功率控制方法，在定功率控制方法的基础上，加入用于光伏电站参与一次调频的有功-频率下垂控制方法。

4、光伏发电系统参与一次调频依靠的是有功-频率下垂特性控制。电力系统的核心是能量瞬时平衡，当系统产生功率冲击、频率波动时，依靠大量旋转设备的转动惯性进行调节，称之为转动惯量。而新能源机组不具备常规机组的转动惯量特性，因此参照常规水、火电机组的有功-频率静态特性，通过模拟传统电力系统中同步发电机下垂特性，设置新能源场站的有功-频率下垂特性曲线，实现新能源机组参与电网快速进行一次调频的功能。然而，当前针对光伏电站有功功率输出的功率策略多为最大发电功率控制策略，在面临因发电端与负荷端因功率不平衡导致的系统频率下降的情况时，最大发电功率策略导致光伏电站不具备有功-频率下垂特性中的功率上调功能,因此需要对最大发电功率策略进行改进，通过定功率控制使得光伏电站既具备功率下调的能力，也具备功率上调的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，在光伏电站侧检测到电网系统频率超出死区范围后，根据有功-频率下垂特性曲线中频率对应的功率值，对光伏电站输出功率值进行调节，使得光伏电站具备参与电网系统一次调频任务的功率调节能力。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，包括：

4、步骤s1：进行参数设置；

5、步骤s2：每隔一段时间采样一次电网频率f，并根据采样结果，确定功率指令值pref；

6、步骤s3：将功率指令值pref下发给光伏电站，光伏电站根据pref进行定功率调节。

7、进一步地，所述步骤s1，包括：

8、步骤s11：设置光伏电站参与一次调频的调频死区范围(fd1,fd2)，其中，fd1、fd2分别为调频死区的上下限；

9、步骤s12：设置一次调频下垂特性系数k；

10、步骤s13：设置光伏电站额定功率pn、电网额定频率fn、电网采样频率fn以及初始功率指令值p0。

11、进一步地，所述一次调频下垂特性系数k，包括：低频下垂系数klf和高频下垂系数khf。

12、进一步地，当电网频率f大于fd2时，k取高频下垂系数khf，反之取低频下垂系数klf。

13、进一步地，所述步骤s2，包括：

14、每隔1/fn时间点采样一次电网频率f，若电网频率f未超出调频死区范围，则令pref＝p0；否则，否则，按照如下公式计算功率指令值pref；

15、

16、其中：fd为死区频率值，k*为一次调频下垂系数标幺值，δ％为调差率。

17、进一步地，所述定功率调节过程为：

18、先通过pi调节方式稳定光伏电站中后级逆变器直流侧电压vout，待后级逆变器直流侧电压稳定后，控制前级boost电路占空比d稳定，从而使光伏电站有功输出功率趋近于功率指令值pref，到达光伏电站定功率输出。

19、进一步地，所述步骤s3中稳定光伏电站中后级逆变器直流侧电压vout的方法为：

20、步骤a：采样光伏电站中后级逆变器直流侧实时电压为vout；采样光伏电站中后级逆变器交流侧的输出电压uabc，采样光伏电站中后级逆变器交流侧的输出电流iabc，采样光伏电站并网侧的电压eabc；

21、步骤b：设后级逆变器直流侧电压的期望值为vout0；将vout0和vout作为pi调节的输入，其中，vout0作为正输入，vout作为负输入，记pi调节的输出为id*；

22、步骤c：将采样到的uabc、iabc、eabc代入公式(2)中：

23、

24、对公式(2)进行派克变换，得到uabc、iabc、eabc三个量的dq轴的值：

25、

26、对公式(3)进行拉普拉斯变换：

27、

28、步骤d：以作为负输入、id作为正输入进行pi调节，记此次pi调节的输出为ud；设置参数然后以作为负输入、iq作为正输入再次进行pi调节，记此次pi调节的输出为uq；

29、步骤e：将ud和uq进行dq/abc坐标变换，变换得到ua、ub、uc；然后将ua、ub、uc传输给pwm脉冲发生器，从而得到后级逆变器直流侧电压vout。

30、进一步地，所述步骤s3中稳定前级boost电路占空比d的方法为：

31、步骤ⅰ：设前级boost电路的参考输出功率为pref；

32、设置前级boost电路占空比d的取值范围[dmin,dmax]，其中，dmax为占空比最大值、dmin为占空比最小值；在取值范围内对占空比d赋初值dinit；

33、设置占空比单周期扰动量δd、变步长变化阈值a；

34、设置迭代循环次数k，初始化k＝0；初始化前级boost电路的输入端电压u(k＝0)＝0、输出功率为p(k＝0)＝0；

35、步骤ⅱ：令当前循环次数k＝k+1；

36、步骤ⅲ：对前级boost电路的输入端电压和输入端电流进行采样，将采样得到的电压值赋给u(k)，将采样的电压和电流相乘后赋值给p(k)，然后根据公式判断，确定占空比单周期扰动量δd的值；

37、步骤ⅳ：计算u(k)与u(k-1)的差值δu；计算p(k)与pref的差值δp；p(k-1)与pref的差值δp0；

38、步骤ⅴ：对本轮迭代循环后的占空比d(k)进行更新；

39、步骤ⅵ：判断更新后的占空比d(k)是否在[dmin,dmax]范围内，如果超出取值范围，则令d(k)＝d(k-1)，然后返回至步骤ⅱ；否则，保留更新后的d(k)，然后判断p(k)＝pref是否成立，若成立，则跳出循环，否则返回至步骤ⅱ。

40、进一步地，所述步骤ⅲ，包括：

41、|pref-p(k)|/pref<a (5)

42、判断公式(5)是否成立，若公式(5)成立，则令δd＝a；否则，令δd＝b；其中，a和b为常数，且a<b。

43、进一步地，所述步骤ⅴ，包括：

44、若δp>δp0，且δu>0，则对d(k)进行赋值：

45、d(k)＝d(k-1)+δd (7)

46、若δp>δp0，且δu≤0，则对d(k)进行赋值：

47、d(k)＝d(k-1)-δd (8)

48、若δp≤δp0，且δu>0，则按照公式(8)对d(k)进行赋值；

49、若δp≤δp0，且δu≤0,则按照公式(7)对d(k)进行赋值。

50、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

51、1、一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，首先设置下垂特性的相关参数，包括上下死区范围界限及下垂系数，在检测到系统频率超出死区范围后，根据下垂特性曲线计算光伏电站参与一次调频所需的功率指令值，并将功率指令下发给光伏电站后，通过稳定后级逆变器的直流侧电压和调节前级boost电路占空比两个步骤后，实现光伏电站输出端有功功率等于功率指令值的目的。

52、2、一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，通过定额功率控制策略与有功-频率下垂特性的结合，使得光伏电站具备参与电网系统一次调频的能力。

53、3、一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，通过对原有的用于最大发电功率策略调节占空比的算法进行改进，使得本发明具备了在系统频率下降时进行功率上调的能力。

54、4、一种参与一次调频的光伏发电定功率控制方法，通过光伏电池的输出特性和boost电路的基本原理，提出基于光伏电池外特性的定功率控制方法和基于mppt算法改进的定功率控制方法，并通过dq解耦控制实现逆变器直流侧电压的稳定，使得对光伏电池输出功率的控制简化到了只需改变光伏电池的输出电压即可改变光伏电池的输出功率，使得光伏电站能有效的参与系统一次调频，更好地保障电力系统安全稳定运行。