Asimetrik arıza altında iki aşamalı fotovoltaik invertörün LVRT stratejisi
Güç sistemindeki fotovoltaik enerji üretiminin artan oranıyla, güç sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasına yeni etkiler ve zorluklar getirdi. İlgili standartlar, fotovoltaik invertörlerin belirli bir düşük voltaj sürüş özelliğine sahip olmasını gerektirir.
Şu anda, fotovoltaik invertörlerin düşük voltajlı çalışmasıyla ilgili yerel araştırmalar geliştirme aşamasındadır. Yaygın olarak kullanılan fotovoltaik inverterler iki türe ayrılabilir: tek kutuplu ve bipolar. Bunlar arasında, literatür, inverter tarafının çıkış aktif güç dalgalanmasını bastırmak için pozitif ve negatif sekans çift senkron koordinat sistemlerine dayanan bir LVRT kontrol stratejisi tasarlar; literatür, simetrik arızaları bastırmak için doğrudan bir güç kontrol stratejisi ve pozitif sekans ve negatif sekans akımına dayanan bir bastırma önermektedir. Çift kapalı döngü vektör kontrol stratejisi; Şebekeye bağlı negatif dizi akımını baskılamak için pozitif ve negatif dizi çift akım kapalı döngü kontrolünün ileri beslemeli ayrıştırılmasına dayanan literatür ve LVRT stratejisi önerilmiştir. Etkiler, ancak hepsi tek aşamalı fotovoltaik invertörler için tasarlanmıştır ve uygulanamaz. İki aşamalı fotovoltaik invertörün düşük voltaj geçişini gerçekleştirmek için, literatür ve literatür, şebekede çeşitli asimetrik arızalar meydana geldiğinde fotovoltaik invertörün meydana gelmesini sağlamak için DC tarafındaki boşaltma devresiyle birlikte şebekenin pozitif sıralı voltaj oryantasyonuna dayalı bir vektör kontrol stratejisi tasarlar. İnvertörün kararlı çalışması; literatür ve literatür, aktif gücü absorbe etmek, DC bara voltajını stabilize etmek, fotovoltaik dizi tarafından invertöre enjekte edilen gücü azaltmak, düşük voltajlı sürüş sağlamak için süper kapasitörün kontrolü yoluyla. Literatürde, literatürde, iki aşamalı fotovoltaik invertörün LVRT'si, ek donanım yardımcı devreleri aracılığıyla gerçekleştirilmektedir.
Özetle, bu makale, geliştirilmiş stratejiler seviyesinden asimetrik voltaj arızaları altında Boost devresine dayanan iki aşamalı bir fotovoltaik invertörün düşük voltajda çalışmaya devam etme kontrol stratejisini incelemektedir.LVRT döneminde, arıza öncesi maksimum güce dayalı bir sistem tanıtılmıştır. Nokta voltajı ileri beslemeli veri yolu voltaj kontrolü dış döngüsü, DC bara voltajını stabilize etmek ve ters çevirmeyi önlemek için sürücünün AC ve DC tarafları arasındaki güç farkını ortadan kaldırmak için fotovoltaik dizinin çıkış gücünü ayarlamaktan sorumlu olan Boost parçasının voltaj kontrol modunu değiştirir. Jeneratör aşırı akımının amacı; çıkış akımını kontrol etmek ve arıza sırasında şebekeye güç sağlamak için verilen aktif ve reaktif akım komutlarıyla birleştirilerek, negatif dizi akımını bastırmak amacıyla şebeke negatif dizi gerilim beslemesine dayalı bir akım kontrol stratejisi tasarlanmıştır. Sistemin kurtarılmasına yardımcı olmak için güç desteği. 100 kW'lık bir fotovoltaik invertörün PSCAD simülasyon modeli, bu makaledeki teorik araştırmanın doğruluğunu doğrulamaktadır. Ve bu makaledeki teorik araştırmanın doğruluğunu doğrulamak için 100 kW fotovoltaik inverter PSCAD simülasyon modelini kullanın.
1 İki aşamalı fotovoltaik invertör
1.1 Düşük voltajlı sürüş gereksinimleri
Şebeke voltajı Şekil 1'de gösterilen eğri 1'in altına düştüğünde 2011 yılında Çin Devlet Grid Corporation tarafından ilan edilen "Fotovoltaik Güç İstasyonlarının Şebekeye Bağlanması için Teknik Yönetmelikler" gerekliliklerine göre, fotovoltaik invertör şebekeden kesilebilir.
1.2 Sistem yapısı
Bu yazıda incelenen iki aşamalı fotovoltaik invertör, bir ön aşama Boost boost devresi ve bir aşama sonrası DC / AC inverter devresinden oluşmaktadır Devre topolojisi Şekil 2'de gösterilmiştir.
1.3 Konvansiyonel akım kontrol stratejisi
Şekil 2'ye göre, ideal fotovoltaik invertör ızgarasının senkron koordinat sistemindeki matematiksel model oluşturulmuştur:
Asimetrik arızalar altında 2 LVRT kontrol stratejisi
2.1 Asimetrik arızalar altında DC tarafı voltaj kontrol stratejisinin tasarımı
Önceki analize göre, iki aşamalı bir fotovoltaik invertör için, LVRT'ye ulaşmanın anahtarı, voltaj düştüğünde AC ve DC tarafları arasındaki güç farkını hızla ortadan kaldırmaktır. Bu amaçla, arıza ortaya çıkmadan önce maksimum güç noktası gerilim beslemesine dayalı bir veri yolu gerilim kontrol döngüsü, Yükseltme kısmının gerilim kontrol modu değiştirilir ve kontrol hedefi olarak kararlı DC veri yolu gerilimi alınır.Bu sırada, Yükseltme kontrol blok şeması Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekilde Udc, DC bara voltajıdır ve Umax, arıza oluşmadan önce MPPT algoritması ile elde edilen fotovoltaik dizinin maksimum güç noktası voltaj referans değeridir. Yukarıdaki resmin analizi:
(1) Voltaj düştüğünde, DC bara voltajı Udc yükselecektir, bu nedenle Şekil 4'teki kesikli kutudaki dış döngü voltajı PI kontrolörü pozitif bir kontrol değeri çıkaracaktır.Umax üzerine bindirildiğinde, fotovoltaik dizinin çalışma noktası önyargılı olacaktır. Maksimum güç noktasının sağına gidin;
(2) Fotovoltaik diziler için, gerçek çalışma voltajı maksimum güç noktası voltajından sola ve sağa saptığında güç değişir Şekil 5'te gösterilmektedir.
Fotovoltaik dizinin PU özelliklerine göre, maksimum güç noktası voltajı Umax, genellikle açık devre voltajının 0,8 katıdır Bu nedenle, fotovoltaik dizinin maksimum güç noktası voltajının sağ tarafındaki çıkış gücünün voltaja ortalama değişim oranı sol taraftakinden daha büyüktür. Şekil 5'te U1 = U2 olduğunda Pleft ilişkisi vardır. > Pright.
Özetle, voltaj düştüğünde, Şekil 4'te gösterilen maksimum güç noktası ileri besleme kontrol yöntemi aracılığıyla, uygun kontrolör parametreleriyle, fotovoltaik çıkış voltajı Upv, çıkış gücünü azaltmak için hızlı bir şekilde yükseltilebilir, böylece kontrol edilir. DC bara voltajı güvenli bir aralıkta.
2.2 Asimetrik gerilimin pozitif ve negatif dizi ayırma faz kilidi
Üç fazlı asimetrik voltaj için, simetrik bileşen yöntemine göre şunları alabiliriz:
Yukarıdaki şekle dayanarak, SOGI'nin transfer işlevi şu şekilde çıkarılır:
Şekle göre, SOGI'nin merkez frekansı giriş sinyalinin frekansı ile aynı olduğunda, çıkış sinyali v 've v aynı genliğe ve faza sahiptir ve qv' v ile aynı genliğe sahiptir, ancak faz 90 ° gecikmektedir. Bu nedenle, SOGI, pozitif ve negatif dizi ayrımını elde etmek için kullanılabilen giriş sinyalinin karesel işlemesini gerçekleştirebilir.
2.3 Asimetrik arızalar altında mevcut kontrol stratejisi tasarımı
Üç fazlı şebeke voltajı dengesiz olduğunda, fotovoltaik invertörün AC tarafı matematiksel modeli simetrik bileşen yöntemine göre oluşturulabilir:
Formül (7) 'ye göre sistemin eşdeğer devre şeması Şekil 8'de gösterilmiştir.
Yukarıdaki analize göre, negatif dizi akımını baskılamak için, bu makale ileri beslemeli şebeke negatif dizi voltajının kontrol stratejisini benimser.
K = Ud_faultP / UN'yi (burada Ud_faultP, arızadaki pozitif sıralı gerilimdir, UN, şebeke bağlantı noktasının nominal gerilimidir) gerilim düşme derinliği olarak tanımlayın. Elektrik şebekesinin reaktif güç desteğini gerçekleştirmek için, bu yazıda benimsenen yöntem, Şekil 9'da gösterildiği gibi gerilim düşüşünün derinliğine göre mevcut komut id_fault * (bu belgede imax = IN) vermektir.
Şekilde t0, tespit edilen voltaj arızasıdır (yani, K < 0.9) Zaman, t1'den t2'ye kadar olan güncel ayarlama sürecidir ve t3, arızanın düzelmeye başladığı zamandır; bunlar arasında, id_fault * 'un imax'ta kaldığı süre 5 ms olarak ayarlanmıştır. Akım olmadığı varsayımı altında, maksimum reaktif akım çıkar. İkisinin hesaplama formülleri aşağıdaki gibidir:
Yukarıdaki formülde gösterilen ilişkiye göre, aktif akım sonunda Kimax'a ayarlanır. Özet olarak, bu makalede tasarlanan LVRT stratejisinin genel kontrol yapısı Şekil 10'da gösterilmektedir.
3 Simülasyon doğrulama ve analizi
100 kW gücünde iki aşamalı şebekeye bağlı bir fotovoltaik sistem modeli oluşturmak için PSCAD / EMTDC kullanılarak, belirli simülasyon parametreleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
Simülasyon sonuçlarının analizi şunu göstermektedir:
(1) Şekil 11 (a), bir fotovoltaik invertör geleneksel bir kontrol stratejisi benimsediğinde, şebekede asimetrik bir arıza meydana geldiğinde, şebekenin negatif dizi voltajının, inverter çıkış akımının üç fazlı asimetrik ve harmonik olmasına neden olduğunu göstermektedir. Dalga içeriği artar; Şekil 11 (b), geleneksel kontrol stratejisi nedeniyle, güç şebekesi düşük voltaj arızası olduğunda, Boost kısmının hala MPPT algoritmasını gerçekleştirdiğini ve bunun sonucunda Ppv > Pout, dış döngü voltaj denetleyicisinin eylemi altında, inverter çıkış akımının büyük ölçüde artmasına neden olur, maksimum değer 482 A'dır, bu da güvenli aralığın çok ötesindedir; Şekil 11 (c), negatif dizi bileşeninin varlığından dolayı şebekeye bağlı gücün üretildiğini göstermektedir. Çift frekans dalgalanmaları, bu nedenle, DC bara voltajı ayrıca denklem (3) ile tutarlı olan ikinci bir harmonik bileşene sahiptir.Bu zamanda, maksimum bara voltajı 880 V'a ulaşır ve dalgalanma bileşeninin genliği yaklaşık 70 V'dur.
(2) Şekil 12 (a) ve Şekil 12 (b), bu makalede tasarlanan LVRT stratejisi kullanılarak güç şebekesinde asimetrik bir arıza meydana geldiğinde, inverterin çıkış akımının hala üç fazlı simetriyi koruduğunu ve aşırı akım olgusunun olmadığını göstermektedir; Güç şebekesindeki bir düşük voltaj arızası sırasında, evirici, güç şebekesi için belirli miktarda reaktif güç desteği sağlamak için yaklaşık 220 A'lık bir reaktif akım çıkarır; bu kağıt, güç şebekesi negatif dizi ileri besleme kontrol yöntemini kullandığından, şebekeye bağlı akımın negatif sekans bileşeni bastırılır. Bu, şebekeye bağlı gücün çift frekans dalgalanmasını etkili bir şekilde bastırır, böylece DC bara voltajındaki dalgalanmayı azaltır.Şekil 12 (c) 'den, dalgalanma genliğinin şu anda sadece yaklaşık 30 V olduğu görülebilir; Şekil 12 (c), 5 ms sonra, DC bara voltajındaki artış bastırılır, maksimum 865 V'dir ve ardından 785 V ile 820 V arasında azalır ve stabilize olur, bu da Şekil 4'te gösterilen kontrol yapısının fotovoltaik dizinin çıkış gücünü etkili bir şekilde ayarlayabildiğini tam olarak gösterir. , DC bara voltajını güvenli bir aralıkta kontrol edin.
4. Sonuç
Bu makale, bir Yükseltme devresine dayanan iki aşamalı bir fotovoltaik invertör için asimetrik voltaj arızaları altında bir LVRT stratejisi önermektedir: şebeke tarafı negatif dizi ileri beslemeye dayalı bir akım kontrol stratejisi, belirli bir aktif ve reaktif akım referans değeri ile birleştirilerek tasarlanmıştır. Yöntem, arıza sırasında akım kalitesini sağlarken şebeke için reaktif güç desteği sağlayabilir; Arıza öncesi maksimum güç noktası voltajına dayanan Boost veriyolu voltaj kontrol döngüsü, LVRT sırasında DC bara voltajını güvenli bir aralık içinde kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bu yazıda tasarlanan kontrol stratejisi, mevcut iki aşamalı inverterin donanım yapısını değiştirmez ve mükemmel bir uyarlanabilirliğe sahiptir.
Referanslar
State Grid Corporation Q / GDW 6172011 Fotovoltaik Güç İstasyonlarının Şebekeye Bağlanması için Teknik Yönetmelik Pekin: Çin Elektrik Gücü Presi, 2011.
Zhou Jinghua, Liu Jindong, Chen Yaai, ve diğerleri.Yüksek güçlü fotovoltaik invertörlerin düşük voltajlı çalışma kontrolü.Güç Sistemi Teknolojisi, 2013, 37 (7): 1799-1807.
Han Xiansui, Liu Qihui. Simetrik ve asimetrik arızalar altında şebekeye bağlı fotovoltaik invertörlerin düşük voltajda çalışmaya devam etmesi üzerine araştırma. Elektriksel Ölçüm ve Enstrümantasyon, 2015, 52 (9): 113-118.
Wang Jubo, Bao Wei, Xu Wenli ve diğerleri Dengesiz arızalar altında fotovoltaik invertörler için LVRT reaktif güç kontrol stratejisi. East China Electric Power, 2014, 42 (8): 1527-1533.
Wang Jingbao, Zeng Guohong, Jing Long. Voltaj asimetri arızaları altında fotovoltaik invertörlerin teknolojisiyle düşük voltaj yolculuğu.Elektrikli Sürücü, 2013, 43 (12): 24-27.
Zhang Mingguang, Chen Xiaojing.Fotovoltaik şebekeye bağlı güç üretim sistemi için kontrol stratejisinde düşük voltajlı sürüş Güç sistemi koruma ve kontrolü, 2014, 42 (11): 28-33.
An Zhilong. Fotovoltaik şebekeye bağlı kontrol stratejisi ve teknoloji yoluyla düşük voltajlı sürüş üzerine araştırma. Pekin: Kuzey Çin Elektrik Enerjisi Üniversitesi, 2012.
Liu Yaoyuan, Zeng Chengbi, Li Tingmin ve diğerleri. Süper kapasitörlere dayalı fotovoltaik şebekeye bağlı düşük voltajlı kesintisiz kontrol stratejisi üzerine araştırma.Güç sistemi koruma ve kontrolü, 2014 (13): 77-82.
Shu Dasong, Huang Zhixiong, Kang Lun ve diğerleri.Süper kapasitör enerji depolamasına dayalı olarak fotovoltaik şebekeye bağlı düşük voltajlı sürüş üzerine araştırma.Hunan Üniversitesi Dergisi (Natural Science Edition), 2014, 41 (8): 60-64.
Zhang Xing, Cao Renxian.Güneş fotovoltaik şebekeye bağlı güç üretimi ve inverter kontrolü Beijing: Machinery Industry Press, 2011.
yazar bilgileri:
Gan Deshu 1, Pei Xingyu 1, Ke Qingpai 2, Wu Haixiong 1, Lin Guihui 1, Cheng Xu 1
(1. Guangdong Power Grid Co., Ltd., Zhuhai, Guangdong 519000'in Zhuhai Güç Kaynağı Bürosu; 2. Suzhou Huatian Guoke Power Technology Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215000)
