基于构网型和跟网型混合控制的光伏单元控制方法、装置与流程

本发明属于电力系统控制，具体涉及一种基于构网型和跟网型混合控制的光伏单元控制方法、控制装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统，势必要解决以风能、太阳能为代表的新能源由于非确定性与随机波动性造成的电力系统安全稳定问题。如何在风光资源随机波动、接入电网强度变化以及各种扰动条件下，保持风光发电系统稳定运行，并进一步挖掘其灵活性，是制约新能源成为主体电源的核心瓶颈。现有风光发电单元多按照接入强电网设计，虽发展成熟但拓扑结构单一、控制模式固化，难以应对资源和电网强度大范围变化场景。

2、目前针对光伏的研究主要针对于跟网型变流器的设计，即电流源型的控制模型，通过改进电流源型的控制模式，从而实现光伏单元的稳定控制。威斯康星大学所提构网型（电压源）控制对弱电网更具适应性，但接入电网实时等效阻抗较小的强电网时稳定裕度反而下降，且并网电能质量较低、难以进行最大功率跟踪，从而导致经济性较差。电压源型控制的提出为新能源接入系统提供了新的方案。电压源型的控制技术通过对新能源发电设备控制系统进行改进，可以使新能源发电设备具有与常规同步机组类似的频率和电压调节特性，从而解决了高比例新能源接入后电网缺乏支撑能力的问题。但是当下采用的电压源型控制为虚拟同步机的控制方式，在光伏单元的结构中，需要在网侧变换器中牺牲直流电压的控制能力。传统光伏单元的电压源控制是基于虚拟同步有功外环来实现电压源型的构网控制，然而光伏单元的网侧控制通常采用基于直流电压控制维持直流线路的电压稳定。但传统虚拟同步有功外环的同步方式需要加装在网侧控制，会与网侧直流电压控制的控制目标冲突，因此需要对网侧直流电压控制引入直流电压同步控制。

3、当前仅采用单一控制模式使得风光发电系统难以在其实时功率渗透率波动造成的电网强度剧烈变化时稳定运行。因此，研究风光发电单元灵活控制策略，在复杂源网条件下实现稳定运行和灵活性提升仍是有待解决的难题。

4、综上所述，光伏单元对并网强弱网稳定性的适应能力对大规模新能源接入的可靠运行与消纳具有普适与关键性意义。亟需进一步挖掘光伏单元的电压源支撑能力，并与其电流源支撑能力充分结合，实现基于电网短路比实时变化的电压源、电流源控制模式切换。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种基于构网型和跟网型混合控制的光伏单元控制方法、装置、设备及介质，使光伏单元在维持直流电压稳定的基础上，充分挖掘光伏单元的电压源、电流源控制能力，从而当大规模新能源接入导致电压短路比变化时，可以实现光伏单元的网侧变流器的控制自由无扰切换，提升光伏单元的并网稳定性与适应能力。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于构网型和跟网型混合控制的光伏单元控制方法，包括：

4、在光伏单元的并网变换器控制逻辑中加入基于直流电压同步的构网型控制方法；

5、根据光伏单元的实时运行数据获取实时短路比、高短路比阈值和低短路比阈值；

6、当实时短路比高于高短路比阈值时，将电压源型控制切换为电流源型控制；当实时短路比低于低短路比阈值时，进行电流源型控制与电压源型控制的预同步，预同步后将电流源型控制切换为电压源型控制；

7、在完成控制切换后，进行电流源型控制与电压源型控制的再同步，为下一次控制切换做准备。

8、进一步的，在光伏单元的并网变换器控制逻辑中加入基于直流电压同步的构网型控制方法包括：

9、在光伏单元的网侧直流电压控制中引入直流电压同步控制，所述直流电压同步控制的过程计算表示为、；其中θ表示直流电压同步控制输出的同步角度，表示调制电压，表示交流母线电压的基准值，表示光伏单元的直流电压值，表示光伏单元的直流电压的额定值，表示调制电压的基准值，表示光伏单元的无功功率参考值，表示无功环的控制增益，表示系统的额定容量，表示角频率基准值，表示初始角频率，和分别表示直流电压同步控制器的比例系数和积分系数，表示光伏单元的直流电压参考值，表示光伏单元的无功功率值；

10、在外环直流电压控制中引入直流电压前馈量，外环与内环的控制过程计算表示为、、；其中，表示光伏单元d轴电流的参考值，表示网侧变换器的d轴调制比，表示网侧变换器的q轴调制比，表示直流电压的反馈系数，表示光伏单元d轴电压的参考值，表示光伏单元d轴电压值，和分别为电压外环的比例系数和积分系数，和分别为电流内环的比例系数和积分系数，表示光伏单元的直流电压值，和分别表示光伏单元d轴和q轴电流的实际反馈值，表示光伏单元q轴电流的参考值。

11、进一步的，所述低短路比阈值表示为，其中u表示变换器向电网输出的电压值，e表示系统内部电动势。

12、进一步的，所述高短路比阈值表示为，其中代表电网的阻抗，p和u分别表示变换器向电网输出的有功功率值和电压值。

13、进一步的，所述预同步和所述再同步的方法均表示为：

14、，，；其中表示同步控制输出的角频率参考，表示同步控制输出的内电势参考，表示同步控制输出的电流内环参考值，表示初始角频率，表示基于直流电压同步的输出相角，表示锁相环输出相角，表示构网型的电流内环参考值；表示跟网型电流内环参考值；δi表示电流环的补偿量，表示电流的补偿系数，为系统初始电动势，u表示逆变器交流端的电压值，表示角频率补偿系数，表示内电势补偿系数。

15、进一步的，所述基于直流电压同步的输出相角表示为：，其中为角频率基准值，表示角频率初始值，和为直流电压同步控制器的比例系数和积分系数，表示光伏单元的直流电压值，表示光伏单元的直流电压的额定值，表示光伏单元的直流电压参考值。

16、进一步的，所述锁相环输出相角表示为：，，，其中为锁相环输出角频率，表示角频率额定值，和分别为锁相环控制器的比例系数和积分系数。

17、一种基于构网型和跟网型混合控制的光伏单元控制装置，包括采集模块、计算模块、检测模块和控制模块；所述采集模块用于采集光伏单元的实时运行数据；所述计算模块用于根据所述采集模块所采集运行数据，计算光伏单元实时的并网短路比、高短路比阈值和低短路比阈值；所述检测模块用于根据所述计算模块得到的并网短路比，基于高短路比阈值和低短路比阈值判断是否发出切换信号；所述控制模块用于根据所述检测模块所发出的切换信号，在电流源型控制和电压源型控制之间进行切换。

18、一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器用于执行所述指令，以实现所述的控制方法。

19、一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有指令，当所述指令被执行时，实现所述的控制方法。

20、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

21、本发明通过滞环切换控制与切换后的再同步过程控制，不仅实现在并网点的短路比变化后自主切换光伏单元跟网型、构网型控制，还实现了在切换后重新实现自同步过程，方便开展后续的跟网型/构网型切换过程。不仅可以充分挖掘光伏单元的电压源控制的能力，实现光伏单元的无扰动切换，还可以提升光伏单元应对强弱网变化的能力，进一步促进大规模可再生能源的开发利用。

22、本发明通过将基于直流电压同步的控制方法引入到光伏单元的控制，实现光伏单元的等效电压源自同步，在光伏单元的传统电流源控制之外额外赋予电压源控制能力；在切换过程中考虑裕度区间控制，判断光伏单元是否处于裕度区间；经过实时短路比检测与光伏单元的裕度区间判别后，直接将电压源型控制切换为电流源型控制，或者在预同步后将电流源型控制切换为电压源型控制。切换后利用锁相环重新进行锁相同步，再次实现电流源型控制与电压源型控制的功角、电压、电流的预同步。本发明的控制策略考虑了光伏单元的网侧、机侧控制目标的分配，跟网型、构网型控制的控制特性，考虑跟网型、构网型控制的有机统一。将跟网型控制、构网型控制、实时短路比、外环预同步控制结合起来，在从直流电压同步新的角度实现了光伏单元的构网型控制的基础上，充分融合了构网型、跟网型的彼此优势。

23、本发明的控制策略不仅可以充分挖掘光伏单元的电压源控制的能力，实现光伏单元的无扰动切换，还可以提升光伏单元应对强弱网变化的能力，进一步促进大规模可再生能源的开发利用。