用于电网支持的构网运行中的光伏系统的控制设计的制作方法

本申请涉及用于与电力电网结合的光伏（pv）系统的控制运行。更具体地，本申请涉及一种用于孤岛连接（islanded connection）或并网（grid-connected）模式下的单级和两级pv系统的无模型构网（grid-forming）控制方案。

背景技术：

1、光伏（pv）系统是设计为通过光伏供应可用太阳能功率的电力系统。其由若干部件的布置组成，包括吸收太阳光并将太阳光转换为电的太阳能板以及将输出从直流电转换为交流电的逆变器。与其他基于逆变的功率系统（例如，风力涡轮机）一样，pv系统是作为与电网连接的电流源来控制。换句话说，逆变器依赖锁相环（pll）所检测到的电网频率作为参考，并且向电网注入指定量的电流。pv系统逆变器的常规电流源控制基于以下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅度的基波电压波形（也称为“无限大母线（infinite bus）”），并且基于逆变器的功率系统对电网的贡献足够小，从而不会对电网电压幅度和频率造成干扰。根据这一理论，pv系统只需基于基波电压波形向电网注入指定电流即可。然而，随着替代电源设施的快速增长，对电网电压和频率产生了明显的影响。随着越来越多的常规大容量同步发电机的退役，对可再生能源供应的依赖挑战了本地功率系统电网的稳定性。当pv系统连接到弱电网时，太阳能发电波动可能导致电网电压的幅度和频率变化的增大。这些波动可能对pll和逆变器电流控制的性能和稳定性产生不利影响。

2、许多现有可再生能源发电逆变器以“电网跟随”模式运行。电网跟随型设备利用快速电流调节环路来控制与电网交换的有功和无功功率。对于pv系统，逆变器的有功功率参考由能量源调节器开发，该能量源调节器基于参考电压来执行最大功率点跟踪（mppt）。逆变器控制包括管理实际功率和无功功率的功能。

3、替代地，“构网”型逆变器提供电压源特性，其中电压的角度和幅度被控制以实现电网所需的调节功能。利用这种结构，电流将根据电网的需求流动，而逆变器则有助于为电网建立电压和频率。这一特性能够与基于涡轮机驱动同步机的常规发电机相媲美。期望pv系统使用构网逆变器独立地重启本地电网。然而，现有pv电站经常利用专用锁相环与电力电网连接，该专用锁相环需要外部电网的支持并且无法独立于电网支持功能支持黑启动（black-start）。虽然足够大的集成电池（例如，1 mw）可以支持黑启动，但由于费用，大多数pv系统都缺乏集成电池。

4、用于pv系统的利用实时最大功率点估计的基于模型的构网控制方案依赖于pv模型的准确性，该准确性取决于多种因素，诸如辐照度、温度、遮阳和老化等。这样的计算过程既复杂又耗时。此外，作为基于模型的方法，当被应用于不同的pv系统时，该方法及其参数需要重新计算或甚至重新工程设计。

技术实现思路

1、本公开的各方面提供了一种用于孤岛连接和并网模式两者的构网光伏（pv）系统和方法。逆变器将pv阵列电压转换为可用作为电力系统负载的电源的电压。有功功率-频率下垂控制器对生成驱动信号以驱动逆变器的调制器进行调节。比例积分控制器生成频率偏移值，该频率偏移值调整有功功率-频率下垂控制器的输出以产生用于调制逆变器驱动信号的相位角控制。控制模式开关对比例积分控制器的运行在多个控制模式之间切换进行选择。无模型控制算法对控制模式开关进行控制，包括用于使pv系统与电网同步的控制模式（221b），在该控制模式中，比例积分控制器：（a）检测逆变器输出电压与电网输出电压之间的偏移，并且（b）生成频率偏移值。

1.一种构网光伏（pv）系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述pv系统是包括dc/dc转换器的两级pv系统，所述控制算法还包括：

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制模式还包括：

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制模式还包括：

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述多个控制模式还包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第四控制模式是通过检测到测量的pv阵列电压小于基于pv阵列输出电容器额定值的定义的电压阈值而触发。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第四控制模式响应于检测到所述逆变器的测量的输出功率大于参考功率值和定义的储备功率值之和而切换到所述第三控制模式，其中，所述参考功率值基于所述系统负载的功率需求。

9.一种计算机实现的用于以光伏（pv）系统进行构网的方法，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述pv系统是包括dc/dc转换器的两级pv系统，所述方法还包括：

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个控制模式还包括：

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个控制模式还包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个控制模式还包括：

15.根据权利要求14所述的方法，