一種大功率光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及低電壓穿越控制方法，具體說(shuō)是一種大功率光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿 越控制方法。尤指一種大功率光伏并網(wǎng)逆變器在電壓瞬時(shí)跌落至ον時(shí)的低電壓穿越控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 專利201310380141. 6公開(kāi)光伏并網(wǎng)逆變器兼容低電壓穿越的正負(fù)序解耦控制方 法，其技術(shù)方案如下：
[0003] ①、采用正負(fù)序解耦方法將檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓分解為正序分量和負(fù)序分量，將逆 變器輸出電流也分為正序分量和負(fù)序分量，對(duì)其分別控制；
[0004] ②、使逆變器輸出電流的正序分量跟蹤電網(wǎng)電壓的正序分量，將逆變器輸出電流 的負(fù)序分量控制為零，從而使逆變器實(shí)時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電壓的跌落情況正確計(jì)算電網(wǎng)電壓相位 角，實(shí)現(xiàn)輸出電流相位控制。
[0005] 該技術(shù)方案通過(guò)正負(fù)序解耦的方法檢測(cè)出低電壓穿越時(shí)電網(wǎng)電壓的真實(shí)相位，同 時(shí)控制電流的正序和負(fù)序分量，精確控制逆變器在低電壓穿越時(shí)輸出的功率因數(shù)。在低電 壓時(shí)可以輸出和正常運(yùn)行時(shí)一樣的有功電流，輸出功率保持不變，最大程度保持電網(wǎng)的穩(wěn) 定性。
[0006] 上述技術(shù)方案的缺點(diǎn)在于：采用正負(fù)序解耦的雙dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制方法，其計(jì)算 量大、控制繁瑣。
[0007] 在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生瞬時(shí)跌落時(shí)，特別是瞬時(shí)零電壓跌落時(shí)，鎖相方法 的穩(wěn)定性及精確性受到極大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中的鎖相方法，在跌落過(guò)程中檢測(cè)到的電壓相 位角θ2與實(shí)際電壓相位角Θ:會(huì)存在一個(gè)較大偏差；另外，電網(wǎng)跌落與恢復(fù)瞬間，逆變器來(lái) 不及調(diào)整輸出電壓，此時(shí)，輸出電壓與并網(wǎng)電壓間會(huì)存在一個(gè)很大的幅值差。幅值和相位 角的差異，如果不采取特殊處理手段，尤其是當(dāng)逆變器正在大功率運(yùn)行時(shí)，就很容易導(dǎo)致逆 變器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)倍于額定值的瞬時(shí)沖擊電流，逆變器瞬間即會(huì)過(guò)流保護(hù)而脫網(wǎng)，低電壓穿 越失敗。逆變器不僅不能對(duì)此時(shí)的電網(wǎng)有一個(gè)無(wú)功電流的支撐，以輔助電壓恢復(fù)，還會(huì)對(duì)電 網(wǎng)有一個(gè)沖擊傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種大功率光伏并網(wǎng)逆變器 低電壓穿越控制方法，簡(jiǎn)單、穩(wěn)定地克服了零電壓狀態(tài)下的鎖相難題，以及電壓跌落和恢復(fù) 瞬間容易產(chǎn)生沖擊電流而脫網(wǎng)的問(wèn)題，保證逆變器能夠在大功率運(yùn)行工況下，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)低 (零）電壓穿越，并按要求給電網(wǎng)提供足夠的無(wú)功電流支撐，提高逆變器及電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定 性。
[0009] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0010] 一種大功率光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0011] (1)電壓跌落與電壓正常兩種狀態(tài)的識(shí)別；
[0012] (2)根據(jù)步驟（1)的識(shí)別結(jié)果決定逆變器控制策略：正?？刂颇Ｊ交虻碗妷捍┰?控制模式，正常控制模式轉(zhuǎn)步驟（3)，低電壓穿越控制模式轉(zhuǎn)步驟（4);
[0013] (3)正?？刂颇Ｊ剑褐绷麟妷和猸h(huán)指令值UdcRef由最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法決 定，直流電壓外環(huán)指令值UdcRef與直流電壓Udc的實(shí)際值比較，經(jīng)PI控制器得到電流內(nèi)環(huán) 的d軸電流指令值IdRef，保證逆變器運(yùn)行在光伏電池板的最大功率輸出點(diǎn)；q軸電流指令 值IqRef由系統(tǒng)要求的無(wú)功功率輸出決定；
[0014] (4)低電壓穿越控制模式：實(shí)時(shí)計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值Em，根據(jù)Em與并網(wǎng)電壓幅值 的額定值VN，求得跌落深度k: EmPos
[0015] :^' ?
[0016] 然后，根據(jù)跌落深度k的大小、國(guó)家光伏逆變器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的電壓跌落期間的 無(wú)功電流需求、逆變器容量，設(shè)定無(wú)功電流指令值IqRef和有功電流指令值IdRef。
[0017] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（1)中，判定電壓跌落的方法有三種，同時(shí)復(fù) 合使用，具體包括：
[0018] ④電網(wǎng)電壓的幅值Em小于90%額定值；
[0019] ⑤三相電網(wǎng)電壓任意一相的前一個(gè)周期的瞬時(shí)值與后一個(gè)周期的瞬時(shí)值之差超 過(guò)限定值1 ;
[0020] ⑥三相交流電流任意一相的瞬時(shí)值超過(guò)限定值，所述超過(guò)限定值是指電流值過(guò) 大，但小于交流過(guò)流保護(hù)值；
[0021] 當(dāng)以上三個(gè)條件有任意一個(gè)滿足時(shí)，則判定為電壓跌落，逆變器進(jìn)入低電壓穿越 控制模式。
[0022] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（1)中，判定電壓恢復(fù)的方法有三種，同時(shí)復(fù) 合使用，具體包括：
[0023] ④三相電網(wǎng)電壓任意一相的有效值大于UmRe;
[0024] ⑤電壓幅值Em前后兩個(gè)周期的差值大于設(shè)定值；
[0025] ⑥三相電網(wǎng)電壓任意一相的前一個(gè)周期的瞬時(shí)值與后一個(gè)周期的瞬時(shí)值之差超 過(guò)限定值2;
[0026] 當(dāng)以上三個(gè)條件有任意一個(gè)滿足時(shí)，則判定為電壓恢復(fù)，逆變器進(jìn)入正?？刂颇?式。
[0027] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（2)中，逆變器控制策略具體包括：
[0028] ④當(dāng)逆變器處于正?？刂颇Ｊ綍r(shí)，采用直流電壓外環(huán)、交流電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控 制策略；
[0029] ⑤當(dāng)逆變器處于低電壓穿越控制模式時(shí)，則去掉直流電壓外環(huán)，僅采用交流電流 單內(nèi)環(huán)控制策略；
[0030] ⑥電網(wǎng)電壓跌落瞬間和電網(wǎng)電壓恢復(fù)瞬間，立即封脈沖2~3個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts，有效 避免暫態(tài)切換中，因輸出電壓與并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值差異所導(dǎo)致的數(shù)倍于額定值的沖擊電流， 保證前兩種控制策略之間自動(dòng)、平滑切換。
[0031] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（2)中的兩種控制，均需要電壓相位角Θ來(lái) 完成輸出電壓及輸出電流的abc/dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換及反變換，具體按以下方法計(jì)算：
[0032]③正常運(yùn)行模式：由硬件過(guò)零檢測(cè)、軟件鎖相環(huán)得到相位角Θi，并一直存儲(chǔ)其前2 個(gè)工頻周期的相位值θη;
[0033] ④低電壓穿越模式：第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的相位角θ2=θη，從第二個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始 θ2=θ2+η，其中：
[0034]fs為逆變器開(kāi)關(guān)頻率，
[0035]f。為電網(wǎng)電壓頻率50Hz; fs
[0036] n p f〇
[0037] 本發(fā)明所述的大功率光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法，簡(jiǎn)單、穩(wěn)定地克服了 零電壓狀態(tài)下的鎖相難題，以及電壓跌落和恢復(fù)瞬間容易產(chǎn)生沖擊電流而脫網(wǎng)的問(wèn)題，保 證逆變器能夠在大功率運(yùn)行工況下，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)低（零）電壓穿越，并按要求給電網(wǎng)提供足夠 的無(wú)功電流支撐，提高逆變器及電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于：
[0038] ①判定電壓跌落與恢復(fù)的方法：三種方法復(fù)合使用，兼顧檢測(cè)的快速性與準(zhǔn)確性， 可有效避免單一判定方法的遲判與誤判現(xiàn)象，提高逆變器運(yùn)行的穩(wěn)定性；
[0039] ②電壓跌落與恢復(fù)瞬間，封脈沖的技術(shù)處理手段：這一處理有效避免了切換暫態(tài) 的電流沖擊，保證逆變器不同運(yùn)行模式間的平滑切換；
[0040] ③電壓跌落發(fā)生后電壓相位角計(jì)算方法：本發(fā)明提供的方法，尤其攻克了零電壓 跌落期間鎖相不穩(wěn)不準(zhǔn)的難題，相位穩(wěn)定是逆變器穩(wěn)定運(yùn)行的前提，可充分保證零電壓穿 越順利通過(guò)。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 本發(fā)明有如下附圖：
[0042] 圖1 :三相對(duì)稱零電壓跌落時(shí)逆變器運(yùn)行狀態(tài)分析圖；
[0043] 圖2 :三相對(duì)稱零電壓跌落時(shí)逆變器電壓電流瞬時(shí)波形；
[0044] 圖3 :A相不對(duì)稱零電壓跌落時(shí)逆變器電壓電流瞬時(shí)波形。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] 本發(fā)明所述的大功率光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法，包括如下步驟：
[0047](1)電壓跌落與電壓正常兩種狀態(tài)的識(shí)別；電壓正常指電壓恢復(fù)；
[0048] (2)根據(jù)步驟（1)的識(shí)別結(jié)果決定逆變器控制策略：正?？刂颇Ｊ交虻碗妷捍┰?控制模式，正?？刂颇Ｊ睫D(zhuǎn)步驟（3)，低電壓穿越控制模式轉(zhuǎn)步驟（4);
[0049] (3)正?？刂颇Ｊ剑褐绷麟妷和猸h(huán)指令值UdcRef由最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法決 定，直流電壓外環(huán)指令值UdcRef與直流電壓Udc的實(shí)際值比較，經(jīng)PI控制器得到電流內(nèi)環(huán) 的d軸電流指令值IdRef，保證逆變器運(yùn)行在光伏電池板的最大功率輸出點(diǎn)；q軸電流指令 值IqRef由系統(tǒng)要求的無(wú)功功率輸出決定；
[0050] (4)低電壓穿越控制模式：實(shí)時(shí)計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值Em，根據(jù)Em與并網(wǎng)電壓幅值 的額定值VN，求得跌落深度k: .EmPos
[0051] 鉍=-- V，
[0052] 然后，根據(jù)跌落深度k的大小、國(guó)家光伏逆變器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的電壓跌落期間的 無(wú)功電流需求、逆變器容量，設(shè)定無(wú)功電流指令值IqRef和有功電流指令值IdRef。
[0053] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（1)中，判定電壓跌落的方法有三種，同時(shí)復(fù) 合使用，兼顧判斷的快速性與準(zhǔn)確性，避免遲判和誤判，具體包括：
[0054] ①電網(wǎng)電壓的幅值Em小于90%額定值；
[0055] ②三相電網(wǎng)電壓任意一相的前一個(gè)周期的瞬時(shí)值與后一個(gè)周期的瞬時(shí)值之差超 過(guò)限定值1 ;
[0056] ③三相交流電流任意一相的瞬時(shí)值超過(guò)限定值，所述超過(guò)限定值是指電流值過(guò) 大，但小于交流過(guò)流保護(hù)值；
[0057] 當(dāng)以上三個(gè)條件有任意一個(gè)滿足時(shí)，則判定為電壓跌落，逆變器進(jìn)入低電壓穿越 控制模式。
[0058] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（1)中，判定電壓恢復(fù)的方法有三種，同時(shí)復(fù) 合使用，兼顧判斷的快速性與準(zhǔn)確性，避免遲判和誤判，具體包括：
[0059] ①三相電網(wǎng)電壓任意一相的有效值大于UmRe;
[0060] ②電壓幅值Em前后兩個(gè)周期的差值大于設(shè)定值；
[0061] ③三相電網(wǎng)電壓任意一相的前一個(gè)周期的瞬時(shí)值與后一個(gè)周期的瞬時(shí)值之差超 過(guò)限定值2;
[0062] 當(dāng)以上三個(gè)條件有任意一個(gè)滿足時(shí)，則判定為電壓恢復(fù)，逆變器進(jìn)入正?？刂颇?式。
[0063] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟（