CN102005777B - 一种光伏并网逆变器的控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏并网逆变器的控制方法及其控制系统，该控制方法包括以下步骤：A1、实时检测逆变器的DC/DC系统当前工作的输入电压值；A2、根据所述输入电压值及预设的母线电压限值计算出逆变器的DC/DC系统工作的占空比上限值；A3、比较逆变器的DC/DC系统当前的输出电压与所述母线电压限值的大小，当逆变器的DC/DC系统当前的输出电压大于所述母线电压限值时，控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作。本发明的系统为执行前述方法的系统。本发明的有益效果在于：通过控制占空比的方法，在市电网络欠压时能够将光伏并网逆变器的输出电压控制在预定的范围内，有效地防止损害逆变器及其他设备的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及光伏并网发电领域，特别是涉及一种光伏并网逆变器的控制方法及其控制系统。
背景技术
智能电网对并网发电设备提出了更高的要求，除了稳定安全可靠的工作，对于电网的异常也需要有耐受性，在某些情况下需要并网设备在电网出现故障时希望大型的发电站能够分摊部分电网的压力，而不是离网（加剧对电网的冲击），所以在大型发电设备中要求设备具有低压穿越的功能，但同时也要有防止孤岛效应。
由于太阳能发电系统的特性，其逆变器的输入电压及输出母线电压需要控制在一定的阈值范围内，而在执行低压穿越功能时，电网电压的跌落会导致逆变器输入电压及母线电压的突变，容易损坏逆变器设备，而现有技术中，缺乏在电压突变时对光伏并网发电设备的保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏并网逆变器的控制方法及其系统，能够及时响应市电网络故障所引起的逆变器输入电压和输出母线电压突变，防止其对光伏逆发电设备的损害。
本发明的光伏并网逆变器的控制方法包括以下步骤：A1、实时检测逆变器的DC/DC系统当前工作的输入电压值；A2、根据所述输入电压值及预设的母线电压限值计算出逆变器的DC/DC系统工作的占空比上限值；A3、比较逆变器的DC/DC系统当前的输出电压与所述母线电压限值的大小，当逆变器的DC/DC系统当前的输出电压大于所述母线电压限值时，控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作。
由于采用了上述方法，实时检测逆变器的DC/DC系统的输入电压，并在逆变器的DC/DC系统的输出电压大于设备预定的最高输出电压时，采用控制占空比的方法将母线电压控制在母线电压限值范围之内，本发明的方法能够防止并网运行过程中市电网络电压跌落，导致逆变器DC/DC系统的输入电压突然升高，进而引起逆变器的母线电压也突然升高，从而对逆变器设备造成的损害。由于本发明采用占空比调整的方法，还具有响应时间快，调整效率高的优点。
实践中，所述步骤A3中，比较逆变器的DC/DC系统当前的输出电压与所述母线电压限值的大小可通过以下步骤予以实现：检测逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值；判断逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值是否高于所述占空比上限值，若是，则逆变器的DC/DC系统当前的输出电压大于所述母线电压限值；若否，则逆变器的DC/DC系统当前的输出电压小于所述母线电压限值。
为了使光伏并网发电系统能够持续的工作在高效率点，所述步骤A3还包括，若所述逆变器的DC/DC系统的输出电压小于所述母线电压限值，则采用MPPT智能算法计算出新占空比值，并控制所述逆变器的DC/DC系统以所述新占空比值工作。
优选地，本发明的光伏并网逆变器的控制方法还包括以下用于控制步骤A1、A2和A3的启动执行时刻的步骤： B1、检测市电网络的欠压状况，当市电网络欠压达到预设的欠压阈值且逆变器低压穿越功能不使能时，控制逆变器执行孤岛保护功能；当市电网络欠压达到预设的欠压阈值且逆变器低压穿越功能使能时，控制逆变器执行低压穿越功能，并执行所述步骤A1、A2和A3。
进一步地，所述步骤B1还包括：当市电网络过压达到预设的过压阈值或频率异常达到预设的频率阈值时，控制逆变器执行孤岛保护功能；当市电网络过压未达到预设的过压阈值或频率异常未达到预设的频率阈值时，保持并网状态，并执行所述步骤A1、A2和A3。
上述优选方案采用了孤岛保护功能和低压穿越功能并存的方案，进一步提升了对逆变器设备及整个光伏并网发电系统的安全保护。
本发明的光伏并网逆变器的控制系统，包括：检测模块：用于实时检测逆变器的DC/DC系统的输入电压；控制模块：包括DC/DC控制模块，用于根据所述DC/DC系统的输入电压及预设的母线电压限值计算出逆变器的DC/DC系统的占空比上限值；所述DC/DC控制模块，还用于判断逆变器的DC/DC系统的输出电压是否大于所述母线电压限值，若是，则控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作。
优选地，所述检测模块还用于实时检测所述逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值；所述DC/DC控制模块还用于根据所述占空比值和所述占空比上限值的大小判断逆变器的DC/DC系统的输出电压是否大于所述母线电压限值。
优选地，所述控制模块还包括MPPT模块：用于逆变器的DC/DC系统的输出电压小于所述母线电压限值时，采用MPPT智能算法计算出新占空比值，并控制所述逆变器的DC/DC系统以所述新占空比值工作。
优选地，所述控制模块还包括：市电监控模块：用于监控市电网络是否欠压；低压穿越控制模块：用于接收用户的低压穿越使能信号，并在市电网络欠压达到预设的欠压阈值时，控制逆变器在预设的时间内执行低压穿越功能，并启动所述DC/DC控制模块；孤岛保护控制模块：用于逆变器在预设的时间内执行完低压穿越功能后电网仍然欠压，或市电网络欠压但低压穿越不使能时，控制逆变器执行孤岛保护功能。
进一步地，所述市电监控模块，还用于监控市电网络是否过压或频率异常，在市电网络过压未达到预设的过压阈值，或频率异常未达到预设的频率阈值时，保持并网状态，并启动所述DC/DC控制模块；所述孤岛保护控制模块，还用于在市电网络过压达到预设的过压阈值，或频率异常达到预设的频率阈值时，控制逆变器执行孤岛保护功能。
本发明的系统为执行前述方法的系统，因而同样地，也具有能够防止并网运行过程中市电网络电压跌落，导致逆变器输入电压突然升高，进而引起逆变器的输出电压也突然升高，从而对逆变器设备造成的损害。进一步地，本发明的系统也采用占空比调整的方法，因此还具有响应时间快，调整效率高的优点。
附图说明
为了更加清楚地描述本发明的技术方案，下面结合具体实施例及附图对本发明进行进一步的阐述。
图1是本发明具体实施方式的控制系统的结构框图；
图2是本发明具体实施方式DC/DC控制的流程图；
图3是本发明具体实施方式整体控制流程图。
具体实施方式
本发明的光伏并网发电控制系统包括一个控制单元，其中包括检测模块、控制模块；其中，检测模块中还包括市电监控模块，控制模块包括：DC/DC控制模块、MPPT模块、低压穿越控制模块和孤岛保护控制模块（如图1所示）。
图2、图3所示为本实施方式的控制流程示意图，首先结合图3对本实施方式的整体控制流程进行描述，其控制流程包括以下步骤：
1）通过市电监控模块监控市电网络的运行状态，该运行状态包括但不限于欠压、过压和频率异常；并将监控数据发送给控制模块；
2）当市电网络过压或频率异常达到预设的过压阈值或频率阈值时（该预设的阈值由用户根据实际情况设置），所述市电监控模块发送孤岛保护启动信号给所述孤岛保护控制模块，所述孤岛保护控制模块收到该信号后控制逆变器执行孤岛保护功能，断开逆变器与市电网络的并网开关；当市电网络过压或频率异常但未达到预设的过压阈值或频率阈值时，保持逆变器与市电网络的并网状态；
3）当市电网络欠压达到预设的欠压阈值时（该阈值可由用户根据实际情况设置，该欠压阈值为低压穿越功能的启动欠压阈值），发送欠压信号给所述低压穿越控制模块，所述低压穿越控制模块首先判断低压穿越是否使能（是否使能由用户预设，使能表示允许执行低压穿越功能，不使能表示拒绝执行低压穿越功能），若不使能，则由孤岛保护控制模块控制光伏逆变器执行孤岛保护功能，断开逆变器与市电网络的连接；若使能，则由低压穿越控制模块控制光伏逆变器执行低压穿越功能，保持与市电网络的连接，持续向市电网络供电；当市电网络欠压但未达到预设的欠压阈值时；保持逆变器与市电网络的并网状态；
4）步骤3）启动低压穿越功能的同时，控制所述市电监控模块以4ms（该时间周期可以取不同的值，但不宜太大）为周期定时检测市电网络是否仍然欠压，并通过低压穿越控制模块中设置的计数器进行计数，若检测结果为市电网络已恢复，则计数器清零，并控制逆变器保持与市电网络并网；若检测结果为市电网络仍然欠压，则计数器的值加1，并判断所述计数器的值是否已达到预定值，若已达到预定值，则控制光伏并网逆变器执行孤岛保护功能，若未达到预定值，则返回定时检测步骤。
其中，前述计数器的预定值是由定时检测的时间周期与低压穿越功能的执行时长决定，例如本实施方式，时间周期为4ms，低压穿越功能的执行时间若为0.2s，则该计数器的预定值为200/4，即50。设定计数器的本质目的在于控制低压穿越功能的执行时长，但本发明并不限于通过计数器的方式来控制低压穿越功能的执行时长，实践中，本领域的技术人员通过其他手段予以代替的，也应当视为本发明的保护范围。
下面结合图2，对本具体实施方式在执行低压穿越功能及其他并网工作状态时，为保护光伏并网逆变器设备及其输出电路设备所采取的控制方法原理和系统流程进行描述（即，本实施方式的DC/DC控制模块的控制流程和原理）：
该控制方法和系统的工作基于以下的原理，当市电网络欠压尚未达到所述预设的欠压阈值时，逆变器不会断开与市电网络的并网开关；同样，当市电网络欠压已经达到系统预设的欠压阈值时，在逆变器低压穿越使能的情况下，逆变器需要执行低压穿越功能保持与市电网络并网一段时间。在上述情形下，若逆变器采用先进的数字PID调节器控制输出电流恒定，在低电压的情况下电流不突变，输出功率变小，根据太阳能电池的V-I特性,逆变器的DC/DC系统的输入电压会突变升高，进而导致逆变器的DC/DC系统的输出母线电压也会突变升高，而逆变器设备及其输出电路设备都有一定的电压承载上限（该上限即为母线电压限值），若电压突变后DC/DC系统的输出电压高于该母线电压限值，则可能对光伏并网逆变器及其输出电路设备造成损害。本发明正是针对上述问题，采用控制光伏并网逆变器中DC/DC系统的工作占空比的方法，将光伏并网逆变器的DC/DC系统的输出电压控制在所述的母线电压限值的范围内。
下面对控制的具体流程进行描述：
（1）检查模块实时检测逆变器的DC/DC系统的输入电压及当前逆变器DC/DC系统工作的占空比值；
（2）DC/DC控制模块根据所述DC/DC系统的输入电压和预设的母线电压限值计算出DC/DC系统工作的占空比上限值（即DC/DC系统的输出电压取所述母线电压限值时，DC/DC系统工作的占空比值，该占空比上限值可以根据所述输入电压、母线电压限值及所述DC/DC系统的特性计算出来）；
（3）DC/DC控制模块判断所述占空比值是否大于所述占空比上限值；（此步骤的本质在于判断逆变器的DC/DC系统当前的输出电压是否大于所述母线电压限值，该判断步骤可以通过各种方式进行，比如还可以采用比较电路或其他信号，本发明并不限定采用占空比比较的方法）
（4）若所述占空比值大于所述占空比上限值，则控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作；
（5）若所述占空比值小于所述占空比上限值，则启动所述MPPT模块采用MPPT智能算法以固定的时间周期进行计算，计算出新占空比值，并控制逆变器的DC/DC系统以所述新占空比值工作。采用MPPT智能算法的目的是使光伏发电系统持续工作于高效率工作点，可采用现有技术中任何可行的MPPT算法，其计算的时间周期也可设定。实践中也可不采用MPPT算法，而直接继续执行原占空比。
本发明中，DC/DC控制模块不仅在逆变器执行低压穿越功能时启动执行，只要在并网工作状态，本发明对逆变器的DC/DC系统的控制策略就可以作为独立的控制策略予以运行。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、实时检测逆变器的DC/DC系统当前工作的输入电压值；
A2、根据所述输入电压值及预设的母线电压限值计算出逆变器的DC/DC系统工作的占空比上限值；
A3、比较逆变器的DC/DC系统当前的输出电压与所述母线电压限值的大小，当逆变器的DC/DC系统当前的输出电压大于所述母线电压限值时，控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作；
还包括以下步骤：
B1、检测市电网络的欠压状况，当市电网络欠压达到预设的欠压阈值且逆变器低压穿越功能不使能时，控制逆变器执行孤岛保护功能；当市电网络欠压达到预设的欠压阈值且逆变器低压穿越功能使能时，控制逆变器执行低压穿越功能，并执行所述步骤A1、A2和A3。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：
所述步骤A3中，比较逆变器的DC/DC系统当前的输出电压与所述母线电压限值的大小包括以下步骤：检测逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值；判断逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值是否高于所述占空比上限值，若是，则逆变器的DC/DC系统当前的输出电压大于所述母线电压限值；若否，则逆变器的DC/DC系统当前的输出电压小于所述母线电压限值。
3.根据权利要求1或2所述的光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于：所述步骤A3还包括，当所述逆变器的DC/DC系统当前的输出电压小于所述母线电压限值时，采用MPPT智能算法计算出新占空比值，并控制所述逆变器的DC/DC系统以所述新占空比值工作。
4.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述步骤B1还包括：检测市电网络的过压和频率异常状况，当市电网络过压达到预设的过压阈值或频率异常达到预设的频率阈值时，控制逆变器执行孤岛保护功能；当市电网络过压未达到预设的过压阈值或频率异常未达到预设的频率阈值时，保持并网状态，并执行所述步骤A1、A2和A3。
5.一种光伏并网逆变器的控制系统，包括：
检测模块：用于实时检测逆变器的DC/DC系统当前工作的输入电压；所述检测模 块还包括：市电监控模块，用于监控市电网络是否欠压；
控制模块：包括DC/DC控制模块，用于根据所述DC/DC系统当前工作的输入电压及预设的母线电压限值计算出逆变器的DC/DC系统的占空比上限值；所述控制模块还包括：低压穿越控制模块：用于接收用户的低压穿越使能信号，并在市电网络欠压达到预设的欠压阈值时，控制逆变器在预设的时间内执行低压穿越功能，并启动所述DC/DC控制模块；孤岛保护控制模块：用于逆变器在预设的时间内执行完低压穿越功能后电网仍然欠压，或市电网络欠压但低压穿越不使能时，控制逆变器执行孤岛保护功能；
所述DC/DC控制模块，还用于判断逆变器的DC/DC系统当前的输出电压是否大于所述母线电压限值，若是，则控制逆变器的DC/DC系统以所述占空比上限值工作。
6.根据权利要求5所述的光伏并网逆变器的控制系统，其特征在于：
所述检测模块还用于实时检测所述逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值；
所述DC/DC控制模块还用于根据所述逆变器的DC/DC系统当前工作的占空比值和所述占空比上限值的大小判断逆变器的DC/DC系统的输出电压是否大于所述母线电压限值。
7.根据权利要求5或6所述的光伏并网逆变器的控制系统，其特征在于：
所述控制模块还包括MPPT模块：用于当逆变器的DC/DC系统的输出电压小于所述母线电压限值时，采用MPPT智能算法计算出新占空比值，并控制所述逆变器的DC/DC系统以所述新占空比值工作。
8.根据权利要求5所述的光伏并网逆变器的控制系统，其特征在于：
所述市电监控模块，还用于监控市电网络是否过压或频率异常，在市电网络过压未达到预设的过压阈值，或频率异常未达到预设的频率阈值时，保持并网状态，并启动所述DC/DC控制模块；
所述孤岛保护控制模块，还用于在市电网络过压达到预设的过压阈值，或频率异常达到预设的频率阈值时，控制逆变器执行孤岛保护功能。
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