CN102854421A - 一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法,所述方法采用公式U=Ua*Ua+Ub*Ub+Uc*Uc进行计算,式中Ua Ub Uc分别为A,B,C三相电网电压瞬时值,根据计算得到的U值来判断:当计算出U值小于阈值U1时,判定电网电压发生了跌落;当计算出U值小于阈值U2时,则判定电网电压低于需要耐受的电压下限,逆变器断开电网,停止运行。当低电压穿越发生时,采用本发明的方法时所用时间较短,从而使逆变器更加迅速的动作,提高了光伏发电系统的快速性。

Description

一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法
[0001]
技术领域:
发明涉及光伏发电领域,特别涉及一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法。
[0002]
背景技术:
《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)》中对光伏发电系统的低电压穿越要求如下:大型和中型光伏电站应具备一定的耐受电压异常的能力,避免在电网电压异常时脱离,引起电网电源的损失。·
[0003] 当并网点在图I中电压轮廓线以下时,允许光伏电站停止向电网线路送电。參见图1,υω为正常运行的最低电压限制,一般取0.9倍额定电压。Uu为需要耐受的电压下限,Tl为电压跌落到Uli时需要保持并网的时间,Τ2为电压跌落到Ulo时需要保持并网的时间。UU、T1、T2数值的确定需要考虑保护和重合动作时间等实际情況。推荐Uu设定为O. 2倍额定电压,Tl设定为I秒,T2设定为3秒。
[0004] 现有的低电压穿越判定方法为判定三相电压的幅值是否低于O. 9倍的额定电压,但此种判定方法需要至少计算一个エ频周期(O. 02秒)的电压信息,才能计算出三相电压的额定电压值,因此时间上至少要滞后O. 02秒,使光伏发电系统在电网电压异常情况的处理的快速性上受到制約。另外,由于逆变器交流侧是否存在升压变压器以及升压变压器变比的不确定,所以当电网电压的単相电压或者三相电压发生跌落吋,逆变器采集到的电网电压信息的幅值不尽相同。
[0005] 发明内容:
本发明为了克服光伏发电系统在电网电压异常情况的处理的快速性上受到制约的问题,缩短判定的计算时间,提出一种光伏逆变器的低电压穿越的快速判定方法。
[0006] 本发明提供一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法,其特征在于,所述方法采用公式U=Ua*Ua+Ub*Ub+Uc*Uc进行计算,式中Ua,Ub,Uc分别为A,B, C三相电网电压瞬时值,根据计算得到的ひ值来判断:当计算出ひ值小于阈值びi时,判定电网电压发生了跌落;当计算出び值小于阈值似时,则判定电网电压低于需要耐受的电压下限,逆变器断开电网,停止运行。
[0007] 进ー步地,Ul是电网电压跌落至正常运行的最低电压限制时,根据上述公式计算出来的阈值;似是电网电压跌落至需要耐受的电压下限时,根据上述公式计算出来的阈值。
[0008] 进ー步地,び7为电网电压跌落至额定电压的O. 9倍时计算出来的阈值;似为电网电压跌落至额定电压的O. 2倍时计算出来的阈值。
[0009] 进ー步地,所述三相电网电压的瞬时值通过电网电压采集电路、AD转换单元采集到数字处理芯片里。
[0010] 进ー步地,所述电网电压采集电路包括采样电路、差分放大电路、电压跟随器、一阶低通滤波器。[0011] 进ー步地,电网电压跌落分为单相不对称跌落与三相对称跌落。
[0012] 进ー步地,在ひ值大于U2小于Ul时逆变器采用低电压穿越下的控制,继续并网发电。
[0013] 进ー步地,电网电压跌落的检测时间小于O. 005秒。
[0014] 本发明的有益效果是:当低电压穿越发生时,采用本发明的方法时所用时间较短,从而使逆变器更加迅速的动作,提高了光伏发电系统的快速性。
[0015] 附图说明:
图I为大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求示意图; 图2为本发明中电网电压采集框图;
图3为本发明中电网电压采集电路图;
图4为本发明的A,B, C三相电网电压对称跌落至O. 9倍额定电压值时的U值示意图; 图5为本发明中的A相电网电压在O. I秒处对称跌落至O. 9倍额定电压时U值示意图。
[0016] 具体实施方式:
參见图2,通过电网电压采集电路,数字处理芯片2812的AD转换单元,采集到三相电网电压的瞬时值。參见图3,其中电网电压采集电路的工作原理如下:首先将单相电网电压的正扱,负极分别与采样电路的V+,V-相连接。采用运算放大器LM258,电阻,电容组成的差分放大电路,得到V+与V-的差值VI。采用运算放大器LM258组成的电压跟随器用于提高该采样电路的输入阻抗,提高其带负载能力。采用串联电阻分压的方式将采样信号Vl的零电平抬高到I. 5V得到采样信号V2(因为所采用的数字处理芯片的AD转换单元的输入电压范围为0V-3V,必须大于0V,而采集的电网电压为交流量,存在正,负电压)。采用电阻,电容组成的ー阶低通滤波器滤除高频分量,使输出更加平滑,这样就能得到较为平滑的输出采样信号Vout。将Vout与所采用的数字处理芯片2812的AD转换单元的管脚相连接,这样就将一路电网电压信息采集进了数字处理芯片2812内部,同样的方法将另外两路电网电压均采集至数字处理芯片2812内部。
[0017] 将三相电网电压瞬时值信息采集数字处理芯片2812内部后,
得到了三相电网电压瞬时值ぬ,油,因为光伏逆变器为三相无中线输出系统,因此零序电压将被抵消掉,所以逆变器侧检测到的电网电压只存在正序电压与负序电压。(正常情况下只存在正序电压,当发生低电压穿越中的不对称跌落时,将产生负序电压)。
[0018] 參见式(1),式中将三相电网电压瞬时值分解为正序电压分量与负序电压分量之和的形式,其中Ua,Ub, Uc分别为三相电网电压瞬时值;Up,Un分别为正序电压分量,负序电压分量为电网电压的合成矢量相位角度。
[0019]
Ua I I eosき) 「 eos き.}
Ob I = cos沙-120°) +Cii cos(供+ 12(f) 式(I)
Uc I ί €ύφ+120°J |_cos_^ im°)
根据下式计算出ひ的值:
U=UatUaiimJbtUciUc 式(2)
将(I)式代入(2)式,得到式(3)(推导略):
Figure CN102854421AD00051
式(3)
在上式中,V的值可以分成两个部分相叠加,第一个部分
Figure CN102854421AD00052
是直流量,第二个部分是频率为100赫兹的交流量。当电网电压不含有负序分量时,V的值变为1,51#,仅含有直流量。
[0020] 电网电压跌落分为单相不对称跌落与三相对称跌落。当三相电网电压对称跌落时,正序电压吻减小,因此V值中L5L#会迅速减小至一直流量并保持不变,参见图4,为Α, B, C三相电网电压在O. I秒处对称跌落至O. 9倍额定电压时U的值。这时数字处理芯片2812可以立即检测到V值的变化,并使逆变器迅速做出低电压穿越相关的动作,而不需要计算一个工频周期(O. 02秒)的时间。当跌落深度更深时,该值会变得更小,更加容易检测出来。
[0021] 当电网电压单相不对称跌落时,电网电压将产生负序分量fe,由于V的计算公式中A,B,C三相电网电压的瞬时值是对称的,因此具体哪一相发生跌落,对V来说结果都是一
样的,V会迅速减小至一直流量叠加一交流量
Figure CN102854421AD00053
参见图5,
为A相电网电压在O. I秒处对称跌落至O. 9倍额定电压时U的值,这时数字处理芯片2812可以在O. 005秒内检测到V值的最大变化量,并使逆变器迅速做出低电压穿越相关的动作,而不需要计算一个工频周期(O. 02秒)的时间。当跌落深度更深时,该交流量会变得更小,因此最大变化量更大,更加容易被检测出来。
[0022] 由于公式(2)计算的方便,并在工程上易于实施,因此,本发明采用公式(2)计算:
Figure CN102854421AD00054
[0023] 具体方法如下:
通过电网电压采集电路,AD转换单元,将三相电网电压的瞬时值信息采集到数据处理芯片2812里,然后进行标幺化,根据式(2)计算出"的值-.U=UaWa-W^mHUcWc其中Ua, Ub’ Uc分别为A,B, C三相电网电压瞬时值。
[0024] 因此首先应根据逆变器的升压变压器情况,计算出当电网电压的单相电压或者三相电压跌落至正常运行的最低电压限制(一般取额定电压的O. 9倍)时V值的具体数值,在两种跌落情况(电网电压单相跌落至正常运行的最低电压限制和电网电压三相跌落至正常运行的最低电压限制)中,单相跌落情况的V值较大,将此V值设定为阈值W。
[0025] 然后计算出当电网电压的单相电压或者三相电压跌落至需要耐受的电压下限(一般为额定电压的O. 2倍)时V值的具体数值,计算方法仍然采用计算公式(2)。在两种跌落情况(电网电压单相跌落至要耐受的电压下限和电网电压三相跌落至要耐受的电压下限)中,单相跌落情况的V值较大,将此V值设定为阈值U2。
[0026] 当数字处理芯片2812通过采集到的电网信息,计算出V值小于阈值W时,即认为电网电压发生了跌落,并符合低电压穿越的情况;当计算出V值小于阈值似时,即认为电网电压低于需要耐受的电压下限,逆变器断开电网,停止运行。在V值大于似小于W时逆变器采用低电压穿越下的控制,继续输出正序电流,即继续并网发电。
[0027] 通过该控制方法,能够取得良好的控制效果。以500KW光伏并网逆变器为例,采用传统的计算三相电网电压幅值的方法时,当低电压穿越发生时,逆变器检测到这一状况所用的时间较长,(大于O. 02秒),而当采用本发明的方法时,所用时间较短(三相对称跌落可以瞬间检测出来,单相不对称跌落可以在O. 005秒内检测出来),从而使逆变器更加迅速的动作,提高了光伏发电系统 的快速性。

Claims (8)

1. 一种光伏逆变器低电压穿越的快速判定方法,其特征在于,所述方法采用公式U=Ua*Ua+Ub*Ub+Uc*Uc进行计算,式中Ua,Ub,Uc分别为A,B, C三相电网电压瞬时值,根据计算得到的U值来判断: 当计算出び值小于阈值びi时,判定电网电压发生了跌落;当计算出び值小于阈值似吋,则判定电网电压低于需要耐受的电压下限,逆变器断开电网,停止运行。
2.根据权利要求I所述的方法,其特征在干,Ul是电网电压跌落至正常运行的最低电压限制时,根据上述公式计算出来的阈值;似是电网电压跌落至需要耐受的电压下限吋,根据上述公式计算出来的阈值。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在干,Ul为电网电压跌落至额定电压的O. 9倍时计算出来的阈值;似为电网电压跌落至额定电压的O. 2倍时计算出来的阈值。
4.根据权利要求I所述的方法,其特征在于,所述三相电网电压的瞬时值通过电网电压采集电路、AD转换单元采集到数字处理芯片里。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述电网电压采集电路包括采样电路、差分放大电路、电压跟随器、ー阶低通滤波器。
6.根据权利要求I所述的方法,其特征在干,电网电压跌落分为单相不对称跌落与三相对称跌落。
7.根据权利要求I所述的方法,其特征在于,在ひ值大于似小于W时逆变器采用低电压穿越下的控制,继续并网发电。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在干,电网电压跌落的检测时间小于O. 005秒。
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