CN103107555B - 光伏逆变器及其低压穿越控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏逆变器及其低压穿越控制方法，该方法包括：判断低压穿越是否发生，如果是，则停止最大功率点跟踪；判断低压穿越是否恢复，如果是，则将光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值。该光伏逆变器包括逆变模块、功率控制器和总控制器。本申请公开的光伏逆变器及其低压穿越控制方法通过在判断到低压穿越恢复后，将逆变器的母线电压快速恢复到第一电压值，缩短了低压穿越的时间，能够符合国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求，避免母线电压被拉低后光伏逆变器进行自我保护。

Description

光伏逆变器及其低压穿越控制方法

技术领域

本申请涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏逆变器及其低压穿越控制方法。

背景技术

在光伏并网发电系统中，光伏逆变器主要作用在于将光伏面板输出的直流电转化为交流电，再将其并入电网中。当电网发生故障导致电压跌落时，光伏逆变器则会进行自我保护，断开与电网的连接。

低电压穿越（LVRT，LowVoltageRideThrough）是指在光伏逆变器并网点电压跌落的时候，光伏逆变器能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)，此时，光伏逆变器依然能够保持并网，提高电网供电的可靠性。目前，光伏逆变器在低压穿越恢复瞬间容易出现母线电压被拉死的情况，从而引起光伏逆变器母线电压过低保护，或更为严重的引起电网倒灌。国家电网电力科技院对并网光伏逆变器的低压穿越能力有严格要求，要求其有功功率在低压穿越恢复后至少以10%额定功率/秒的功率变化恢复至故障前的值。这就要求光伏逆变器能够迅速地检测出电网是否发生故障，并在低压穿越恢复后最大功率点跟踪能够快速进行调节。然而，正常的最大功率点跟踪的响应速度是比较慢的，很难达到上述要求。

发明内容

本申请提供一种光伏逆变器及其低压穿越控制方法，能够在低压穿越恢复后，提高光伏逆变器的功率恢复速度。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种光伏逆变器的低压穿越控制方法，包括：

根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生，如果是，则停止最大功率点跟踪。

判断低压穿越是否恢复，如果是，则将光伏逆变器的母线电压恢复到第一功电压值，所述第一电压值为预设值，或者所述第一电压值为低压穿越发生前的最大功率点电压值或低压穿越发生前两个以上最大功率点电压值的平均值。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种光伏逆变器，包括：

逆变模块，用于将光伏面板输出的母线电压转换为交流电压。

功率控制器，其与逆变模块连接，用于监控和/或控制逆变模块的母线电压。

总控制器，其分别与功率控制器和电网接入端连接，用于进行最大功率点跟踪，所述总控制器还用于获取电网电压，并根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复，当所述总控制器判断到低压穿越发生时则停止最大功率点跟踪，当判断到低压穿越恢复时则将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值，所述第一电压值为预设值，或者所述第一电压值为处理单元备份的低压穿越发生前的最大功率点电压值或低压穿越发生前两个以上最大功率点电压值的平均值。

本申请提供的光伏逆变器及其低压穿越控制方法通过在判断到低压穿越恢复后，将光伏逆变器的母线电压快速恢复到第一电压值，即能够快速恢复光伏逆变器的输出功率，缩短了低压穿越的时间，能够符合国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求，避免母线电压被拉低后光伏逆变器进行自我保护。

附图说明

图1为本申请实施例中光伏逆变器的结构示意图；

图2为本申请实施例中光伏逆变器的模块示意图；

图3为本申请实施例中光伏逆变器的低压穿越控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供了一种光伏逆变器，包括总控制器101、功率控制器102、逆变模块103和CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网络）通信总线104。

逆变模块103用于将光伏面板输出的直流母线电压转换为交流电压。功率控制器102与逆变模块103连接，用于监控和/或控制逆变模块103的母线电压，实现光伏逆变器的并网发波、电流控制、母线电压平衡与控制。

总控制器101与电网接入端连接，并通过CAN通信总线104与功率控制器102连接。请参考图2，总控制器101包括最大功率点跟踪单元1011、判断单元1012和处理单元1013。总控制器101与电网接入端连接，并通过CAN通信总线104与功率控制器102连接，具体为，判断单元1012与电网接入端连接，最大功率点跟踪单元1011和判断单元1012通过CAN通信总线104与功率控制器102连接。

最大功率点跟踪单元1011用于进行最大功率点跟踪。最大功率点跟踪（MPPT，MaximumPowerPointTracking）是指最大功率点跟踪电路实时侦测太阳能光伏面板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，其应用于太阳能光伏系统中，用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，使光伏逆变器输出最大功率。最大功率点跟踪通常采用预定步长调节母线电压或电流并逐渐逼近最大输出功率的方法。在进行最大功率点跟踪时，对母线电压向某一个方向扰动，通过将检测到的当前输出功率与前一时刻的输出功率进行比较，如果当前输出功率较大，则对母线电压向相同方向继续扰动，如果当前输出功率较小，则对母线电压向相反方向扰动，从而确定最大功率点。

判断单元1012用于获取电网电压，并根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复。处理单元1013分别与最大功率点跟踪单元1011和判断单元1012连接，用于在判断单元1012判断到低压穿越发生时控制最大功率点跟踪单元1011停止最大功率点跟踪，在判断单元1012判断到低压穿越恢复时，控制最大功率点跟踪单元1011将逆变模块103的母线电压恢复到第一电压值，第一电压值预设值，或者第一电压值为处理单元1013备份的低压穿越发生前的最大功率点电压值或低压穿越发生前两个以上最大功率点电压值的平均值。

本实施例中，判断单元1012根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复，具体为：

判断单元1012获取电网的三相正序电压和三相负序电压，并对三相正序电压进行正方向旋转变换得到三相正序电压的两相直流电压Ud+和Uq+，对三相负序电压进行负方向旋转得到三相负序电压的两相直流电压Ud-和Uq-。

判断单元1012对三相正序电压进行正方向旋转变换可根据公式：

Ud+=Ua+*cos(theta)+Ub+*cos(theta-120)+Uc+*cos(theta+120)，和

Uq+=Ua+*sin(theta)+Ub+*sin(theta-120)+Uc+*sin(theta+120)进行。

Ua+、Ub+、Uc+为三相正序电压，theta为电网A相的角度，Ud+代表着电网正序电压矢量的模，Uq+代表着电网正序电压旋转矢量与A相角度的差值，三相正序电压通过此变换公式后转换成了两相稳定的直流量。

判断单元1012对三相负序电压进行负方向旋转变换可根据公式：

Ud-=Ua-*cos(theta)+Ub-*cos(theta+120)+Uc-*cos(theta-120)，和

Uq-=Ua-*sin(theta)+Ub-*sin(theta+120)+Uc-*sin(theta-120)进行。

Ua-、Ub-、Uc-为三相负序电压，theta为电网A相的角度，Ud-代表着电网负序电压矢量的模，Uq-代表着电网负序电压旋转矢量与A相角度的差值，三相负序电压通过此变换公式后转换成了两相稳定的直流量。

在电网正常时，Uq+、Ud-、Uq-都为零，Ud+即为电网三相电压合成矢量的模，在三相电网电压出现异常后，Uq+、Ud-、Uq-将不为零，所以判断单元1012通过判断Ud+、Uq+、Ud-、Uq-的变化情况可以判断出电网的异常情况，即判断低压穿越是否发生或恢复。

之后，判断单元1012先对Ud+、Uq+、Ud-、Uq-进行滤波处理，再求得算式的值，根据所求得的绝对值与预先设定的值来判断电网是否出现异常，即判断出低压穿越是否发生或恢复，如果其值小于预先设定的值，则判断为低压穿越发生，如果大于预先设定的值，则判断为低压穿越恢复。

一般的，还可以通过电网电压的有效值来判断低压穿越是否发生或恢复，具体为：计算每一个周期的电网电压的有效值，将该有效值与设定值进行比较，如果其小于设定值，则说明电网出现了异常，即判断为低压穿越发生。然而，此方法判断出低压穿越是否发生或恢复需要一个周期的时间，耗时较长。本实施例中，判断单元1012通过三相正、负序电压来判断电网是否出现异常，只需要1/4个周期即可完成，其具有更短的响应时间，另外，还具有更高的灵敏度。

本实施例中，处理单元1013在判断单元1012判断到低压穿越发生时控制最大功率点跟踪单元1011停止最大功率点跟踪后，处理单元1013还控制功率控制器102降低逆变模块103输出的电流给定，以提高母线电压，避免在电网恢复时不至于把直流母线电压拉死。处理单元1013控制最大功率点跟踪单元1011将逆变模块103的母线电压恢复到第一电压值后，处理单元1013还控制最大功率点跟踪单元1011开启最大功率点跟踪。

处理单元1013控制最大功率点跟踪单元1011将逆变模块103的母线电压恢复到第一电压值时，可提高PI（比例积分）系数，具体的，可将PI系数提高到一个预设值，以提高光伏逆变器在低压穿越时的功率恢复速度。之后，为了保证最大功率点跟踪单元1011最大功率点跟踪的准确性，在逆变模块103的母线电压恢复到第一电压值后，将PI系数调节回正常值。

为了阐释总控制器101与功率控制器102的通信，本实施例中，总控制器101还可以包括用于总控制器101与功率控制器102通信的通信单元。总控制器101由通信单元通过CAN通信总线104向功率控制器102广播电流给定值，并接收其返回的处理信号，当检测到返回的处理信号不正确或者没有接收到返回的处理信号时，则发出停机信号。本实施例中，通信单元通过两路独立的CAN通信总线与功率控制器102进行通信，能够在某一路通信出现故障时，通过另一路来与功率控制器102进行联系。其中一路CAN通信总线主要用于电流信号的给定、紧急关机命令，具有较快的响应速度。另一路CAN通信总线用于传输功率控制器102的状态信息。

应当理解，本实施例中，总控制器101可用于控制一路或多路功率控制器和逆变模块。

在电网从异常恢复后，如果通过正常的最大功率点跟踪来使光伏逆变器的输出功率恢复，其恢复速度较慢，很难达到国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求。本实施例提供的光伏逆变器能够在更短的时间内判断出低压穿越的发生与恢复，在电网恢复后先将母线电压快速调节到第一电压值，之后再进行最大功率点跟踪，缩短了低压穿越的时间，能够符合国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求，避免母线电压被拉低后光伏逆变器进行自我保护。

实施例二：

请参考图3，本实施例提供了一种光伏逆变器的低压穿越控制方法，包括：

步骤201：判断低压穿越是否发生，如果没有发生，则转到步骤202，如果发生，则转到步骤203。通常，低压穿越的发生表示电网发生异常，因此，可以通过判断电网电压的有效值来判断低压穿越是否发生，具体为：计算每一个周期的电网电压的有效值，将该有效值与设定值进行比较，如果其小于设定值，则说明电网出现了异常，即判断为低压穿越发生，同样，采用上述方法可以判断低压穿越是否恢复。然而，此方法判断出低压穿越是否发生需要一个周期的时间，耗时较长。

优选的，本实施例通过下面方法判断低压穿越是否发生或恢复。

获取电网的三相正序电压和三相负序电压，并对三相正序电压进行正方向旋转变换得到三相正序电压的两相直流电压Ud+和Uq+，对三相负序电压进行负方向旋转得到三相负序电压的两相直流电压Ud-和Uq-。

对三相正序电压进行正方向旋转变换可根据公式：

Ud+=Ua+*cos(theta)+Ub+*cos(theta-120)+Uc+*cos(theta+120)，和

Uq+=Ua+*sin(theta)+Ub+*sin(theta-120)+Uc+*sin(theta+120)进行。

Ua+、Ub+、Uc+为三相正序电压，theta为电网A相的角度，Ud+代表着电网正序电压矢量的模，Uq+代表着电网正序电压旋转矢量与A相角度的差值，三相正序电压通过此变换公式后转换成了两相稳定的直流量。

对三相负序电压进行负方向旋转变换可根据公式：

Ud-=Ua-*cos(theta)+Ub-*cos(theta+120)+Uc-*cos(theta-120)，和

Uq-=Ua-*sin(theta)+Ub-*sin(theta+120)+Uc-*sin(theta-120)进行。

Ua-、Ub-、Uc-为三相负序电压，theta为电网A相的角度，Ud-代表着电网负序电压矢量的模，Uq-代表着电网负序电压旋转矢量与A相角度的差值，三相负序电压通过此变换公式后转换成了两相稳定的直流量。

在电网正常时，Uq+、Ud-、Uq-都为零，Ud+即为电网三相电压合成矢量的模，在三相电网电压出现异常后，Uq+、Ud-、Uq-将不都为零，所以通过判断Ud+、Uq+、Ud-、Uq-的变化情况可以判断出电网的异常情况。

本实施例中，先对Ud+、Uq+、Ud-、Uq-进行滤波处理，再求得算式的值，根据所求得的绝对值与预先设定的值来判断电网是否出现异常，即判断出低压穿越是否发生，如果其值小于预先设定的值，则判断为低压穿越发生，如果大于预先设定的值，则判断为低压穿越恢复。

本实施例提供的低压穿越发生或恢复的判断方法不再需要一个完整的周期，只需要1/4个周期即可，其具有更短的响应时间，另外，还具有更高的灵敏度。

步骤202：在电网正常时，实时备份当前的最大功率点电压值，或当前最大功率点电压值与之前临近的多个最大功率点电压值的平均值。该备份的值作为第一电压值提供给步骤206使用。应当理解，第一电压值也可以由用户预先设置的预设值。

步骤203：在步骤201中判断为低压穿越发生，则停止最大功率点跟踪。

步骤204：停止最大功率点跟踪后，光伏逆变器主动降低电流给定，以提高母线电压，避免在电网恢复时不至于把直流母线电压拉死。

步骤205：实时判断低压穿越是否恢复，如果恢复，则继续转到步骤206。

步骤206：光伏逆变器将母线电压恢复到第一电压值，即步骤202备份的电压值。本实施例中，光伏逆变器在恢复第一电压值时，可先提高PI（比例积分）系数，以提高光伏逆变器在低压穿越时的功率恢复速度。之后，为了保证光伏逆变器最大功率点跟踪的准确性，在光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值后，将PI系数调节回正常值。

步骤207：判断光伏逆变器的母线电压是否恢复到第一电压值，如果是，则转到步骤208。

步骤208：光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值后，重新开启最大功率点跟踪，以获得光伏逆变器实际的最大功率点。

在电网从异常恢复后，如果通过正常的最大功率点跟踪来使光伏逆变器的输出功率恢复，其恢复速度较慢，很难达到国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求。本实施例提供的光伏逆变器的低压穿越控制方法，能够在更短的时间内判断出低压穿越的发生与恢复，在电网恢复后先将母线电压快速调节到第一电压值，之后再进行最大功率点跟踪，缩短了低压穿越的时间，能够符合国家标准对光伏逆变器低压穿越的要求，避免母线电压被拉低后光伏逆变器进行自我保护。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (6)

1.一种光伏逆变器的低压穿越控制方法,其特征在于，包括：

根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生，如果是，则停止最大功率点跟踪；

判断低压穿越是否恢复，如果是，则将光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值，所述第一电压值为预设值，或者所述第一电压值为低压穿越发生前的最大功率点电压值或低压穿越发生前两个以上最大功率点电压值的平均值；

其中，判断到低压穿越恢复后，将光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值时，具体为：提高PI系数到预设值，将光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值；在光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值后，将PI系数调节回正常值；

所述根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复，具体为：

获取电网的三相正序电压和三相负序电压，并对三相正序电压进行正方向旋转变换得到三相正序电压的两相直流电压Ud+和Uq+，对三相负序电压进行负方向旋转得到三相负序电压的两相直流电压Ud-和Uq-；

计算 $\left|\sqrt{{(Ud+)}^2+{(Uq+)}^2}-\sqrt{{(Ud-)}^2+{(Uq-)}^2}\right|$ 的值，并将其与设定值比较，如果小于设定值，则判断为低压穿越发生，如果大于设定值，则判断为低压穿越恢复，所述设定值预先设置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在判断到低压穿越发生，停止最大功率点跟踪后，还包括：降低光伏逆变器输出的电流给定。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在光伏逆变器的母线电压恢复到第一电压值后，还包括开启最大功率点跟踪。

4.一种光伏逆变器，其特征在于，包括：

逆变模块，用于将光伏面板输出的母线电压转换为交流电压；

功率控制器，其与逆变模块连接，用于监控和/或控制逆变模块的母线电压；

总控制器，其分别与功率控制器和电网接入端连接，用于进行最大功率点跟踪，所述总控制器还用于获取电网电压，并根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复，当所述总控制器判断到低压穿越发生时则停止最大功率点跟踪，当判断到低压穿越恢复时则将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值，所述第一电压值为预设值，或者所述第一电压值为处理单元备份的低压穿越发生前的最大功率点电压值或低压穿越发生前两个以上最大功率点电压值的平均值；

所述总控制器包括：

最大功率点跟踪单元，用于进行最大功率点跟踪；

判断单元，用于获取电网电压，并根据电网电压的变化判断低压穿越是否发生或恢复；

处理单元，其分别与最大功率点跟踪单元和判断单元连接，用于在判断单元判断到低压穿越发生时控制最大功率点跟踪单元停止最大功率点跟踪，在判断单元判断到低压穿越恢复时，控制最大功率点跟踪单元将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值；

所述处理单元在判断单元判断到低压穿越恢复时，控制最大功率点跟踪单元将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值，具体为：所述处理单元控制最大功率点跟踪单元提高PI系数到预设值，之后控制最大功率点跟踪单元将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值；最大功率点跟踪单元将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值后，处理单元控制最大功率点跟踪单元将PI系数调节回正常值。

5.如权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述处理单元在判断单元判断到低压穿越发生时控制最大功率点跟踪单元停止最大功率点跟踪后，还包括：处理单元控制功率控制器降低逆变模块输出的电流给定。

6.如权利要求5所述的光伏逆变器，其特征在于，所述处理单元控制最大功率点跟踪单元将逆变模块的母线电压恢复到第一电压值后，还包括：处理单元控制最大功率点跟踪单元开启最大功率点跟踪。