CN103730911A - 光伏并网逆变器的并网控制方法及光伏并网发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏并网逆变器的并网控制方法。该方法包括：1）当直流母线电压高于预设启动电压时，闭合并网开关，进入2）；2）控制逆变器输出功率，并判断停止输出功率的条件是否得到满足，如是，转3）；如否，转6）；3）控制逆变器停止输出功率，进入4）；4）将直流母线电压与启动电压及预设的断网电压进行比较：如直流母线电压低于断网电压，则转5）；如直流母线电压高于启动电压，则转2）；5）断开并网开关，转至1）；6）控制逆变器正常并网运行，当直流母线电压持续低于最低工作电压的时间达到预设的第一时间阈值，转3），否则重复6）。本发明还公开了一种光伏并网发电系统。本发明能提高并网开关机械寿命及系统可靠性。

Description

光伏并网逆变器的并网控制方法及光伏并网发电系统

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器的并网控制方法，属于新能源技术领域。

背景技术

在太阳能发电中，由于光伏电池发电量与光照，温度等外部环境密切相关，外部环境的变化将导致光伏发电的波动。尤其在清晨、傍晚或者多云等情况下，光伏电池输出能量低，当光伏电池能量不足时光伏逆变器将停止工作，当条件符合时又要求光伏逆变器能自动启动向电网发送能量。现有的控制方法一般是，当光伏电池输出电压高于逆变器最低允许的直流启动电压值时，就吸合交流输出侧的并网开关，使交流输出侧接入电网，开始并网发电。而当光伏电池输出电压低于逆变器最低允许的直流工作电压值时，停止功率输出，分断交流输出侧的并网开关。这种方式会造成光伏阵列在无法支撑光伏逆变器最低输出功率时，光伏逆变器出现反复启停的情况，同时相应地频繁合分并网开关。最终，将严重缩短并网开关的机械寿命，且容易对电网产生冲击，降低系统的可靠性。还有一种方案是并网前在光伏阵列侧接入合适的功率电阻，人为产生损耗，直到满足并网条件，然后切除功率电阻开始并网。但此方案功率电阻发热严重，一般在小功率光伏逆变器中有应用。因此，如何在光伏电池输出功率极低的情况下，优化光伏逆变器的启停控制，降低光伏逆变器并网开关的合分次数，在提高其机械寿命的同时降低对电网的冲击，成为一个重要的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种光伏并网逆变器的并网控制方法，能够有效降低光伏并网发电系统中并网开关的合分次数，从而在提高并网开关机械寿命的同时降低对电网的冲击，增强光伏并网发电系统的可靠性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种光伏并网逆变器的并网控制方法，所述光伏并网逆变器的直流输入侧与光伏阵

列的直流母线连接，其交流输出侧通过并网开关与电网连接，其特征在于，所述并网控制方法包括以下步骤：

步骤1、持续检测直流母线电压，当直流母线电压高于预设的启动电压时，控制所述并网开关闭合，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制光伏并网逆变器向电网输出功率，并判断预设的停止向电网输出功率的条件是否得到满足，如是，转至步骤3；如否，转至步骤6；

步骤3、控制所述光伏并网逆变器停止向电网输出功率，进入步骤4；

步骤4、持续检测直流母线电压，并将检测到的直流母线电压与启动电压及预设的断网电压进行比较，所述断网电压小于所述启动电压：如直流母线电压或等于低于预设的断网电压，则转步骤5；如直流母线电压高于或等于启动电压，则转步骤2；如直流母线电压高于断网电压，低于启动电压，则重复步骤4；

步骤5、控制所述并网开关断开，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，转至步骤1；

步骤6、控制所述光伏并网逆变器进行正常并网运行，同时持续检测直流母线电压，并将检测到的直流母线电压与预设的最低工作电压进行比较，所述最低工作电压低于所述启动电压且高于所述断网电压：当直流母线电压低于最低工作电压且该状态持续保持的时间达到第一时间阈值，转至步骤3，否则重复步骤6。

作为本发明的优选方案之一，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器向电网恒定输出预设的最小并网功率；所述停止向电网输出功率的条件是指：在预设的第二时间阈值内，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形，所述第二时间阈值大于所述第一时间阈值。

作为本发明的优选方案之二，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器工作于母线恒电压运行模式，其电压指令为所述最低工作电压；所述停止向电网输出功率的条件是指：在预设的第二时间阈值内，出现光伏并网逆变器的输出功率小于预设的最小并网功率且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；所述第二时间阈值大于所述第一时间阈值。

作为本发明的优选方案之三，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器向电网的输出功率由预设的断网功率开始逐渐递增；所述停止向电网输出功率的条件是指：在光伏并网逆变器的输出功率达到预设的最小并网功率前，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；或者，在光伏并网逆变器的输出功率达到预设的最小并网功率后，在预设的第二时间阈值内，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；所述断网功率小于所述最小并网功率。

所述第一时间阈值可以为预设的恒值，例如取100ms；也可以根据所述最低工作电压和当前直流母线电压之间的差值确定，差值越小，第一时间阈值越大。

优选地，所述第二时间阈值的取值范围为5s~10s。

根据本发明的发明思路，还可以得到一种光伏并网发电系统，包括光伏阵列、光伏并网逆变器，所述光伏并网逆变器的直流输入侧与光伏阵列的直流母线连接，所述光伏并网逆变器的交流输出侧通过并网开关与电网连接，所述光伏并网逆变器使用以上任一技术方案所述并网控制方法。

相比现有技术，本发明通过优化、协调光伏并网逆变器在输出功率极低时的启停控制，减少了交流输出侧并网开关的合分次数，有效提高了其机械寿命，减小了系统对电网的冲击，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为典型光伏并网发电系统的结构示意图；

图2为本发明并网控制方法的控制流程图；

图3为预设的第一时间阈值t_d与最低工作电压和当前直流母线电压之间的差值U_delt的对应关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

图1显示了一套典型的光伏并网发电系统的基本结构，系统中的光伏并网逆变器（如图中虚线框所示）包括依次连接的逆变模块、交流输出滤波模块、并网开关，以及可分别对逆变模块、并网开关（通常为断路器或交流接触器）进行控制的控制模块。该光伏并网逆变器还包括设置于其直流输入侧的直流电压信号检测单元，以及设置于其交流输出侧的交流电压、电流信号检测单元，可分别对光伏阵列直流母线电压以及光伏并网逆变器的输出功率进行实时检测，并将检测结果传输至控制模块。

上述系统中控制模块按照图2所示的基本流程进行并网控制，具体包括以下步骤：

步骤1、直流电压信号检测单元检测直流母线电压U_dc，当直流母线电压U_dc高于预设的启动电压U_r时，控制所述并网开关闭合，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制光伏并网逆变器向电网输出功率，并判断预设的停止向电网输出功率的条件是否得到满足，如是，转至步骤3；如否，转至步骤6；

步骤3、控制所述光伏并网逆变器停止向电网输出功率，进入步骤4；

步骤4、持续检测直流母线电压U_dc，并将检测到的直流母线电压U_dc与启动电压U_r及预设的断网电压U_cut（U_cut<U_r）进行比较：如直流母线电压U_dc低于或等于断网电压U_cut，则转步骤5；如直流母线电压U_dc高于或等于启动电压U_r，则转步骤2；如直流母线电压U_dc高于断网电压U_cut，低于启动电压U_r，则重复步骤4；

步骤5、控制所述并网开关断开，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，转至步骤1；

步骤6、控制所述光伏并网逆变器进行正常并网运行，并持续检测直流母线电压U_dc，将检测到的直流母线电压U_dc与预设的最低工作电压U_min进行比较，当直流母线电压U_dc低于预设的最低工作电压U_min且持续维持直流母线电压低于最低工作电压的状态的时间达到时间t_d，转至步骤3，否则重复步骤6。

下面以几个具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明：

实施例一、

     本实施例中，当光伏并网逆变器接到启动命令后，控制模块具体按照以下方法进行并网控制：

 步骤1、如直流电压信号检测单元检测得到的直流母线电压U_dc高于预设的启动电压U_r，控制模块控制并网开关闭合，使光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制模块控制逆变模块按照预设的最小并网功率P_min向电网输出恒定功率，在预设的时间t_k1内，直流电压信号检测单元持续检测直流母线电压U_dc，当直流母线电压U_dc低于预设的最低工作电压U_min（U_min<U_r）且持续维持U_dc＜U_min的状态的时间达到时间t_d（t_k1＞t_d）时，进入步骤3；否则，进入步骤6；

步骤3、控制模块控制逆变模块停止输出功率，进入步骤4；

步骤4、控制模块持续检测直流母线电压U_dc，当U_dc低于或等于预设的断网电压U_cut（U_cut<U_min）时，进入步骤5；当U_dc高于或等于启动电压U_r时，进入步骤2；当U_dc高于U_cut，且低于U_r时，重复步骤4；

步骤5：控制模块控制并网开关断开，使光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，进入步骤1；

步骤6：控制模块控制光伏并网逆变器进行正常并网运行，同时持续检测直流母线电压U_dc，并将检测到的直流母线电压U_dc与预设的最低工作电压U_min进行比较：当直流母线电压U_dc低于最低工作电压U_min且持续维持U_dc低于U_min的状态的时间达到时间t_d，转至步骤3，否则重复步骤6。

实施例二、

     本实施例中，当光伏并网逆变器接到启动命令后，控制模块具体按照以下方法进行并网控制：

 步骤1、如直流电压信号检测单元检测得到的直流母线电压U_dc高于预设的启动电压U_r，控制模块控制并网开关闭合，使光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制模块控制逆变模块工作于母线恒电压运行模式，其电压指令为预设的最低工作电压U_min（U_min<U_r），在预设的时间t_k1内，交流电压、电流信号检测单元检测逆变器输出功率P_o，当输出功率P_o小于预设的最小并网功率P_min且持续维持P_o＜P_min的状态的时间达到时间t_d（t_k1＞t_d）时，进入步骤3；否则，进入步骤6；

步骤3、控制模块控制逆变模块停止输出功率，进入步骤4；

步骤4、控制模块持续检测直流母线电压U_dc，当U_dc低于或等于预设的断网电压U_cut（U_cut<U_min）时，进入步骤5；当U_dc高于或等于启动电压U_r时，进入步骤2；当U_dc高于U_cut，且低于U_r时，重复步骤4；

步骤5：控制模块控制并网开关断开，使光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，进入步骤1；

步骤6：控制模块控制光伏并网逆变器进行正常并网运行，同时持续检测直流母线电压U_dc，并将检测到的直流母线电压U_dc与最低工作电压U_min进行比较，当直流母线电压U_dc低于最低工作电压U_min且持续维持U_dc低于U_min的状态的时间达到时间t_d，转至步骤3，否则重复步骤6。

实施例三、

     本实施例中，当光伏并网逆变器接到启动命令后，控制模块具体按照以下方法进行并网控制：

 步骤1、如直流电压信号检测单元检测得到的直流母线电压U_dc高于预设的启动电压U_r，控制模块控制并网开关闭合，使光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制模块控制逆变模块向电网输出功率，输出功率P_o从预设的断网功率P_cut开始递增，在输出功率P_o达到预设的最小并网功率P_min（P_cut<P_min）之前，检测直流母线电压U_dc，当直流母线电压U_dc低于预设的最低工作电压U_min（U_min<U_r），且持续维持U_dc＜U_min的状态的时间达到预设的时间t_d时；或者，输出功率P_o达到预设的最小并网功率P_min之后，在预设时间t_k1内，检测直流母线电压U_dc，当直流母线电压U_dc低于预设的最低工作电压U_min（U_min<U_r），且持续维持U_dc＜U_min的状态的时间达到预设的时间t_d时，进入步骤3；否则，进入步骤6；

步骤3、控制模块控制逆变模块停止输出功率，进入步骤4；

步骤4、控制模块持续检测直流母线电压U_dc，当U_dc低于或等于预设的断网电压U_cut（U_cut<U_min）时，进入步骤5；当U_dc高于或等于启动电压U_r时，进入步骤2；当U_dc高于U_cut，U_dc低于U_r时，重复步骤4；

步骤5：控制模块控制并网开关断开，使光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，进入步骤1；

步骤6：控制模块控制光伏并网逆变器进行正常并网运行，并持续检测直流母线电压U_dc，将检测到的直流母线电压U_dc与最低工作电压U_min进行比较，当直流母线电压U_dc低于最低工作电压U_min且持续维持U_dc低于U_min的状态的时间达到时间t_d，转至步骤3，否则重复步骤6。

作为本实施例的进一步优选方案，控制模块控制输出功率P_o按照恒定的递增速率从预设的断网功率P_cut开始递增，其数学表达为：P_o=P_cut+kt，其中k为常数，t从控制模块控制逆变模块开始向电网输出功率的时间开始。

本发明的技术方案中，设置时间t_d为了防止逆变器误动作，t_d可取为一预设的恒值，例如t_d=100ms ；t_d也可以根据预设的最低工作电压U_min和当前的直流母线电压U_dc之间的差值U_delt确定，例如通过预设的t_d与U_delt的成反比的关系函数或关系曲线实时确定，差值U_delt越小，则t_d越大，图3即显示了一条预设的t_d-U_delt的关系曲线。本发明技术方案中的时间t_k1可根据实际情况设定，其优选的取值范围为5s~10s。由于光伏电池受光照等环境因素影响，其功率输出趋于稳定需要一段相对较长的时间，因此时间t_k1取值较长。而直流母线电压低于最低工作电压U_min会影响光伏并网逆变器的正常运行，U_dc低于U_min不能维持太长时间，因此时间t_d的取值较短。

本发明的并网控制方法能够有效降低光伏并网发电系统中并网开关的合分次数，理想情况下可实现光伏逆变器交流输出侧并网开关每天仅合分一次；从而在提高并网开关机械寿命的同时降低了对电网的冲击，增强了光伏并网发电系统的可靠性。

Claims (9)

1.一种光伏并网逆变器的并网控制方法，所述光伏并网逆变器的直流输入侧与光伏阵列的直流母线连接，其交流输出侧通过并网开关与电网连接，其特征在于，所述并网控制方法包括以下步骤：

步骤1、持续检测直流母线电压，当直流母线电压高于预设的启动电压时，控制所述并网开关闭合，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气连接状态，进入步骤2；

步骤2、控制光伏并网逆变器向电网输出功率，并判断预设的停止向电网输出功率的条件是否得到满足，如是，转至步骤3；如否，转至步骤6；

步骤3、控制所述光伏并网逆变器停止向电网输出功率，进入步骤4；

步骤4、持续检测直流母线电压，并将检测到的直流母线电压与启动电压及预设的断网电压进行比较，所述断网电压小于所述启动电压：如直流母线电压低于或等于预设的断网电压，则转步骤5；如直流母线电压高于或等于启动电压，则转步骤2；如直流母线电压高于断网电压，低于启动电压，则重复步骤4；

步骤5、控制所述并网开关断开，使所述光伏并网逆变器与电网处于电气断开状态，转至步骤1；

步骤6、控制所述光伏并网逆变器进行正常并网运行，同时持续检测直流母线电压，并将检测到的直流母线电压与预设的最低工作电压进行比较，所述最低工作电压低于所述启动电压且高于所述断网电压：当直流母线电压低于最低工作电压且该状态持续保持的时间达到第一时间阈值，转至步骤3，否则重复步骤6。

2.如权利要求1所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器向电网恒定输出预设的最小并网功率；所述停止向电网输出功率的条件是指：在预设的第二时间阈值内，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形，所述第二时间阈值大于所述第一时间阈值。

3.如权利要求1所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器工作于母线恒电压运行模式，其电压指令为所述最低工作电压；所述停止向电网输出功率的条件是指：在预设的第二时间阈值内，出现光伏并网逆变器的输出功率小于预设的最小并网功率且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；所述第二时间阈值大于所述第一时间阈值。

4.如权利要求1所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，步骤2中所述控制光伏并网逆变器向电网输出功率，是指控制光伏并网逆变器向电网的输出功率由预设的断网功率开始逐渐递增；所述停止向电网输出功率的条件是指：在光伏并网逆变器的输出功率达到预设的最小并网功率前，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；或者，在光伏并网逆变器的输出功率达到预设的最小并网功率后，在预设的第二时间阈值内，出现直流母线电压低于所述最低工作电压且该状态持续保持的时间达到所述第一时间阈值的情形；所述断网功率小于所述最小并网功率。

5.如权利要求2～4任一项所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，所述第二时间阈值的取值范围为5s~10s。

6.如权利要求4所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，所述控制光伏并网逆变器向电网的输出功率由预设的断网功率开始逐渐递增是按照恒定的递增速率。

7.如权利要求1～4任一项所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，所述第一时间阈值为预设的恒定值。

8.如权利要求1～4任一项所述光伏并网逆变器的并网控制方法，其特征在于，所述第一时间阈值根据所述最低工作电压和当前直流母线电压之间的差值确定，差值越小，第一时间阈值越大。

9.一种光伏并网发电系统，包括光伏阵列、光伏并网逆变器，所述光伏并网逆变器的直流输入侧与光伏阵列的直流母线连接，所述光伏并网逆变器的交流输出侧通过并网开关与电网连接，其特征在于，所述光伏并网逆变器使用如权利要求1～8任一项所述并网控制方法。

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