CN104184167A - 逆变器并网系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变器减小并网冲击电流的有效方法，使逆变器简单有效的从独立运行切换到并网运行状态。本发明的机理：若并网时，并网开关两侧的电压同幅值同相位，则不会存在电压差，也就没有冲击电流的产生。独立运行时，逆变电压由小到大，减小了对滤波电容冲击，而并网时，并网开关两侧的电压一致，抑制了冲击电流的产生。并网后，由于采取双环控制，仅切换电流环的给定，因而可有效减少电流的突变，实现平滑过渡。

Description

逆变器并网系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种逆变器并网系统的控制方法，具体的涉及一种减少逆变器从独立运行顺利过渡到并网运行阶段减少并网冲击电流的控制方法。

背景技术

分布式发电通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。布式光伏发电能够满足即发即用、降低输变电成本和电力损耗的要求。

逆变器将直流电等电能通过合理控制，逆变成与电网同频同幅的交流电，可以离网或并网供给用户使用。随着分布式发电的推广，更多的逆变器将风能，太阳能等新能源输送到电网，当逆变器接入电网时由于本身拓扑和方法的限制，并网时产生较大的冲击电流。

图1，图2所示常见的三相逆变器拓扑。目前一般采用强制并网或选择电压过零点切入电网，这种方法如图2所示，接入电网时由于3所示的滤波电容没有电压，相当于瞬间短接电网；而2中逆变器直流母线可能与电网峰值电压存在的压差；闭合并网开关4时，三相电压5任何时刻总有两相电压存在压差，以上原因都会产生冲击电流。

单个逆变器产生的冲击电流并不足以影响电网的运行，但随着分布式发电的发展，越来越多的逆变器投入使用，而且逆变器的容量也随之增大，电网对于逆变器的接入要求渐渐严格。并网的冲击电流不但影响电网的稳定，而且对逆变器本身的器件也有损害，减少使用寿命，甚至造成器件的损坏。所以减少逆变器并网的冲击势在必行。

另外，因并网电流过大易造成电感饱和，从而会使得电路中电流激增，进而引起保护装置动作，甚至损坏开关器件。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种逆变器减小并网冲击电流的有效方法，使逆变器简单有效的从独立运行切换到并网运行状态。

本发明的机理：

若并网时，并网开关两侧的电压同幅值同相位，则不会存在电压差，也就没有冲击电流的产生。本发明正是基于该原理实现较小冲击电流的目标。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种逆变器并网系统，该系统具有：

DC/DC模块；DC/AC模块；滤波单元；并网开关；DC/DC模块的输出端接入DC/AC模块的输入端，DC/AC模块的输出经滤波单元，并网开关接入电网；

其特征在于：

所述系统还包含：

逆变器电流信号采集装置；逆变器电压信号采集装置；电网信号采集装置；

所述逆变器电流信号采集装置，设置在所述DC/AC模块与所述滤波单元之间，用于采集逆变器输出电流信息，作为逆变器控制环路中的电流反馈信号；

所述逆变器电压信号采集装置，设置在所述滤波单元与所述并网开关之间，用于采集逆变器的输出电压信息，作为逆变器独立运行模式时的逆变电压反馈信号；

所述电网信号采集装置，设置在所述并网开关与所述电网之间，用于采集所述电网电压信息，根据该信息对电网进行锁相，并计算电网电压的幅值作为并网前逆变电压的跟踪目标；

通过监测所述逆变器电压信号采集装置采集的电压与所述电网信号采集装置采集的电压，使所述并网开关两侧的电压趋于一致。

优选的，上述并网开关为继电器，断路器或接触器中的一种。

优选的，上述所述逆变器电流信号采集装置，为电流传感器；所述逆变器电压信号采集装置，为电压传感器；所述电网信号采集装置，为电压传感器。

本发明的一个实施例还提供一种逆变器并网控制方法，

该方法包含如下步骤：

S1：逆变器运行于独立模式；

S2：根据所述电网信号采集装置采集的电压算出电网的相位和幅值，作为逆变器逆变电压控制环路的给定值；

S3：根据所述逆变器电压信号采集装置采集的电压作为反馈；

S4：监测所述逆变器电压信号采集装置采集的电压与所述电网信号采集装置采集的电压的幅值和相位的差异，通过调节器调整；

S5:当所述逆变器电压信号采集装置采集的电压与所述电网信号采集装置采集的电压，同幅值同相位或所述差异在允许的范围；

闭合所述并网开关，

完成并网。

优选的，上述S1中的所述独立模式时，逆变器的母线电压高于电网的线电压的峰值。

优选的，上述S3中，采用双环控制，通过所述DC/AC模块产生逆变电压，所述逆变器电流信号采集装置采集的电流信息作为电流环的反馈。

优选的，上述S4时，逆变器处于独立运行模式。

优选的，上述调节器为PI调节器、PID或模糊调节器。

优选的，上述S5中:所述范围为4－6％。

优选的，上述S5后，还设有切换逆变器运行模式，从独立运行模式切换到并网运行模式，电网发送功率。

有益效果：

独立运行时，逆变电压由小到大，减小了对滤波电容冲击，而并网时，并网开关两侧的电压一致，抑制了冲击电流的产生。

并网后，由于采取双环控制，仅切换电流环的给定，因而可有效减少电流的突变，实现平滑过渡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将实施例的所包含技术描述中需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图都在本发明的保护范围之内。

图1为一种三相并网逆变器主电路图；

图2并网逆变器并网系统的结构示意图；

图3逆变器双环控制的结构示意图；

图4为使用本发明方案时并网前A相市电电压与A相逆变电压波形图；

图5为使用本发明方案时并网前后的三相电流波形图；

图6为使用本发明方案后，并网前后的三相电流波形图。

符号说明：

DC/DC模块1；DC/AC模块2；滤波单元3；并网开关4；电网5；逆变器电流信号采集装置6；逆变器电压信号采集装置7；电网信号采集装置8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清查、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图2所示，为三相逆变器并网系统的结构示意图，该系统具有：

DC/DC模块1；DC/AC模块2；滤波单元3；并网开关4；电网5；逆变器电流信号采集装置6；逆变器电压信号采集装置7；电网信号采集装置8；

DC/DC模块1的输出端接入DC/AC模块2的输入端，DC/AC模块2的输出经滤波单元3，并网开关4接入电网5；

逆变器电流信号采集装置6设置在DC/AC模块2与滤波单元3之间，用于采集逆变器输出电流，作为逆变器控制环路中的电流反馈信号；

逆变器电压信号采集装置7设置在滤波单元3与并网开关4之间，用于采集逆变器的输出电压，作为逆变器独立运行模式时的逆变电压反馈信号；

电网信号采集装置8设置在并网开关4与电网5之间，用于采集电网电压，根据该信号对电网进行锁相，并计算电网电压的幅值作为并网前逆变电压的跟踪目标；

通过检测逆变器电压信号采集装置7与电网信号采集装置8，使并网开关4两侧的电压(幅值和相位)趋于一致/差异在设定的允许范围。

本实施例还提供一种逆变器的并网控制方法：

所述方法如下步骤：

S1：逆变器运行于独立模式(逆变器的母线电压高于电网的线电压的峰值并维持，即满足并网条件)；

S2：根据电网信号采集装置8采集的电压算出电网的相位和幅值，作为逆变器逆变电压控制环路的给定值；

S3：以逆变器电压信号采集装置8采集的电压作为反馈，采用双环控制，通过DC/AC模块2产生逆变电压，逆变器电流信号采集装置6采集的电流作为电流环的反馈；

S4：监测逆变器电压信号采集装置7采集的电压与电网信号采集装置8采集的电压的幅值和相位的差异，通过调节器，使两者趋于一致；

S5:当逆变器电压信号采集装置采集的电压7与电网信号采集装置8的采集电压同幅值同相位或差异在设定的范围；

闭合并网开关，

完成并网；

S6：切换逆变器运行模式，从独立运行模式到并网运行模式，向电网5发送功率。

条件说明：

上述S2中，电网信号采集装置8采集的电压信息通过DSP处理，算出电网电压的信息(幅值，相位)。

上述S4中，所述调节器为PI调节器或PID、模糊等调节器，调节器的输入和反馈如图3所示；以PI调节器为例，在独立模式时，电压环的给定为市电电压幅值，反馈为逆变电压的幅值，两者的差值，作为PI调节器的输入，其输出作为下级电流环的给定。

上述S5中:当逆变器电压信号采集装置的电压与电网信号采集装置的电压的幅值与相位的差异在设定的允许范围(如：4％-6％)。

上述S5中的并网开关为继电器，断路器，接触器中的一种。

上述控制方法中：

1、以电网电压D轴电压定向，锁相角度即电网矢量角度；

2、对电网电压，逆变电压，逆变电流采用等幅值坐标变换；

3、采用SVPWM(空间矢量)作为逆变器驱动产生方法；

4、并网时并网开关两侧的电压需要同幅同相位(或两者误差在较小范围内)；

5、并网模式与独立运行模式均采用双环控制策略，切换点在电流环给定处。

如图3所示，为逆变器双环控制的结构示意图，双环控制分为电压环路和电流环路；

并网前，

运行于独立模式；

通过电网信号采集装置8的采样，经过DSP处理，软件锁相环，实现对电网电压角度的跟踪，若逆变器电压信号采集装置7与电网信号采集装置8的电压相位存在差异，则在锁相环中进行补偿；逆变器电压信号采集装置7与电网信号采集装置8的电压幅值差值进过调节器处理后作为电流环路的给定；当逆变器电压信号采集装置7与电网信号采集装置8的电压的幅值差值在允许范围内后，

切换工作模式到并网运行模式，电流环的给定切换为功率调节器的输出，

实现并网运行。

如图4所述，为使用本发明方案时并网前A相市电电压与A相逆变电压波形图；可见逆变电压可跟踪市电电压的幅值和相位；

如图5所述,未使用本发明方案时并网前后的三相电流波形图，并网时具有明显的冲击电流。

如图6所述,使用本发明方案后，并网前后的三相电流波形图，并网冲击电流明显减小，实现本方案的目的。

技术效果：

本实施例方案的逆变器的并网系统，独立运行时，逆变电压由小到大，减小了对滤波电容冲击，而并网时，并网开关两侧的电压一致，抑制了冲击电流的产生，降低开关器件损坏的风险；

并网后，由于采取双环控制，仅切换电流环的给定，因而可有效减少电流的突变，实现平滑过渡。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种逆变器并网系统，该系统具有：

DC/DC模块；DC/AC模块；滤波单元；并网开关；DC/DC模块的输出端接入DC/AC模块的输入端，DC/AC模块的输出经滤波单元，并网开关接入电网；

其特征在于：

所述系统还包含：

逆变器电流信号采集装置；逆变器电压信号采集装置；电网信号采集装置；

所述逆变器电流信号采集装置，设置在所述DC/AC模块与所述滤波单元之间，用于采集逆变器输出电流信息，作为逆变器控制环路中的电流反馈信号；

所述逆变器电压信号采集装置，设置在所述滤波单元与所述并网开关之间，用于采集逆变器的输出电压信息，作为逆变器独立运行模式时的逆变电压反馈信号；

所述电网信号采集装置，设置在所述并网开关与所述电网之间，用于采集所述电网电压信息，根据该信息对电网进行锁相，并计算电网电压的幅值作为并网前逆变电压的跟踪目标；

通过监测所述逆变器电压信号采集装置采集的电压与所述电网信号采集装置采集的电压，使所述并网开关两侧的电压趋于一致。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述并网开关为继电器，断路器或接触器中的一种。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述逆变器电流信号采集装置，为电流传感器；

所述逆变器电压信号采集装置，为电压传感器；

所述电网信号采集装置，为电压传感器。

4.一种逆变器并网控制方法，其特征在于：

该方法包含如下步骤：

S1：逆变器运行于独立模式；

S2：根据所述电网信号采集装置采集的电压信息算出电网的相位和幅值，作为逆变器逆变电压控制环路的给定值；

S3：根据所述逆变器电压信号采集装置的电压作为反馈；

S4：监测所述逆变器电压信号采集装置的采集电压与所述电网信号采集装置采集的电压的幅值和相位的差异，通过调节器调整；

S5:当所述逆变器电压信号采集装置采集的电压与所述电网信号采集装置采集的电压，同幅值同相位或所述差异在允许的范围；

闭合所述并网开关，

完成并网。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述S1中的所述独立模式时，逆变器的母线电压高于电网的线电压的峰值。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述S3中，采用双环控制，通过所述DC/AC模块产生逆变电压，所述逆变器电流信号采集装置采集的电流信息作为电流环的反馈。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述S4时，逆变器处于独立运行模式。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述调节器为PI调节器、PID或模糊调节器。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述S5中:所述范围为4－6％。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述S5后，还设有切换逆变器运行模式，从独立运行模式切换到并网运行模式，

向电网发送功率。