CN104377731A - 一种光伏逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器控制方法，其步骤为：(1)对并网逆变器的各个模拟量进行采样处理；(2)对电网相电压进行提取处理：利用变压器变比直接从变压器的副边线电压获得原边相电压；(3)根据步骤(2)得到的电网相电压进行锁相环控制，以获得电网相位，完成逆变器输出电压相位和电网相位跟踪。本发明具有原理十分简单、易实现、能提高响应速度、可确保锁相精度和系统运行稳定性等优点。

Description

一种光伏逆变器控制方法

技术领域

本发明主要涉及到光伏发电系统领域，特指一种适用于光伏发电系统的光伏逆变器控制方法。

背景技术

由于光伏并网逆变器市场竞争日益激烈，降低光伏并网逆变器的成本、提高逆变器的性价比、增强市场竞争力成为各逆变器厂家的当务之急。低压光伏并网发电系统要求并网逆变器本身自带工频隔离变压器输出，因此采用带漏感变压器的LCL型主电路拓扑结构成为业界主流的拓扑结构。低压光伏并网发电系统中光伏电池串数一般都不高，因此为充分利用光伏电池的直流电压提高发电效率，逆变器输出变压器一般采用升压变压器。由于网侧电感为变压器的漏感同时变压器的变比不是1:1，所以实现光伏逆变器的锁相控制和电网电压过欠压保护则需要获取逆变器输出侧和电网侧两组电压信号。

传统的技术方案中，光伏并网逆变器需要通过电压传感器采样获取逆变器输出电压和电网电压实现软件锁相控制和电网过欠压保护，从而实现逆变器安全可靠并网发电运行。现有的带工频隔离变压器输出的光伏并网逆变器获取电网电压和逆变器输出电压的方法主要是利用两组电压传感器采样，即电网电压和逆变器输出电压分别单独采样，或者通过变压器的联接组别利用较为繁琐的幅值和相位折算从电网电压获取逆变器输出电压。

上述传统软件锁相用电压获取方法可以实现并网逆变器的并网运行，但仍存在以下不足：

(1)采用两组电压传感器成本较高。

(2)如果主电路拓扑是带漏感的变压器则逆变器侧传感器只能安装在滤波电容上，采样所得电压谐波成分较高、波形质量较差从而锁相精度较差、输出电流谐波较大、系统不稳定。

(3)采用变压器的联接组别和相位折算获取逆变器侧电压则需要复杂的转换计算，大大增加计算时间，较为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理十分简单、易实现、能提高响应速度、可确保锁相精度和系统运行稳定性的光伏逆变器控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种光伏逆变器控制方法，其步骤为：

(1)对并网逆变器的各个模拟量进行采样处理；

(2)对电网相电压进行提取处理：利用变压器变比直接从变压器的副边线电压获得原边相电压；

(3)根据步骤(2)得到的电网相电压进行锁相环控制，以获得电网相位，完成逆变器输出电压相位和电网相位跟踪。

作为本发明的进一步改进：所述步骤(2)中按照下式进行原边相电压与副边线电压的转换：

$\left\{\begin{array}{c}u=-\frac{1}{3k}(t-r)\\ v=-\frac{1}{3k}(r-s)\\ w=-\frac{1}{3k}(s-t)\end{array}\right.$

其中，u、v、w为变压器原边相电压，r、s、t为变压器副边相电压，变压器原边与副边的比值为1：k。

作为本发明的进一步改进：所述控制方法还包括步骤(4)进行MPPT控制：跟踪到电池阵列的最佳工作点，并得到电压外环的电压指令输出。

作为本发明的进一步改进：所述控制方法还包括步骤(5)进行直流电压外环控制，以获得电流内环的电流指令输出。

作为本发明的进一步改进：所述控制方法还包括步骤(6)进行电流内环控制，以获得逆变器交流电压输出指令。

作为本发明的进一步改进：所述控制方法还包括步骤(7)进行PWM调制，以获得逆变器的PWM输出信号送至功率开关管。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的光伏逆变器控制方法，只需要采用一组电压传感器，然后通过简单的运算即可提取软件锁相用的电网相电压，整个原理十分简单，易实现，提高了响应速度，利于软件控制，并且网压侧电压质量高，可确保锁相精度和系统的运行稳定性。

2、本发明的光伏逆变器控制方法，在应用后可以减少一组电压传感器，节省了逆变器的成本。尤其是对于带漏感的变压器型式，可提高软件锁相精度和系统运行稳定性，降低输出电流谐波。

附图说明

图1是并网逆变器的主电路拓扑结构示意图。

图2是光伏并网逆变器控制结构的示意图。

图3是本发明方法的流程示意图。

图4是本发明在具体应用实例中变压器的电气原理示意图。

图5是本发明在具体应用实例中转换后的变压器的电气原理示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，为一个传统并网逆变器的主电路拓扑结构，该并网逆变器自身带有工频隔离变压器，输出端可直接接入380V电网系统中，多用于小型低压光伏电站(通过380V电压等级接入电网的光伏电站)。图1中三相电压传感器SV1、SV2、SV3为采样三相电网电压用，实现电网过欠压保护；三相电压传感器SV4、SV5、SV6为逆变器侧电压传感器，用于实现锁相控制和频率计算。但是为降低逆变器成本，网侧电感和工频隔离变压器一般做成一体化设计，即带漏感的隔离变压器，这样逆变器侧电压采样传感器SV4、SV5、SV6安装位置就只能在LC滤波器的滤波电容和隔离变压器之间。

如图2和图3所示，本发明的光伏并网逆变器控制方法，其步骤为：

(1)对并网逆变器的各个模拟量进行采样处理；

(2)对电网相电压进行提取处理；

(3)进行锁相环控制PLL(phas locked loop锁相环)，由此获得电网相位，实现逆变器输出电压相位和电网相位跟踪；

(4)进行MPPT控制(maximum power point tracking最大功率点跟踪)，由此跟踪到电池阵列的最佳工作点，并得到电压外环的电压指令输出；

(5)进行直流电压外环控制，由此获得电流内环的电流指令输出；

(6)进行电流内环控制，由此获得逆变器交流电压输出指令；

(7)进行PWM调制，由此获得逆变器的PWM输出信号送至功率开关管。

本发明在步骤(2)中是利用变压器变比直接从变压器的副边线电压获得原边相电压，即软件锁相用电网相电压提取是基于变压器模型的分析，利用变压器变比直接从变压器的副边线电压获得原边相电压，无需进行相位折算，其是按下式完成转换：

$\left\{\begin{array}{c}u=-\frac{1}{3k}(t-r)\\ v=-\frac{1}{3k}(r-s)\\ w=-\frac{1}{3k}(s-t)\end{array}\right.$

其中，u、v、w为变压器原边相电压，r、s、t为变压器副边相电压，变压器原边与副边的比值为1：k。结合图1和图2，式中t-r为电压传感器SV3采样所得电压，r-s为电压传感器SV1采样所得电压，s-t为电压传感器SV2采样所得电压，因此变压器原边相电压u、v、w分别为电压传感器SV3、SV1、SV2采样输出值乘以系数

在具体应用实例中，以并网逆变器用变压器联接组别为Dy11为例(电气原理图如图4所示)，按照本发明的方法可以将图4的电气原理转换，形成图5所示的转换后变压器电气原理图。可以理解，当采用其他联接组别形式的变压器时，以此类推，只是传感器顺序和系数的变化。由此可见，通过本发明的方法就可以很容易得到变压器原边相电压即获取锁相用的电网相电压，进行软件锁相环控制，同时只需要一组电压传感器，大大降低了逆变器的成本。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种光伏逆变器控制方法，其特征在于，步骤为：

(1)对并网逆变器的各个模拟量进行采样处理；

(2)对电网相电压进行提取处理：利用变压器变比直接从变压器的副边线电压获得原边相电压；

(3)根据步骤(2)得到的电网相电压进行锁相环控制，以获得电网相位，完成逆变器输出电压相位和电网相位跟踪。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中按照下式进行原边相电压与副边线电压的转换：

$\left\{\begin{array}{c}u=-\frac{1}{3k}(t-r)\\ v=-\frac{1}{3k}(r-s)\\ w=-\frac{1}{3k}(s-t)\end{array}\right.$

其中，u、v、w为变压器原边相电压，r、s、t为变压器副边相电压，变压器原边与副边的比值为1：k。

3.根据权利要求1或2所述的光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤(4)进行MPPT控制：跟踪到电池阵列的最佳工作点，并得到电压外环的电压指令输出。

4.根据权利要求3所述的光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤(5)进行直流电压外环控制，以获得电流内环的电流指令输出。

5.根据权利要求4所述的光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤(6)进行电流内环控制，以获得逆变器交流电压输出指令。

6.根据权利要求5所述的光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤(7)进行PWM调制，以获得逆变器的PWM输出信号送至功率开关管。