CN104426152B - 一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法，传感器实时检测电网三相电压有效值，并通过PID控制对电网三相电压有效值的变化程度进行计算分析，将三相电压最小值作为控制量，检测电网电压状态；当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；将获得的电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V两个控制量输入DSP控制器，分别对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率进行控制。本发明采用电压跌落程度和电压跌落速度两个控制因素对光伏逆变器无功补偿率进行控制，利用了两个控制因素在电网电压发生骤降时的相互补充作用，解决了光伏逆变器对电网可能发生的误补偿现象，提高了无功补偿软件的可靠性。

Description

一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法及其系统
技术领域
本发明属于并网光伏并网逆变器对电网无功补偿技术领域，具体涉及一种将电网电压跌落程度和跌落速度共同用于控制光伏逆变器无功补偿率的分段控制方法及其控制系统。
背景技术
光伏逆变器作为太阳能发电系统的主要组成部分，近年来受到社会多方面的关注。国家对光伏逆变器研制生产技术的要求也在不断的提升。2010年，《并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》国家标准颁布，首次对并网光伏逆变器低电压穿越能力提出了要求，该标准不但规定了光伏逆变器应具备一定的耐受电网异常电压的能力，同时还需要具备根据并网点电压水平调节无功输出，参与电网电压调节的能力。
根据国家标准中光伏逆变器低电压穿越能力的描述，及低电压穿越曲线的特点，光伏逆变器需要在不同的电网电压下表现出与电压值对应的耐受能力。所以分段控制在光伏逆变器耐受异常电压能力控制方面具有很大的优势。无功补偿作为低电压穿越的附属性能，在控制结构方面和低电压穿越保持一致性，在节省DSP控制芯片的运算空间，提升运算速度方面具有良好的效果。
传统的光伏逆变器无功补偿率计算方法的不足是：1 单一依靠电网电压跌落程度进行控制存在测试精度偏低的缺陷；2在电网电压跌落程度较深，接近光伏逆变器断网阀值且电压跌落速度较快时，易造成误补偿现象。
发明内容
本发明提出了一种将电网电压跌落程度和跌落速度同时作为无功补偿率计算的控制因素的分段控制方法，在不同的电网状态下，对逆变器的无功补偿率进行不同的控制计算，实现了两个控制因素在不同的电网状态下的互补，同时有效的避免了误补偿现象的发生，增加了低电压穿越及无功补偿控制算法的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法，传感器实时检测电网三相电压有效值，并通过PID控制对电网三相电压有效值的变化程度进行计算分析，将三相电压最小值作为控制量，检测电网电压状态；当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；
y=（Un-U）/Un
V=（U-Uhi）/Ts
其中Un为电网额定电压有效值，U为电网当前电压有效值，Uhi为上一采样时刻电网电压有效值，Ts为采样周期；
将获得的电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V两个控制量输入DSP控制器，分别对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率进行控制。
在对光伏逆变器离网开关控制方面，由电网电压有效值跌落率的大小决定，当当前电网电压有效值U＜20%Un时，离网开关断开，光伏逆变器脱离电网；当U≥20%Un时，光伏逆变器保持并网状态，并向电网输送无功补偿，对电网电压进行支撑。
在光伏逆变器向电网提供无功补偿的补偿率计算方面，将电压跌落率y和电压跌落速度V同时作为计算因素，在电压跌落程度较小时为提高光伏逆变器无功补偿速度，通过电网电压跌落程度计算无功补偿率，在电压跌落程度较大，接近逆变器断网阀值时，为提高无功补偿精度及逆变器对电网电压变化的反应精度，则通过电压跌落速度控制逆变器无功补偿率。
光伏逆变器向电网提供无功补偿的方法如下：
1）当电压跌落率y≥90%时，逆变器正常工作，不需对电网进行补偿；
2）当90%＞y≥X1时，无功补偿率由电网电压跌落率决定。
3）当X1＞y≥X2时，无功补偿率由电网电压跌落速度V决定，V=（U-Uhi）/Ts；
①、当V=0时，无功补偿率r保持上一时刻补偿率不变；
②、当0＜V＜（0.3Un/ Ts）时，无功补偿率r的计算公式为：r=[（2×Ts×V）/Un]+0.4。
③、当V≥（0.3Un/ Ts）时，说明此时电网电压下降速度很快，已经在一个采样周期时间内从0.8Un下降至0.5Un以下，所以无功补偿率r=100%；
4）当20%≤y＜X2时，逆变器无功补偿率为100%；
5）当y＜20%时，逆变器离网停止无功补偿，其中20%<X2<X1<90%。
一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制系统，它包括设置在电网三相线上的传感器，传感器将采集到的电网三相电压有效值送入DSP控制器中，且在传感器与DSP控制器之间设置离网开关单元；在所述的DSP控制器中，对电网三相电压有效值和电压实际跌落程度进行计算，最终对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率进行控制。
所述的DSP控制器包括：三相电压有效值计算单元，它从传感器中获得电网三相电压有效值；比较器单元，它将电网三相电压有效值U与电网额定电压有效值Un进行比较，得到三相电压最小值；DSP计算单元，它将三相电压最小值作为控制量，当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；DSP控制运算器，根据计算得出的电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V，输出逆变器离网开关控制信号至离网开关单元中；并输出逆变器对电网的无功补偿率r；离网开关单元，用于电网和光伏逆变器的连接，以及当电网电压有效值跌落至电网额定有效值的20%以下时，对光伏逆变器实施断网。
采用上述技术方案的本发明，采用电压跌落程度和电压跌落速度两个控制因素对光伏逆变器无功补偿率进行控制，利用了两个控制因素在电网电压发生骤降时的相互补充作用，解决了光伏逆变器对电网可能发生的误补偿现象，提高了无功补偿软件的可靠性。具体地说：
（1）分段控制方法符合国家标准中对低电压穿越各状态并网时间的控制特点，能够在最为简单的计算中对光伏逆变器实施控制，节省控制芯片的运算空间。（2）采用无功补偿率分段控制方法实现了和低电压穿越控制算法的统一，在节省DSP控制芯片的运算空间，提升运算速度方面具有良好的效果，同时在一定程度上提高了控制软件的可靠性。（3）将电网电压跌落程度和跌落速度同时作为无功补偿率计算的控制因素的分段控制方法，在不同的电网状态下，对逆变器的无功补偿率进行不同的控制计算，实现了两个控制因素在不同的电网状态下的互补，同时有效的避免了误补偿现象的发生，增加了低电压穿越及无功补偿控制算法的可靠性。
附图说明
图1为本发明中控制系统的原理结构图。
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
如图2所示，一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法，传感器实时检测电网三相电压有效值，并通过PID控制对电网三相电压有效值的变化程度进行计算分析，将三相电压最小值作为控制量，检测电网电压状态；当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；
y=（Un-U）/Un
V=（U-Uhi）/Ts
其中Un为电网额定电压有效值，U为电网当前电压有效值，Uhi为上一采样时刻电网电压有效值，Ts为采样周期；
将获得的电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V两个控制量输入DSP控制器，分别对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率进行控制。在对光伏逆变器离网开关控制方面，由电网电压有效值跌落率的大小决定，当当前电网电压有效值U＜20%Un时，离网开关断开，光伏逆变器脱离电网；当U≥20%Un时，光伏逆变器保持并网状态，并向电网输送无功补偿，对电网电压进行支撑。在光伏逆变器向电网提供无功补偿的补偿率计算方面，将电压跌落率y和电压跌落速度V同时作为计算因素，在电压跌落程度较小时为提高光伏逆变器无功补偿速度，通过电网电压跌落程度计算无功补偿率，在电压跌落程度较大，接近逆变器断网阀值时，为提高无功补偿精度及逆变器对电网电压变化的反应精度，则通过电压跌落速度控制逆变器无功补偿率。
上述的光伏逆变器向电网提供无功补偿的方法如下：
1）当电压跌落率y≥90%时，逆变器正常工作，不需对电网进行补偿；
2）当90%＞y≥X1时，无功补偿率由电网电压跌落率决定，无功补偿率r，r=2（1-y）。
3）当X1＞y≥X2时，无功补偿率由电网电压跌落速度V决定，V=（U-Uhi）/Ts；
①、当V=0时，无功补偿率r保持上一时刻补偿率不变；
②、当0＜V＜（0.3Un/ Ts）时，无功补偿率r的计算公式为：r=[（2×Ts×V）/Un]+0.4。
③、当V≥（0.3Un/ Ts）时，说明此时电网电压下降速度很快，已经在一个采样周期时间内从0.8Un下降至0.5Un以下，所以无功补偿率r=100%；
4）当20%≤y＜X2时，逆变器无功补偿率为100%；
5）当y＜20%时，逆变器离网停止无功补偿，其中20%<X2<X1<90%。
一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制系统，它包括设置在电网三相线上的传感器，传感器将采集到的电网三相电压有效值送入DSP控制器中，且在传感器与DSP控制器之间设置离网开关单元；在所述的DSP控制器中，对电网三相电压有效值和电压实际跌落程度进行计算，最终对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率进行控制。
DSP控制器包括：
三相电压有效值计算单元，它从传感器中获得电网三相电压有效值；
比较器单元，它将电网三相电压有效值U与电网额定电压有效值Un进行比较，得到三相电压最小值；
DSP计算单元，它将三相电压最小值作为控制量，当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；
DSP控制运算器，根据计算得出的电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V，输出逆变器离网开关控制信号至离网开关单元中；并输出逆变器对电网的无功补偿率r；
离网开关单元，用于电网和光伏逆变器的连接，以及当电网电压有效值跌落至电网额定有效值的20%以下时，对光伏逆变器实施断网。

Claims (4)

1.一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法，其特征在于：传感器实时检测电网三相电压有效值U，并通过PID控制对电网三相电压有效值U的变化程度进行计算分析，将电网三相电压最小值作为控制量，检测电网电压状态；当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；
y=（Un-U）/Un
V=（U-Uhi）/Ts
其中Un为电网额定电压有效值，U为电网三相电压有效值，Uhi为上一采样时刻电网三相电压有效值，Ts为采样周期；
将获得的电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V两个控制量输入DSP控制器，分别对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率r进行控制；
在光伏逆变器向电网提供无功补偿的补偿率计算方面，将电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V同时作为计算因素，在电压跌落程度较小时为提高光伏逆变器无功补偿速度，通过电网电压跌落程度计算无功补偿率r，在电压跌落程度较大，接近光伏逆变器断网阀值时，为提高无功补偿精度及光伏逆变器对电网电压变化的反应精度，则通过电网电压跌落速度V控制光伏逆变器无功补偿率r；
光伏逆变器向电网提供无功补偿的方法如下：
1）当电网电压有效值跌落率y≥90%时，光伏逆变器正常工作，不需对电网进行补偿；
2）当90%＞y≥X1时，无功补偿率r由电网电压有效值跌落率y决定；
3）当X1＞y≥X2时，无功补偿率r由电网电压跌落速度V决定，V=（U-Uhi）/Ts；
①、当V=0时，无功补偿率r保持上一时刻补偿率不变；
②、当0＜V＜（0.3Un/Ts）时，无功补偿率r的计算公式为：r=[（2×Ts×V）/Un]+0.4；
③、当V≥（0.3Un/Ts）时，说明此时电网电压下降速度很快，已经在一个采样周期时间内从0.8Un下降至0.5Un以下，所以无功补偿率r=100%；
4）当20%≤y＜X2时，光伏逆变器无功补偿率r为100%；
5）当y＜20%时，光伏逆变器离网停止无功补偿，其中20%<X2<X1<90%。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器动态无功补偿控制方法，其特征在于：在对光伏逆变器离网开关控制方面，由电网电压有效值跌落率y的大小决定，当U＜20%Un时，光伏逆变器离网开关断开，光伏逆变器脱离电网；当U≥20%Un时，光伏逆变器保持并网状态，并向电网输送无功补偿，对电网电压进行支撑。
3.一种光伏并网逆变器动态无功补偿控制系统，其特征在于：它包括设置在电网三相线上的传感器，传感器将采集到的电网三相电压有效值U送入DSP控制器中，且在传感器与DSP控制器之间设置离网开关单元；在所述的DSP控制器中，对电网三相电压有效值U和电压实际跌落程度进行计算，最终对光伏逆变器离网开关和光伏逆变器无功补偿率r进行控制；
在光伏逆变器向电网提供无功补偿的补偿率计算方面，将电网电压有效值跌落率y和电网电压跌落速度V同时作为计算因素，在电压跌落程度较小时为提高光伏逆变器无功补偿速度，通过电网电压跌落程度计算无功补偿率r，在电压跌落程度较大，接近光伏逆变器断网阀值时，为提高无功补偿精度及光伏逆变器对电网电压变化的反应精度，则通过电网电压跌落速度V控制光伏逆变器无功补偿率r；
光伏逆变器向电网提供无功补偿的方法如下：
1）当电网电压有效值跌落率y≥90%时，光伏逆变器正常工作，不需对电网进行补偿；
2）当90%＞y≥X1时，无功补偿率r由电网电压有效值跌落率y决定；
3）当X1＞y≥X2时，无功补偿率r由电网电压跌落速度V决定，V=（U-Uhi）/Ts；
①、当V=0时，无功补偿率r保持上一时刻补偿率不变；
②、当0＜V＜（0.3Un/Ts）时，无功补偿率r的计算公式为：r=[（2×Ts×V）/Un]+0.4；
③、当V≥（0.3Un/Ts）时，说明此时电网电压下降速度很快，已经在一个采样周期时间内从0.8Un下降至0.5Un以下，所以无功补偿率r=100%；
4）当20%≤y＜X2时，光伏逆变器无功补偿率r为100%；
5）当y＜20%时，光伏逆变器离网停止无功补偿，其中20%<X2<X1<90%；
其中Un为电网额定电压有效值，U为电网三相电压有效值，Uhi为上一采样时刻电网三相电压有效值，Ts为采样周期。
4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器动态无功补偿控制系统，其特征在于：所述的DSP控制器包括：
三相电压有效值计算单元，它从传感器中获得电网三相电压有效值U；
比较器单元，它将电网三相电压有效值U与电网额定电压有效值Un进行比较，得到电网三相电压最小值；
DSP计算单元，它将电网三相电压最小值作为控制量，当电网电压发生跌落时，计算电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V；
DSP控制运算器，根据计算得出的电网电压有效值跌落率y以及电网电压跌落速度V，输出光伏逆变器离网开关控制信号至离网开关单元中；并输出光伏逆变器对电网的无功补偿率r；
离网开关单元，用于电网和光伏逆变器的连接，以及当电网三相电压有效值U跌落至电网额定电压有效值Un的20%以下时，对光伏逆变器实施断网。
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