CN104935006B - 一种高电压穿越控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高电压穿越控制方法，采用正、负序双旋转坐标系下的d、q解耦控制策略，分别对i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N}进行PI闭环控制，实时检测正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}；u_{d_P}进入过电压区间时，停止正常工作模式，限制有功输出，并按电压升高的幅度提供无功功率；电网电压恢复正常后，正序电流d轴指令按设定斜率恢复至故障前，然后切至故障前的正常工作模式运行。负序电流环d、q指令给零，以实现逆变器在电网或负载不平衡工况下输出电流负序分量为0，输出三相电流平衡。

Description

一种高电压穿越控制方法

技术领域

本发明涉及一种高电压穿越控制方法，特别是光伏并网逆变器高电压穿越控制方法。

背景技术

电力系统中交流电网会由于负荷扰动或线路故障因素产生过电压现象，过电压是电力系统常见的电网暂态故障之一。随着光伏发电在电力能源中所占的比例越来越大，光伏并网系统对电网的影响将不能忽略。常规的小容量光伏并网发电系统，当电网电压超出一定范围时，为保证光伏系统的安全，光伏阵列会自动脱离电网，这种情况在光伏发电所占比例较低的电网中是可以的；但对于光伏发电容量较大的电网，光伏系统的离网可能会造成电网电压和频率的崩溃，使光伏并网发电的应用受到限制。因此，从电网安全角度，大容量光伏并网逆变器需具备一定的对称与不对称高电压穿越能力。

目前，欧洲及中国市场接入中压电网光伏逆变器仅提出了低电压穿越的相关指标，对高电压穿越暂不作要求，而北美市场主流逆变器厂商推出的逆变器多数带有高电压穿越功能，随着国内光伏发电技术的发展和完善，具备高电压穿越功能将是光伏并网逆变器的发展趋势。

现有技术中关于高压穿越多应用于风力发电系统，如申请号为201310662023.4的中国专利申请《双馈型风力发电系统低/高电压穿越的优化控制方法》提供了一种方案，通过设定双馈风力发电机网侧变流器q轴电流分量为零，在故障时注入或吸收无功功率。关于光伏并网逆变器的高电压穿越控制没有相应研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种高电压穿越控制方法，用以解决高电压穿越控制的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种高电压穿越控制方法，控制步骤如下：

1)采用正、负序双旋转坐标系下的d、q解耦控制策略，使用直流电压外环、电流内环的双闭环控制，将并网点电压、桥臂输出电流在正、负序双旋转坐标系下进行分解，分别得到电压正、负序d、q轴分量，和电流正、负序分量；分别对电流正、负序分量进行PI闭环；负序电流环d、q指令给零，实时检测正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}；

2)u_{d_P}进入过电压区间时，停止正常工作模式，限制有功输出，并按电压升高的幅度提供无功功率；

3)电网电压恢复正常后，正序电流d轴指令按设定斜率恢复至故障前，然后切至故障前的正常工作模式运行。

进一步的，所述过电压区间设定为[1.1，1.35]，按标幺值计算。

进一步的，u_{d_P}进入过电压区间后，停止正常工作模式及直流电压外环计算，限制正序有功轴指令为高电压穿越前的50％。

进一步的，限制正序有功轴指令的同时，按电压升高的幅度提供无功功率，正序无功轴指令按如下公式给定以输出无功电流：I_{q_P}＝1.5×(u_{d_P}-1.1)×I_N。

进一步的，为抑制过电压瞬间的扰动，在电流内环输出叠加电网电压前馈及直流电压前馈；对于正序q轴，前馈值计算方式为：对于正向d轴，前馈计算方式为：

进一步的，所述步骤3)中，所述正常工作模式为MPPT模式；逆变器在过电压发生时，记录响应前的正序d轴指令值，设为Id_ref_init；电网电压正常后，正序d轴指令值以设定速率恢复至Id_ref_init，同时直流电压外环给定等于反馈；有功电流恢复后，切至电压环运行，开放MPPT计算。

本发明分别对i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N}进行PI闭环控制，负序电流环d、q指令给零，以实现逆变器在电网或负载不平衡工况下输出电流负序分量为0，输出三相电流平衡。

在判断过电压时，停止正常工作模式，进入高电压穿越处理流程，限制有功输出，无功根据电压升高的幅度提供，实现了逆变器运行特性，提高逆变器电网适应能力。

附图说明

图1是光伏逆变器并网电路以及基于正、负序双同步坐标系的控制结构图；

图2是正、负序分解算法原理实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

光伏并网逆变器的主电路如图1上半部分所示，包括直流母线支撑电容、三相半桥功率电路、LCL滤波电路等。电路构成属于现有技术，在此不进行过多叙述。

本发明的方法是基于正、负序双同步坐标系的光伏并网逆变器控制方法，控制结构如图1下半部分所示，整体为直流电压外环、电流内环的双闭环控制，外环电压指令为MPPT计算得到，电流内环采用4套独立控制器，桥臂输出电流经双同步坐标系分解为正、负序d、q轴分量(即i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N})，分别独立进行控制，实现正、负序有功电流与无功电流的解耦控制。光伏并网逆变器可通过控制直流母线电压来控制电池板的输出功率，MPPT运行时，稳态下逆变器将直流电压控制在最大功率点对应电压，实现最大功率输出，电压外环输出作为正序d轴电流内环指令值。

正、负序分解算法原理如图2所示，以电压为例分解步骤如下：

输入三相电压经过CLARKE变换，得出u_α、u_β，然后经过一阶低通滤波器滤波后输出作为PARK变换的输入。

经过正向PARK变换和反向PARK变换，以及滤波和变换等，得出解耦后的u_{d_P}、u_{q_P}、u_{d_N}、u_{q_N}；

提取解耦后的电网电压正序无功分量u_{q_P}并构建闭环反馈网络，进而实现锁相环控制，为电流、电压双旋转变换提供相位基准，如图2虚线框内所示：设定u_{q_P}目标值为0，u_{q_P}与目标值的偏差经PI调节器控制输出频率检测偏差，并叠加到基准频率w₀(50Hz)得到检测频率，最终经积分得到相位角度。

电流分解步骤同上，得到电流正、负序分量(即i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N})。

高电压穿越方法，包括如下步骤：

(1)负序电流环d、q指令给零，实时检测正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}(本实施例中采用标幺值)。具体的：

将逆变器并网点电压、桥臂输出电流在正、负序双旋转坐标系下进行分解，分别得到电压正、负序d、q轴分量(即u_{d_P}、u_{d_N}、u_{q_P}、u_{q_N})，和电流正、负序分量(即i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N})；分别对i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N}进行PI闭环控制，负序电流环d、q指令给零，以期逆变器在电网或负载不平衡工况下输出电流负序分量为0，输出三相电流平衡。

(2)1.1<u_{d_P}<1.3时，进入高电压穿越处理流程，限制有功输出，并按电压升高的幅度提供无功功率。具体的：过电压区间设定为[1.1，1.35]，实时判断正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}(标幺值)是否在所设定的过电压区间；u_{d_P}进入区间后，停止MPPT及电压外环计算，限制正序有功轴指令为高电压穿越前的50％。

进一步的，还可以同时正序无功轴指令按如下公式给定以输出无功电流：

I_{q_P}＝1.5×(u_{d_P}-1.1)×I_N

无功电流在30ms内达到指令值。无功电流计算也可以按照其他方式给定。

进一步的，为抑制过电压瞬间的扰动，在内环输出叠加电网电压前馈及直流电压前馈。以正序q轴为例，前馈值计算方式为

为保护逆变器，u_{d_P}超出1.35则在50ms内封锁脉冲并断开与电网的连接。

(3)电网电压恢复正常后，正序电流d轴指令按设定斜率快速恢复至故障前，然后切至MPPT运行。具体的：逆变器在过电压发生时，记录响应前的正序d轴指令值，设为Id_ref_init；电网电压正常后，正序d轴指令值以大于0.1/s的速率恢复至Id_ref_init，同时电压外环给定等于反馈；有功电流恢复后，切至电压环运行，使能MPPT计算。

以上步骤实现了光伏并网逆变器的高电压穿越过程，本发明在500kW光伏并网逆变器上试验运行，效果良好。

以上实施例中，过电压区间可以根据情况进行设置。有功输出的限制也可以是50％以外的其他值。输出无功电流的公式参数也可以根据情况进行调整。如果不考虑过电压瞬间扰动的影响，也可以不增加内环的前馈控制。另外，控制系统正常情况下位MPPT模式运行，作为其他实施方式，也可以其他常规运行模式，电网电压恢复正常后，可以切换到相应的其他常规运行模式。

除了应用于光伏并网逆变器，本发明的方法也能够用于其他新能源并网接入电网。

以上给出了本发明的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高电压穿越控制方法，其特征在于，控制步骤如下：

1)采用正、负序双旋转坐标系下的d、q解耦控制策略，使用直流电压外环、电流内环的双闭环控制，将并网点电压、桥臂输出电流在正、负序双旋转坐标系下进行分解，分别得到电压正、负序d、q轴分量，和电流正、负序分量；分别对电流正、负序分量进行PI闭环；负序电流环d、q指令给零，实时检测正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}；

2)u_{d_P}进入过电压区间时，停止正常工作模式，限制有功输出，并按电压升高的幅度提供无功功率，正序无功轴指令按如下公式给定以输出无功电流：I_{q_P}＝1.5×(u_{d_P}-1.1)×I_N，其中I_{q_P}为正序电流q轴分量，I_N为额定电流；

3)电网电压恢复正常后，正序电流d轴指令按设定斜率恢复至故障前，然后切至故障前的正常工作模式运行。

2.根据权利要求1所述的一种高电压穿越控制方法，其特征在于，所述过电压区间设定为[1.1，1.35]，按标幺值计算。

3.根据权利要求1所述的一种高电压穿越控制方法，其特征在于，u_{d_P}进入过电压区间后，停止正常工作模式及直流电压外环计算，限制正序有功轴指令为高电压穿越前的50％。

4.根据权利要求1所述的一种高电压穿越控制方法，其特征在于，为抑制过电压瞬间的扰动，在电流内环输出叠加电网电压前馈及直流电压前馈；对于正序q轴，前馈值计算方式为：对于正序d轴，前馈计算方式为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高电压穿越控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述正常工作模式为MPPT模式；逆变器在过电压发生时，记录响应前的正序d轴指令值，设为Id_ref_init；电网电压正常后，正序d轴指令值以设定速率恢复至Id_ref_init，同时直流电压外环给定等于反馈；有功电流恢复后，切至电压环运行，开放MPPT计算。