CN104935008B - 一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，本发明基于常用的正、负序双电流环控制,提出三相电网零电压故障穿越期间光伏并网逆变器的锁相控制策略。通过对锁相环PI积分的简单处理，使零电压故障前后逆变器输出电流相位连续，避免因失去参考电压导致的电流紊乱和冲击，方法简单有效，可满足标准对于逆变器零电压穿越的要求。

Description

一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法。

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发生暂态跌落现象，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，大容量光伏系统的离网甚至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，因此国标GB/T 19964-2012《光伏电站接入电网技术规定》规定光伏并网电站必须具备一定的故障电压穿越能力，其中就包含零电压穿越。

零电压跌落是电网暂态跌落故障的一种极端情况，是逆变器并网技术难点之一。不同于常规电压跌落，零电压时，逆变器锁相环失去参考电压，无法获得电网电压的相位，将导致逆变器输出电流相位和频率异常，造成越限脱网事故。另一方面，暂态跌落的时间很短，深度跌落及其恢复瞬间，逆变器锁相环的响应速度也影响到输出电流冲击

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，用以解决零电压跌落时无法锁相控制的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，光伏并网逆变器采用正、负序双旋转坐标系下的锁相控制策略，其特征在于，至少包括如下步骤：

1)将电网电压在双同步坐标系下进行正、负序分解；

2)正序电压幅值低于10％时，进入零电压锁相处理流程，停止锁相环PI积分，使同步角频率稳定；

3)正序电压幅值高于10％后，立即使能锁相环PI计算，快速跟踪电网电压相位。

所述步骤1)具体为：将逆变器并网点电压正、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u_{d_P}、u_{d_N}、u_{q_P}、u_{q_N}，其中，在进行CLARKE变换后，u_α、u_β进行低通滤波处理。

所述步骤2)、3)具体为：实时判断正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}是否在所设定的零电压穿越锁相适用的电网正序电压区间；若在，停止锁相环PI积分，并对跌落前后的频率检测偏差设定积分补偿值，停止MPPT及电压外环计算，限制正序有功轴输出，同时正序无功轴指令给定为设定值；若不在，立即使能锁相环PI计算，同时实时检测桥侧输出电流，若电流幅值越限，则封锁脉冲一定时间；正序d轴指令值以大于一定的速率恢复至跌落前，有功电流恢复后，切至电压环运行，开放MPPT计算。

本发明用以优化电网零电压跌落工况下光伏并网逆变器的运行特性，提高逆变器电网适应能力。通过对锁相环PI积分的简单处理，使零电压故障前后逆变器输出电流相位连续，避免因失去参考电压导致的电流紊乱和冲击，方法简单有效，可满足标准对于逆变器零电压穿越的要求。

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是基于正、负序分解算法的锁相环控制原理框图。

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。

基于正、负序双同步坐标系的光伏并网逆变器控制结构如图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：

1)输入三相电压经过CLARKE变换，得出u_α、u_β，作为PARK变换的输入。

2)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}；

3)用正序q轴分量u_{q_P}进行闭环运算，得出电网电压正序分量对应的角度值θ。

电流分解步骤同上。

本发明的零电压穿越锁相控制方法，包括如下步骤：

1)逆变器并网点电压分解；

具体步骤如下：

将逆变器并网点电压正、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i_{d_P}、i_{d_N}、i_{q_P}、i_{q_N}))，其中，在进行CLARKE变换后，u_α、u_β需进行低通滤波处理，抑制电网阻抗突变引起的电压波动。

2)正序电压幅值低于10％时，进入零电压锁相处理流程，停止锁相环PI积分，使同步角频率稳定；

具体步骤如下：

零电压穿越锁相适用的电网正序电压区间为[0，0.1]，实时判断正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}(标幺值)是否在所设定的区间；进入区间后，停止锁相环PI积分，并对跌落前后的频率检测偏差设定积分补偿值(根据实测数据调整)，停止MPPT及电压外环计算，限制正序有功轴输出，同时正序无功轴指令给定为1.05I_N。

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，前馈值计算方法为

3)正序电压幅值高于10％后，立即使能锁相环PI计算，快速跟踪电网电压相位。

具体步骤如下：

逆变器在正序电压幅值高于10％后，立即使能锁相环PI计算，同时实时检测桥侧输出电流，若电流幅值越限，则封锁脉冲5ms；正序d轴指令值以大于0.1/s的速率恢复至跌落前，有功电流恢复后，切至电压环运行，开放MPPT计算。

以上步骤实现了光伏并网逆变器的零电压穿越过程，本发明在500kW光伏并网逆变器得到应用，并顺利通过中国电科院国家能源太阳能发电研发(实验)中心的测试。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，光伏并网逆变器采用正、负序双旋转坐标系下的锁相控制策略，其特征在于，至少包括如下步骤：

1)将电网电压在双同步坐标系下进行正、负序分解；

2)正序电压幅值低于电网额定电压的10％时，进入零电压锁相处理流程，停止锁相环PI积分，并对跌落前后的频率检测偏差设定积分补偿值，使同步角频率稳定；在无功电流内环输出叠加电网电压前馈及直流电压前馈，正序q轴的前馈值为：

<mrow> <msub> <mi>u</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>q</mi> <mo>_</mo> <mi>P</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>u</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>*</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>*</mo> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> </mrow>

式中，u_f为正序q轴的前馈值，u_{q_P}为电网电压的正序q轴分量，u_dc为直流电压，U_N为额定电压；

3)正序电压幅值高于电网额定电压的10％后，立即使能锁相环PI计算，快速跟踪电网电压相位。

2.根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：将逆变器并网点电压正、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u_{d_P}、u_{d_N}、u_{q_P}、u_{q_N}，其中，在进行CLARKE变换后，u_α、u_β进行低通滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变器零电压穿越锁相控制方法，其特征在于，所述步骤2)、3)具体为：实时判断正序电压d轴分量瞬时值u_{d_P}是否在所设定的零电压穿越锁相适用的电网正序电压区间；若在，停止锁相环PI积分，并对跌落前后的频率检测偏差设定积分补偿值，停止MPPT及电压外环计算，限制正序有功轴输出，同时正序无功轴指令给定为设定值；若不在，立即使能锁相环PI计算，同时实时检测桥侧输出电流，若电流幅值越限，则封锁脉冲一定时间；正序d轴指令值以大于一定的速率恢复至跌落前，有功电流恢复后，切至电压环运行，开放MPPT计算。