CN105305505A - 具有电压控制功能的光伏并网逆变器 - Google Patents

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王健
季昆玉
刘江东
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State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Taizhou Power Supply Co of Jiangsu Electric Power Co
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Abstract

本发明公开了一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器，属于光伏并网发电与电能质量治理，及电力系统运行领域。利用光伏并网逆变器有功并网后的剩余容量向电网补充无功电流，以此来控制电网电压，研究基于光伏组件出力的运行模式切换、无功电压控制、指令电压合成算法等。该方法使光伏系统在保持原有功能的基础上具备了主动参与电网电压调节的功能，提高了逆变器的利用率，减少了无功补偿装置的投入，节约了成本。

Description

具有电压控制功能的光伏并网逆变器
技术领域
本发明公开了一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器，属于光伏并网发电与电能质量治理及电力系统运行领域。
背景技术
随着社会发展对新能源的迫切需求和光伏发电技术的日益成熟，光伏发电已经进入大面积推广阶段。但由于光照的随机性和间歇性，导致电网潮流的波动从而引起电压的波动，同时间歇性也导致了光伏逆变器利用率低，系统经济效益差等问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，考虑到通过补偿无功可以抑制电压波动，以及光伏并网逆变器可以实现无功并网，因此只需要调整光伏并网逆变器的控制算法，即可将有功并网与电网电压控制进行整合，光伏并网逆变器积极参与电网电电压调节，既实现了光伏并网系统的功能性扩展，提高光伏发电的经济效益，又降低了治理成本。
针对上述问题，本发明提出一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器，光照良好时，系统以并网发电与无功电压控制模式运行；光照不良时，采取无功电压控制模式运行，使光伏系统在保持原有功能的基础上具备了主动参与电网电压调节的功能，提高了逆变器的利用率，减少了电压补偿装置的投入，节约了成本。
一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器：采用DC/AC单级式三相结构，采用升压变压器并网，控制器架构为FPGA+RT(实时系统)，FPGA运行控制程序，RT运行系统监控通信功能；通过补充无功电流控制电网电压；通过监测光伏组件出力切换系统的运行模式；基于PI算法控制直流侧电压以及基于PID算法控制网侧电压；指令电流合成，整合有功并网电流与无功电流；运用滞环控制实现电流跟踪控制。
所述的采用DC/AC单级式三相结构，采用升压变压器并网，没有DC/DC升压结构，光伏组件通过串联并联直接接到逆变器的直流侧，三相逆变器将直流电逆变成工频交流电，然后通过升压变压器并网；采集电网电压、直流侧电压、直流侧电流、输出电流；控制器架构为FPGA+RT(实时系统)，FPGA运行控制程序，RT运行系统监控通信功能。
所述的通过补充无功电流控制电网电压，利用光伏并网逆变器有功并网后的剩余容量向电网补充无功电流，以此来控制电网电压；光伏逆变器首先满足光伏组件的最大功率并网，将剩余容量用于无功电流补偿，控制电网电压。设为逆变器额定容量，为并网有功电流，优先有功并网后系统剩余容量为，若剩余容量小于需要补偿的无功电流，则输出无功电流为剩余容量电流。
所述的通过监测光伏组件出力切换系统的运行模式，通过实时监测光伏电池组件的输出电流，以此判断光照情况，调整系统运行模式，进而改变直流侧参考电压的生成方式。运行模式切换原理如图2所示。设定光伏组件输出电流阀值，当判定此时光照不佳，不能满足有功并网的条件，系统以无功电压控制模式运行，直流侧参考电压采用恒定值。在该模式下，直流侧PI控制通过调节从电网吸收有功电流的多少，来克服系统的开关损耗，维持功率平衡，稳定直流侧电压。在光照逐渐增强的过程中，逐渐增大，当时判定此时光照良好，具备有功并网条件，系统以有功并网和无功电压控制统一模式运行，为实现最大有功功率并网，因此启动扰动观测法追踪光伏最大功率点，此时MPPT为直流侧PI控制提供参考电压。在该模式下，光伏电池输出的有功，一部分用于克服系统的开关损耗，一部分通过直流侧PI控制转换为并网有功电流。扰动观测法检测光伏电池的输出电流以及直流侧电压，计算在一个扰动周期内光伏电池输出功率，与上一个周期的功率比较，若功率增大则继续向该方向改变电压，若功率减小则向反方向改变电压。电压扰动的范围设为,为逆变器正常工作的启动电压，可根据光伏电池的开路电压以及功率器件的额定电压综合确定。
所述的基于PI算法控制直流侧电压以及基于PID算法控制网侧电压，采集直流侧的电压，直流侧电压的参考值由系统运行模式给出，运用PI算法控制电网与直流侧电容进行有功交互，实现直流侧电压稳定与有功并网。采集光伏逆变器接入点的电压，指定电压参考值，运用PID算法生成需要补偿的无功指令电流。
所述的指令电流合成算法，将直流侧电压控制得到的并网有功电流和网侧无功电压控制得到的补偿无功电流进行整合，生成逆变器输出指令电流。
所述的电流跟踪控制算法，电流跟踪算法采用滞环控制。
本发明的技术效果：
本申请相较于传统方法，使光伏系统在保持原有功能的基础上具备了主动参与电网电压调节的功能，提高了逆变器的利用率，减少了电压控制装置的投入，节约了成本。
附图说明
图1为本发明的具有电压控制功能的光伏并网逆变器的系统结构及工作原理；
图2为本发明的具有电压控制功能的光伏并网逆变器的系统模式切换原理。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特性、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器，采用DC/AC单级式三相结构，采用升压变压器并网，没有DC/DC升压结构，光伏组件通过串联并联直接接到逆变器的直流侧，三相逆变器将直流电逆变成工频交流电，通过升压变压器并网。逆变器额定容量8KW，直流侧电压等级400V，电容为800uF；逆变器电力电子器件采用IGBTIPM模块，额定电压600V，开关频率20K；升压变压器变比为400:160。采集2路电网线电压、1路直流侧电压、1路直流侧电流、2路输出电流；控制器架构为FPGA+RT(实时系统)，FPGA运行控制程序，RT运行系统监控通信功能。
通过补充无功电流控制电网电压，利用光伏并网逆变器有功并网后的剩余容量向电网补充无功电流，以此来控制电网电压。光伏逆变器首先满足光伏组件的最大功率并网，将剩余容量用于无功电流补偿，控制电网电压。设为逆变器额定容量，为并网有功电流，优先有功并网后系统剩余容量为，若剩余容量小于需要补偿的无功电流，则输出无功电流为剩余容量电流。
通过监测光伏组件出力切换系统的运行模式，通过实时监测光伏电池组件的输出电流，以此判断光照情况，调整系统运行模式，进而改变直流侧参考电压的生成方式。运行模式切换原理如图2所示。设定光伏组件输出电流阀值，当判定此时光照不佳，不能满足有功并网的条件，系统以无功电压控制模式运行，直流侧参考电压采用恒定值。在该模式下，直流侧PI控制通过调节从电网吸收有功电流的多少，来克服系统的开关损耗，维持功率平衡，稳定直流侧电压。在光照逐渐增强的过程中，逐渐增大，当时判定此时光照良好，具备有功并网条件，系统以有功并网和无功电压控制统一模式运行，为实现最大有功功率并网，因此启动扰动观测法追踪光伏最大功率点，此时MPPT为直流侧PI控制提供参考电压。在该模式下，光伏电池输出的有功，一部分用于克服系统的开关损耗，一部分通过直流侧PI控制转换为并网有功电流。
扰动观测法检测光伏电池的输出电流以及直流侧电压，计算在一个扰动周期内光伏电池输出功率，与上一个周期的功率比较，若功率增大则继续向该方向改变电压，若功率减小则向反方向改变电压。电压扰动的范围设为,为逆变器正常工作的启动电压，可根据光伏电池的开路电压以及功率器件的额定电压综合确定。
基于PI算法控制直流侧电压以及基于PID算法控制网侧电压，采集直流侧的电压，直流侧电压的参考值由系统运行模式给出，运用PI算法控制电网与直流侧电容进行有功交互，实现直流侧电压稳定与有功并网。采集光伏逆变器接入点的电压，指定电压参考值，运用PID算法生成需要补偿的无功指令电流。
指令电流合成算法，将直流侧电压控制得到的并网有功电流和网侧无功电压控制得到的补偿无功电流进行整合，生成逆变器输出指令电流。电流跟踪控制算法，电流跟踪算法采用滞环控制。
以上阐述的发明的基本原理、主要特征和发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明思想和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种具有电压控制功能的光伏并网逆变器，采用升压变压器并网，其特征在于：采用DC/AC单级式三相结构，光伏组件通过串联并联直接接到逆变器的直流侧，三相逆变器将直流电逆变成工频交流电，通过升压变压器并网；采集电网电压、直流侧电压、直流侧电流、输出电流；控制器架构为FPGA+RT，FPGA运行控制程序，RT运行系统监控通信功能。
2.根据权利要求1所述的具有电压控制功能的光伏并网逆变器，其特征在于：利用光伏并网逆变器有功并网后的剩余容量向电网补充无功电流，以此来控制电网电压的方法；光伏逆变器首先满足光伏组件的最大功率并网，将剩余容量用于无功电流补偿，控制电网电压。
3.根据权利要求1所述的具有电压控制功能的光伏并网逆变器，其特征在于：通过实时监测光伏电池组件的输出电流，以此判断光照情况，调整系统运行模式，进而改变直流侧参考电压的生成方式。
4.根据权利要求1所述的具有电压控制功能的光伏并网逆变器，其特征在于：采集直流侧的电压，直流侧电压的参考值由系统运行模式给出，运用PI算法控制电网与直流侧电容进行有功交互，实现直流侧电压稳定与有功并网；采集光伏逆变器接入点的电压，指定电压参考值，运用PID算法生成需要补偿的无功指令电流。
5.根据权利要求1所述的具有电压控制功能的光伏并网逆变器，其特征在于：将直流侧电压控制得到的并网有功电流和网侧无功电压控制得到的补偿无功电流进行整合，生成逆变器输出指令电流。
6.根据权利要求1所述的具有电压控制功能的光伏并网逆变器，其特征在于：电流跟踪算法采用滞环控制。
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