CN105807841A - 一种功率环控制限载方法和装置 - Google Patents

一种功率环控制限载方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种功率环控制限载方法和装置，包括：冻结最大功率追踪单元MPPT；根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；通过功率环将功率调节至限载目标功率。通过控制输出功率达到限载的目的，避免了限制并网电流引起的直流母线电容骤升以及控制稳定性降低的问题，以起到限载的作用。

Description

一种功率环控制限载方法和装置
技术领域
本发明涉及光伏逆变器的控制方法，具体涉及一种功率环控制限载方法和装置。
背景技术
随着化石能源的枯竭及其对环境造成的危害日趋严重，太阳能作为一种清洁能源得以迅猛发展，并网逆变器的应用变得更为广泛，其稳定性和高效性也越来越受到关注。
在光伏发电并网、正常停机以及太阳能辐照增长过程中，光伏发电站有功功率变化速率应满足电力系统安全稳定运行的要求，其限制值应根据所接入电力系统的频率调节特征，由电网调度结构确定。另外，由于逆变器设备自身过流过热等安全保护的要求，也需要对逆变器的并网功率限制控制。对此，传统的方法多采用限制输出电流的方法，但是由于逆变器特别是两级式逆变器不允许功率反灌，所以会导致电能在直流母线电容中累积，并且无法快速释放，导致直流母线电容电压迅速升高，大大降低逆变器控制系统的稳定性。
除因太阳能辐照度降低而引起的有功功率变化，光伏发电站有功功率变化速率应不超过10％装机容量/min，即光伏逆变器因过流过压等原因故障停机后的加载需要按10％装机容量/min折算缓慢加载。
发明内容
本发明为了解决限载时直流母线电压骤升及控制稳定性降低的问题，提出了一种功率环控制限载方法和装置，控制输出功率达到限载的目的。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种功率环控制限载方法，包括：
冻结最大功率追踪单元MPPT；
根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
通过功率环将功率调节至限载目标功率。
可选地，当功率调节至限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
可选地，冻结最大功率追踪单元MPPT包括：
禁止所述MPPT对所述PV参考值赋值。
可选地，当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，再次执行限载步骤。
可选地，当存在多路支路时，根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率包括：
根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
本发明还提供一种功率环控制限载装置，包括：
追踪模块，用于冻结最大功率追踪单元MPPT；
采样模块，用于采集电压采样值和电流采样值；
功率计算模块，用于根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
功率调节模块，用于通过功率环将功率调节至限载目标功率
可选地，所述追踪模块，还用于当功率调节至限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
可选地，所述追踪模块冻结最大功率追踪单元MPPT是指：
禁止所述MPPT对所述PV参考值赋值。
可选地，所述的装置还包括：触发模块，
所述追踪模块，还用于当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
所述触发模块，用于当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，触发再次执行限载步骤。
可选地，所述的装置还包括：电压分配逻辑模块，用于当存在多路支路时，根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的方法和装置在已有的控制环路上引入输出功率控制环，限载目标功率与实际功率的误差值经过调节处理，调节单路或多路PV电压来控制并网功率输出，通过控制输出功率达到限载的目的，避免了限制并网电流引起的直流母线电容骤升以及控制稳定性降低的问题，以起到限载的作用。
附图说明
图1为逆变器功率环控制限载控制框图；
图2为本发明实施例的功率环控制限载方法的流程图；
图3为本发明实施例的功率环控制限载装置的结构示意图；
图4为单路Boost工作的满载至10％Pn限载示波器测试波形图；
图5为单路Boost不工作的满载至10％Pn限载示波器测试波形图；
图6为两路高压满载至10％Pn限载的测试数据波形图；
图7为两路高低压满载至10％Pn限载的测试数据波形图；
图8为两路高低压满载至10％Pn限载的测试数据波形图；
图9为单路故障后加载过程的功率测试数据波形图；
图10为双路故障后加载过程的功率测试数据波形图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，功率环控制限载装置包括：光伏阵列1、逆变器主体2、市电网3、最大功率追踪单元MPPT6、PV电压参考值选择单元7、PV电压环PID调节器8、Boost电流环PID调节器9、占空比调制器10、交流功率计算单元11、功率调节判断单元12、限载模式的PV电压调节计算单元13、PV电压分配逻辑单元14，其中逆变器主体2包括：直流斩波器DC/DC4和直流/交流转换器DC/AC5；
其中，光伏阵列1，photovoltaic(PV)array，将太阳光能转化为电能的装置；
逆变器主体2，硬件拓扑主要包括直流斩波器DC/DC4和直流/交流转换器DC/AC5
市电网3，市电或其它电网；
直流斩波器DC/DC4(Boost)，直流斩波升压环节(升压开关电源)，用于直流升压；
直流/交流转换器DC/AC5(Inverter、LC)，逆变桥和LC滤波器，用于将直流电逆变成交流电；
最大功率追踪单元MPPT6，MaximumPowerPointTracking，最大功率点追踪，用于追踪PV的最大功率点；
PV电压参考值选择单元7，适用于多路Boost情况，用于计算PV电压参考指令；
PV电压环PID调节器8，用于调节PV电压；
Boost电流环PID调节器9，用于调节Boost电流；
占空比调制器10，用来生成Boost环功率器件PWM(脉冲宽度调制)调制信号；
交流功率计算单元11，用于计算交流并网功率，提供给限载模块
功率调节判断单元12，根据限载目标功率和当前功率差值判断MPPT模式或限载模式
限载模式的PV电压调节计算单元13，根据限载目标功率和当前功率差值计算PV电压调节值大小
PV电压分配逻辑单元14，用于多路Boost情况下PV电压调节值分配的逻辑判断；
其中，PID调节器为比例积分调节器，将输出电流或电压按偏差的比例(P)和/或积分(I)进行控制，控制到满足预设条件的目标值。
符号说明
Vpv：PV电压采样值
Ipv：PV电流采样值
Vpvref：PV电压指令参考值
Ipvref：PV电流指令参考值
Vac：市电或其它电网电压采样值
Iac：交流并网电流采样值
Pac：交流并网功率计算值
TotalPowerLimit：目标功率极限值(限载功率指令值)
StepSwitch：PV电压调节步长选择开关，选择MPPT或限载功率控制模式
Powerlimitstep：限载调节步长，限载模式下的PV电压调节步长
Mpptstep：MPPT调节步长，MPPT模式下的电压调节步长
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种功率环控制限载方法，包括：
冻结最大功率追踪单元MPPT；
根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
通过功率环将功率调节至限载目标功率。
当功率调节至限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
其中，冻结最大功率追踪单元MPPT包括：禁止MPPT功能，禁止MPPT对PV参考值赋值。
当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，再次执行限载步骤。
当存在多路支路时，根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压
调节限载目标功率包括：
根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
如图3所示，本发明实施例还提供一种功率环控制限载装置，包括：
追踪模块，用于冻结最大功率追踪单元MPPT；
采样模块，用于采集电压采样值和电流采样值；
功率计算模块，用于根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
功率调节模块，用于通过功率环将功率调节至限载目标功率
所述追踪模块，还用于当功率调节至限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
所述的装置还包括：触发模块，
所述追踪模块，还用于当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
所述触发模块，用于当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，触发再次执行限载步骤。
所述的装置还包括：电压分配逻辑模块，用于当存在多路支路时，根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
本发明通过限载模式中的限载目标功率追踪，达到稳定、平滑的功率加载目的，并且适用于单路及多路情况。本发明适用于任何并网或离网逆变器。
实施例
本发明实例首先在接收到限载指令时，迅速将MPPT功能冻结，并立即进入限载模式，根据两路Boost当前功率电压状况判断出合理PV电压调节方式，通过功率环将功率调节至限载目标功率，完成限载。当取消限载或者限载目标功率更新值高于当前时，逆变器马上禁止限载，并解冻MPPT以实现最大功率追踪，或者追踪到新的限载目标功率附近再次进入限载模式。MPPT与功率限载通过设置滞环切换过渡，以提供控制系统的稳定性，防止系统振荡。
对于故障后加载，当逆变器遇到例如市电瞬时过压引起的故障停机，市电故障恢复正常后开始按安规要求的有功功率变化率加载，通过实时判断加载功率指令的变化值，逆变器很快进入限载模式，通过调节器和多路Boost判断逻辑的高效调节，达到加载功率的快速、稳定追踪，逆变器并网功率呈线性增加。
本实施例将MPPT(MaximumPowerPointTracking)与限载分开处理并且平滑转换：
图4是在市电电压230V、频率50Hz，单路PV接入，Boost工作，Bus电压稳定在630V，输出功率20Kw，限载到2Kw时的测试波形图；
图5是在市电电压230V、频率50Hz，单路PV接入，Boost不工作，Bus电压调节PV电压，输出功率20Kw，限载到2Kw时的测试波形图；
图6是市电电压230V、频率50Hz，双路高压PV接入，输出功率20Kw，限载到2Kw时的测试波形图；
图7是市电电压230V、频率50Hz，双路分别高低压PV接入，输出功率20Kw，限载到2Kw时的测试波形图；
图8是市电电压230V、频率50Hz，较图7另一种情况双路分别高低压PV接入，输出功率20Kw，限载到2Kw时的测试波形图；
图9是市电电压230V、频率50Hz，单路PV接入，输出功率10分钟从0Kw加载到20Kw时的测试波形图；
图10是市电电压230V、频率50Hz，双路Boost故障后10分钟加载测试，输出功率10分钟从0Kw加载到20Kw时的测试波形图；
通过图4-图10所示，本发明实施例通过引入稳定高效的调节和多路Boost调节逻辑判断，达到单路、多路Boost情况下的均衡、稳定、快速和高效限载。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种功率环控制限载方法，其特征在于，包括：
冻结最大功率追踪单元MPPT；
根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
通过功率环将功率调节至限载目标功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当功率调节至限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：冻结最大功率追踪单元MPPT包括：
禁止所述MPPT对所述PV参考值赋值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，还包括：
解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，再次执行限载步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当存在多路支路时，根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率包括：
根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
6.一种功率环控制限载装置，其特征在于，包括：
追踪模块，用于冻结最大功率追踪单元MPPT；
采样模块，用于采集电压采样值和电流采样值；
功率计算模块，用于根据电压采样值和电流采样值确定光伏阵列PV电压调节限载目标功率；
功率调节模块，用于通过功率环将功率调节至限载目标功率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述追踪模块，还用于当功率调节至限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述追踪模块冻结最大功率追踪单元MPPT是指：
禁止所述MPPT对所述PV参考值赋值。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：还包括：触发模块，
所述追踪模块，还用于当限载目标功率更新值高于当前限载目标功率时，解冻所述MPPT追踪电压采样值和电流采样值对应的最大功率；
所述触发模块，用于当追踪到的电压采样值和电流采样值对应的最大功率与更新后的限载目标功率差值小于或者等于预设阈值时，触发再次执行限载步骤。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：还包括：电压分配逻辑模块，用于当存在多路支路时，根据多路支路的PV电压调节值分配情况确定PV电压调节限载目标功率。
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