CN106410850A - 含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法，其主要步骤包括①采集逆变器直流侧电压值和交流侧三相电压电流值以及逆变器的升压电路输入电压值；②根据实测数据判断逆变器直流侧电压是否达到额定电压的1.1倍相应对逆变器输入直流电压进行控制或控制光伏阵列出口端电压为最大功率点电压；③根据实测数据计算判断阈值判定系统是否正常或故障，若正常，采用电压外环控制和电流内环控制对逆变器实施双环控制；若故障，则对逆变器实施正负序控制。本发明在系统正常运行情况下可使光伏阵列运行于最大功率点，且可稳定逆变器直流侧电压，根据逆变器交流侧电压的跌落程度发出一定的无功功率，用于支撑网侧电压。

Description

含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及并网光伏发电系统的控制方法，具体涉及适用于含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法。

背景技术

光伏发电分为离网和并网两种工作模式。近年来，光伏发电及并网技术发展迅速，太阳能正在由“补充能源”发展为下一代的新型“替代能源”之一。光伏发电采用动态过程极快的电力电子设备实现并网，与传统同步机的动态特性截然不同，因此其控制方法与传统同步机的控制方法有所不同。实际应用过程中，当光伏电站接入电网后，相应的电网系统变成多电源系统，会对系统潮流产生影响，潮流控制较为困难；当逆变器输出轻载时，由光伏电站输入到该电网系统中的谐波含量会明显增加；当逆变器输出侧发生故障时，逆变器的交流侧电压降低，此时会降低功率开关器件的利用率，且会产生不平衡功率，影响光伏阵列的正常运行。两级式逆变器包括调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点的DC/DC变换环节以及主要用于对输出电流相位和幅值进行控制的DC/AC逆变环节，两级式逆变器在光伏并网发电系统中得到了较为广泛的应用，随着并网投运的光伏电站的日益增多，对含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法进行研究和改进，显得必要。

发明内容

本发明的目的是：为包含两级式电压逆变器的光伏发电系统，提供一种无论在正常运行亦或在低电压穿越情况下均能对逆变器交流侧电压电流波形以及直流侧电压稳定实施较好控制的含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法。

本发明的技术方案是：本发明的含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法，包括以下步骤：

①通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压U_dc和交流侧的电压电流U_sa、U_sb、U_sc、I_a、I_b、I_c以及逆变器的升压电路DC/DC输入电压U；

②根据步骤①测得的数据判断逆变器直流侧电压是否达到额定电压的1.1倍；当逆变器直流侧电压达到额定电压的1.1倍时，通过调节DC/DC升压电路中的功率开关器件开断对逆变器输入直流电压进行控制；当逆变器直流侧电压未达到额定电压的1.1倍时，控制光伏阵列出口端电压为最大功率点电压，使其运行在最大功率点；

③根据步骤①测得的数据，采用式(1)计算判断阈值Ux，若Ux≤0，也即当逆变器交流侧电压大于或等于额定电压的80％时，判定系统运行状态正常，执行步骤④；若Ux＞0，也即当逆变器交流侧电压降至小于额定电压的80％时，判定系统发生故障，执行步骤⑤；

式中，U_skrms为逆变器交流侧的k相电压的有效值，k＝a，b，c；U_N为逆变器交流侧的额定电压值；

④采用电压外环控制和电流内环控制对逆变器实施双环控制，其中，电压外环控制通过控制输入逆变器的直流电压的稳定实施；内环电流控制通过dq解耦对输出功率因数进行控制且通过令q轴电流参考值为0达到零功率因数输出实施；

⑤对逆变器实施正负序控制：将逆变器交流侧电压分解为正序分量和负序分量分别控制，其中，负序分量仅采用电流内环控制，且电流的参考值均为0；正序分量采用电流单环控制，此时q轴电流参考值按式(2)和式(3)确定(q轴电流参考值不再为0)：

U_rms＝min{U_sarms,U_sbrms,U_scrms} (3)

式中：I_qref为q轴电流的参考值；I_dref为d轴电流的参考值；I_dref1为正常运行时由电压外环控制得到的d轴电流参考值；U_N为逆变器交流侧的额定电压；U_sarms、U_sbrms、U_scrms分别为逆变器交流侧a，b，c相电压的有效值。

本发明具有积极的效果：本发明的含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法，在系统正常运行情况下可使光伏阵列运行于最大功率点，发出的功率为最大功率，且使逆变器工作于单位功率因数状态下，只发出有功功率；当系统发生故障时，本发明的方法可以稳定逆变器直流侧电压，且可根据逆变器交流侧电压的跌落程度发出一定的无功功率，用于支撑网侧电压。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2是实施例中所采用的光伏并网发电系统的仿真图；

图3是实施例中在本发明作用下的三相接地故障时逆变器交流侧电压的波形图；

图4是实施例中在本发明作用下的三相接地故障时电容电压的波形图；

图5是实施例中在本发明作用下的三相接地故障时有功和无功功率的波形图；

图6是实施例中在本发明作用下的三相接地故障时测得的故障点处的电压波形与现有技术中采用一般双环控制时故障点处的电压波形对比图；

图7是实施例中在本发明作用下的三相接地故障时测得的故障点处的电压波形与现有技术中采用一般双环控制时故障点处的放大的电压波形对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

(实施例1)

参见图1，本实施例的含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法，包括以下步骤：

①通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压U_dc和交流侧的电压电流U_sa、U_sb、U_sc、I_a、I_b、I_c以及升压电路DC/DC输入电压U；

②根据步骤①测得的数据判断逆变器直流侧电压是否达到额定电压的1.1倍；当逆变器直流侧电压达到额定电压的1.1倍时，通过调节DC/DC升压电路中的功率开关器件开断对逆变器输入直流电压进行控制；当逆变器直流侧电压未达到额定电压的1.1倍时，控制光伏阵列出口端电压为最大功率点电压，使其运行在最大功率点；

③根据步骤①测得的数据，采用式(1)计算判断阈值Ux，若Ux≤0，也即当逆变器交流侧电压大于或等于额定电压的80％时，判定系统运行状态正常，执行步骤④；若Ux＞0，也即当逆变器交流侧电压降至小于额定电压的80％时，判定系统发生故障，执行步骤⑤；

式中，U_skrms为逆变器交流侧的k相电压的有效值，k＝a，b，c；U_N为逆变器交流侧的额定电压值；

④采用电压外环控制和电流内环控制对逆变器实施双环控制，其中，电压外环控制通过控制输入逆变器的直流电压稳定实施；内环电流控制通过dq解耦对输出功率因数进行控制且通过令q轴电流参考值为0达到零功率因数输出实现；

⑤对逆变器实施正负序控制：将逆变器交流侧电压分解为正序分量和负序分量分别控制，其中，负序分量仅采用电流内环控制，且电流的参考值均为0；正序分量采用电流单环控制，此时q轴电流参考值按式(2)和式(3)确定(q轴电流参考值不再为0)：

U_rms＝min{U_sarms,U_sbrms,U_scrms} (3)

式中：I_qref为q轴电流的参考值；I_dref为d轴电流的参考值；I_dref1为正常运行时由电压外环控制得到的d轴电流参考值；U_N为逆变器交流侧的额定电压；U_sarms、U_sbrms、U_scrms分别为逆变器交流侧a，b，c相电压的有效值。

为验证本实施例的含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法的有效性，本实施例中采用如图2所示的仿真光伏并网发电系统，对本发明做进一步详细说明。

如图2所示的仿真光伏并网发电系统，包括光伏电池、具有DC/DC和DC/AC两级的逆变器、输出电压L、变压器1和变压器2等器件，变压器2接电网，该仿真系统的相关参数如表1和表2所示。

表1光伏组件和阵列参数

表2逆变器和变压器参数

假定在0.5s～1.1s时在图2所示的故障点发生经5Ω三相接地故障，其故障期间逆变器交流侧电压的波形图如图3所示，直流侧电容电压的波形如图4所示，直流侧输出的功率波形如图5所示。由图3可以看出，在故障发生后，逆变器交流侧的电压依然可以保持为三相对称电压；由图4可以看出在故障期间，逆变器DC/AC直流侧输入电压可以保持稳定，而逆变器升压电路DC/DC输入电压升高，这是由于在故障期间有不平衡功率存在，为了减少光伏阵列输出的功率，因此光伏阵列的出口端电压升高。从图5可以看出在正常运行情况下，逆变器以单位功率因数运行，输出无功功率为0，但是在故障期间，逆变器输出一定的无功功率用于支撑电网电压。

为了说明该控制策略的有效性，将该模型中的控制策略改为现有技术中一般的双环控制，即在故障期间直接对逆变器交流侧电压进行控制，且I_qref＝0，I_dref为故障时刻的d轴电压参考值且故障期间保持不变。在本发明的方法和现有技术中一般的双环控制方法控制作用下，测得故障点处的电压波形如图6和图7所示。由图7中可很明显的看出在本发明方法的控制作用下，故障点的电压比一般双环控制高0.22kV，可见本发明的控制方法的有效性。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，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，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种含两级式电压逆变器的并网光伏发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

①通过电压互感器和电流互感器分别采集逆变器直流侧电压U_dc和交流侧电压电流U_sa、U_sb、U_sc、I_a、I_b、I_c以及逆变器的升压电路DC/DC输入电压U；

②根据步骤①测得的数据判断逆变器直流侧电压是否达到额定电压的1.1倍；若逆变器直流侧电压达到额定电压的1.1倍时，调节DC/DC升压电路中的功率开关器件开断对逆变器输入直流电压进行控制；若逆变器直流侧电压未达到额定电压的1.1倍时，控制光伏阵列出口端电压为最大功率点电压，使其运行在最大功率点；

③根据步骤①测得的数据，采用式(1)计算判断阈值Ux，若Ux≤0，判定系统运行状态正常，执行步骤④；若Ux＞0，判定系统发生故障，执行步骤⑤；

$Ux=0.8-\frac{U_{skrms}}{U_N/\sqrt{3}}---\left(1\right)$

式中，U_skrms为逆变器交流侧的k相电压的有效值，k＝a，b，c；U_N为逆变器交流侧的额定电压值；

④采用电压外环控制和电流内环控制对逆变器实施双环控制，其中，电压外环控制通过控制输入逆变器的直流电压的稳定实施；内环电流控制通过dq解耦对输出功率因数进行控制且通过令q轴电流参考值为0达到零功率因数输出实施；

⑤对逆变器实施正负序控制：将逆变器交流侧电压分解为正序分量和负序分量分别控制，其中，负序分量仅采用电流内环控制，且电流的参考值均为0；正序分量采用电流单环控制，此时q轴电流参考值按式(2)和式(3)确定：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{qref}=max\{-2(1-\frac{U_{rms}}{U_N/\sqrt{3}}),-1.0\}\\ I_{dref}=min\left\{\sqrt{({1.1}^2-I_{qref}^2)},I_{dref1}\right\}\end{array}\right.---\left(2\right)$

U_rms＝min{U_sarms,U_sbrms,U_scrms} (3)

式中：I_qref为q轴电流的参考值；I_dref为d轴电流的参考值；I_dref1为正常运行时由电压外环控制得到的d轴电流参考值；U_N为逆变器交流侧的额定电压；U_sarms、U_sbrms、U_scrms分别为逆变器交流侧a，b，c相电压的有效值。