CN106911146A - 一种光伏逆变器并网离网的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏逆变器并网离网的控制系统及方法，该系统包括：用于采集太阳能的光伏板；Boost升压电路，电性连接于所述光伏板；逆变器，电性连接于所述Boost升压电路；振荡电路，电性连接于所述逆变器；并网继电器组，电性连接于所述振荡电路；交流电压源，电性连接于所述并网继电器组；并网离网控制电路，电性连接于所述振荡电路及所述并网继电器组之间。该发明的有益效果为：能够实现并网运行与离网运行的自动投切，自动投切前后，电流的波动较小，本地负载无需停止运行，可实现无缝无冲击切换。
Description
技术领域
本发明涉及光伏逆变器技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器并网离网的控制系统及方法。
背景技术
能源危机、环境污染已经成为一个世界课题，随着国家节能减排政策的不断完善以及法制的不断健全，节能环保观念已经深入人心，新能源的我国实现了跳跃式发展和进步。太阳能、风能是新能源的两种最重要的组成部分，太阳能较风能较稳定，波动较小，受区域的发展限制较小，尤其是分布式发电。光伏逆变器是分布式发电的重要的组成部分，不仅可实现三相并网、对于农村家用的单相并网也同样适用。光伏逆变器作为发电单元，其可靠性必须保证，同时在电网断电或者异常时，要及时与电网断开，在电网恢复正常后，又要能够自动恢复并网，实现无人值守。因此对于光伏并网离网自动投切逆变器的需求越来越迫切。
发明内容
本发明提供一种光伏逆变器并网离网的控制系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种光伏逆变器并网离网的控制系统，包括：
用于采集太阳能的光伏板；
Boost升压电路，电性连接于所述光伏板；
逆变器，电性连接于所述Boost升压电路；
振荡电路，电性连接于所述逆变器；
并网继电器组，电性连接于所述振荡电路；
交流电压源，电性连接于所述并网继电器组；
并网离网控制电路，电性连接于所述振荡电路及所述并网继电器组之间。
优选的，所述逆变器包括：
连接于正极输入端及负极输入端之间的第一电容及第二电容，并将所述第一电容与所述第二电容之间作为第一节点；
第一三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第一输出端；
第二三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第三三极管，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述第二三极管的发射极；
第四三极管，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第五三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第二输出端；
第六三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第七三极管，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述第六三极管的发射极；
第八三极管，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第九三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第三输出端；
第十三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第十一三极管，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述第十三极管的发射极；
第十二三极管，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述负极输入端。
优选的，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管、第九三极管、第十三极管、第十一三极管及第十二三极管的集电极与发射极之间均反向并联有二极管。
优选的，所述振荡电路包括：
第一LC支路，连接于所述第一输出端；
第二LC支路，连接于所述第二输出端；
第三LC支路，连接于所述第三输出端。
优选的，所述并网继电器组包括第一继电器及第二继电器；所述第一继电器包括第一开关、第二开关及第三开关，所述第一开关连接于所述第一LC支路，所述第二开关连接于所述第二LC支路，所述第三开关连接于所述第三LC支路；所述第二继电器包括第四开关、第五开关及第六开关，所述第四开关连接于所述第一开关，所述第五开关连接于所述第二开关，所述第六开关连接于所述第三开关。
优选的，所述交流电压源包括：
第一相电压源，一端连接于所述第四开关，另一端连接于第二节点；
第二相电压源，一端连接于所述第五开关，另一端连接于所述第二节点；
第三相电压源，一端连接于所述第六开关，另一端连接于所述第二节点。
另一方面，提供一种光伏逆变器并网离网的控制方法，提供如上所述的控制系统，包括：
当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则判断电网电压正常，若否，则判断切换至离网运行；
当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则切换至并网运行，若否，则继续离网运行。
优选的，所述当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则判断电网电压正常，若否，则判断切换至离网运行，包括：
当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压；
采用频率正反馈法依据所述电网电压检测电网是否发生孤岛，若是，则切换至电压电流双闭环的控制方案，断开所述并网继电器组，并于切换时刻将所述电网电压的角频率及相位角切换至离网工作模式。
优选的，所述当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则切换至并网运行，若否，则继续离网运行，包括：
当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并通过双闭环控制离网运行；
判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则藉由锁相环获取所述电网电压的角频率及相位角，并将当前的角频率及相位角切换至并网工作模式，闭合所述并网继电器组。
优选的，所述锁相环采用正负序分离得到电网正序电压，并依据所述电网正序电压的正序电压值及负序电压值辨别电网电压相位。
上述公开的一种光伏逆变器并网离网的控制系统及方法具有以下有益效果：能够实现并网运行与离网运行的自动投切，自动投切前后，电流的波动较小，本地负载无需停止运行，可实现无缝无冲击切换。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器并网离网的控制系统的结构框图；
图2为本发明一实施例提供的并网运行的控制示意图；
图3为本发明一实施例提供的离网运行的控制示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器并网离网的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种光伏逆变器3并网离网的控制系统100及方法，其目的在于，能够实现并网运行与离网运行的自动投切，自动投切前后，电流的波动较小，本地负载无需停止运行，可实现无缝无冲击切换；在并网控制的情况下，三相电流准PR控制与谐波抑制策略，可以实现输出电流的精确控制；在电网电压相序正与负的情况下，能够自动辨别，自动更正，无需修改接线；在离网运行时，三相电压电流双闭环准PR控制能够达到较好的控制效果。本发明提供的并网离网自动投切式光伏逆变器3主要应用于分布式光伏发电的应用场合，也可以作为组串式逆变器3应用于光伏电站，也可以手动使能离网运行模式作为离网型电源使用。
参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器3并网离网的控制系统100的结构框图，该光伏逆变器3并网离网的控制系统100包括光伏板1、Boost升压电路2、逆变器3、振荡电路4、并网继电器组5、交流电压源6及并网离网控制电路7。
光伏板1用于采集太阳能；图1中，光伏板1包括两块光伏板1PV1及PV2，每块光伏板1均有正负两个输出端。
Boost升压电路2电性连接于所述光伏板1；参见图1，Boost升压电路2也包括两个Boost升压子电路(MPPT，Maximum Power Point Tracking)，分别通过正负两端连接至PV1及PV2，每个正负两端之间还分别连接有电容C11及C12。
逆变器3电性连接于所述Boost升压电路2；逆变器3也包括正负输入两端，两个Boost升压子电路的正极均连接至逆变器3的正极输入端，两个Boost升压子电路的负极均连接至逆变器3的负极输入端。逆变器3的正极输入端及负极输入端之间串联连接有两个电容C21及C22。其中，所述逆变器3包括第一电容及第二电容、第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4、第五三极管T5、第六三极管T6、第七三极管T7、第八三极管T8、第九三机关、第十三极管T10、第十一三极管T11、第十二三极管T12。
第一电容及第二电容连接于正极输入端及负极输入端之间，并将所述第一电容与所述第二电容之间作为第一节点8；
第一三极管T1，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第一输出端；
第二三极管T2，其集电极连接于所述第一节点8；
第三三极管T3，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述第二三极管T2的发射极；
第四三极管T4，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第五三极管T5，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第二输出端；
第六三极管T6，其集电极连接于所述第一节点8；
第七三极管T7，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述第六三极管T6的发射极；
第八三极管T8，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第九三极管T9，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第三输出端；
第十三极管T10，其集电极连接于所述第一节点8；
第十一三极管T11，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述第十三极管T10的发射极；
第十二三极管T12，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述负极输入端。
此外，所述第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4、第五三极管T5、第六三极管T6、第七三极管T7、第八三极管T8、第九三极管T9、第十三极管T10、第十一三极管T11及第十二三极管T12的集电极与发射极之间均反向并联有二极管。
振荡电路4，电性连接于所述逆变器3；所述振荡电路4包括第一LC支路41、第二LC支路42及第三LC支路43。第一LC支路41连接于所述第一输出端；第二LC支路42连接于所述第二输出端；第三LC支路43连接于所述第三输出端。
并网继电器组5，电性连接于所述振荡电路4；所述并网继电器组5包括第一继电器51及第二继电器52；所述第一继电器51包括第一开关511、第二开关512及第三开关513，所述第一开关511连接于所述第一LC支路41，所述第二开关512连接于所述第二LC支路42，所述第三开关513连接于所述第三LC支路43；所述第二继电器52包括第四开关521、第五开关522及第六开关523，所述第四开关521连接于所述第一开关511，所述第五开关522连接于所述第二开关512，所述第六开关523连接于所述第三开关513。
交流电压源6，电性连接于所述并网继电器组5；所述交流电压源6包括：第一相电压源L1、第二相电压源L2及第三相电压源L3。
第一相电压源L1，一端连接于所述第四开关521，另一端连接于第二节点；
第二相电压源L2，一端连接于所述第五开关522，另一端连接于所述第二节点；
第三相电压源L3，一端连接于所述第六开关523，另一端连接于所述第二节点。
并网离网控制电路7，电性连接于所述振荡电路4及所述并网继电器组5之间。
参见图2，提供一种光伏逆变器3并网离网的控制方法，提供如图1的控制系统100，该控制方法包括步骤S1-S2：
S1、当并网运行时，藉由并网离网控制电路7采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则判断电网电压正常，若否，则判断切换至离网运行；参见图3，图3为本发明一实施例提供的离网运行的控制示意图，步骤S1包括步骤S11-S12：
S11、当并网运行时，藉由并网离网控制电路7采集电网电压；实时采样并网开关前后的电压。
S12、采用频率正反馈法依据所述电网电压检测电网是否发生孤岛，若是，则切换至电压电流双闭环的控制方案，断开所述并网继电器组5，并于切换时刻将所述电网电压的角频率及相位角切换至离网工作模式。例如，如果电网电压的频率在47.5-51.5Hz的范围内，则认为电网正常，不需要断开并网开关，此时并网运行。如果检测到的频率超过此范围，则认为此时发生孤岛，立即断开并网开关，同时切换至离网运行。电网是否发生孤岛，使用频率正反馈法检测电网是否发生孤岛，如果发生孤岛，控制方式由原来的电流闭环控制，切换至电压电流双闭环的控制方案，切换时刻，输出电压的角频率和相位角在原来的并网运行断开时刻，逐渐变为工频输出离网工作模式。
S2、当离网运行时，藉由并网离网控制电路7采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则切换至并网运行，若否，则继续离网运行。参见图4，图4为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器3并网离网的控制方法的流程图，步骤S2包括步骤S21-S22：
S21、当离网运行时，藉由并网离网控制电路7采集电网电压，并通过双闭环控制离网运行；
S22、判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则藉由锁相环获取所述电网电压的角频率及相位角，并将当前的角频率及相位角切换至并网工作模式，闭合所述并网继电器组5。所述锁相环采用正负序分离得到电网正序电压，并依据所述电网正序电压的正序电压值及负序电压值辨别电网电压相位。即当网侧电压恢复正常，准确判断每相电网电压过零时刻，切换至并网运行。锁相环的控制采用正负序分离技术将得到的电网正序电压实现锁相环，并依据得到的压的正、负序电压值，自动辨别电网电压相位，锁相环的控制采用正负序分离技术将得到的电网正序电压实现锁相环，并依据得到的压的正、负序电压值，自动辨别电网电压相位。
并网电流控制采用准PR控制实现三相电流的分开控制，采用准PR控制器抑制谐波电流。离网运行时，三相输出电压、电流双闭环准PR控制实现输出电压闭环控制。如果当前处于离网工作模式，需时刻判断电网电压是否正常，在电网电压正常后，经过锁相环得到电网电压的相位和频率，之后先使当前的离网输出电压跟踪电网电压的相位和频率，控制和电网电压电压相同的电压，然后闭合并网开关，同时，切换至并网电流控制模式。
在离网向并网、并网向离网切换的过程中，需要使用固态继电器，实现过零点出并网，从而保证并网离网无缝切换，切换过程无冲击电流。
光伏并网离网逆变器3的并网电流和输出电压控制方法选择准PR控制器，并网运行时，三相并网电流准PR控制实现并网电流的控制，每相的谐波电流同样适用准PR控制器消除；离网运行时，三相输出电压使用准PR控制器电压电力双闭环，实现三相电压独立控制，同样每相的谐波电压采用准PR控制器消除。即采用了准PR控制器实现离网模式下三相电压电流的双闭环控制，使用准PR控制器实现了并网模式下的三相并网电流的控制，使用频率正反馈的反孤岛算法以及并网离网的切换控制实现了并网离网的无缝切换、无冲击切换、自动投切，使用电网电压正负序分离技术实现电网相序的自动辨别，使用电压正序分量进行锁相环跟踪电网电压的相位和频率。
综上，本发明光伏逆变器3并网离网的控制方法包括：第一，并网离网自动投切的控制方法。第二，光伏离网情况下，三相电压电流双闭环准PR控制策略。第三，并网情况下电网电压正序锁相环、电流准PR控制以及谐波抑制策略。
本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。
而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。
而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种光伏逆变器并网离网的控制系统，其特征在于，包括：
用于采集太阳能的光伏板；
Boost升压电路，电性连接于所述光伏板；
逆变器，电性连接于所述Boost升压电路；
振荡电路，电性连接于所述逆变器；
并网继电器组，电性连接于所述振荡电路；
交流电压源，电性连接于所述并网继电器组；
并网离网控制电路，电性连接于所述振荡电路及所述并网继电器组之间。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述逆变器包括：
连接于正极输入端及负极输入端之间的第一电容及第二电容，并将所述第一电容与所述第二电容之间作为第一节点；
第一三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第一输出端；
第二三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第三三极管，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述第二三极管的发射极；
第四三极管，其集电极连接于所述第一输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第五三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第二输出端；
第六三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第七三极管，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述第六三极管的发射极；
第八三极管，其集电极连接于所述第二输出端，其发射极连接于所述负极输入端；
第九三极管，其集电极连接于所述正极输入端，其发射极连接于第三输出端；
第十三极管，其集电极连接于所述第一节点；
第十一三极管，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述第十三极管的发射极；
第十二三极管，其集电极连接于所述第三输出端，其发射极连接于所述负极输入端。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管、第九三极管、第十三极管、第十一三极管及第十二三极管的集电极与发射极之间均反向并联有二极管。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述振荡电路包括：
第一LC支路，连接于所述第一输出端；
第二LC支路，连接于所述第二输出端；
第三LC支路，连接于所述第三输出端。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述并网继电器组包括第一继电器及第二继电器；所述第一继电器包括第一开关、第二开关及第三开关，所述第一开关连接于所述第一LC支路，所述第二开关连接于所述第二LC支路，所述第三开关连接于所述第三LC支路；所述第二继电器包括第四开关、第五开关及第六开关，所述第四开关连接于所述第一开关，所述第五开关连接于所述第二开关，所述第六开关连接于所述第三开关。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述交流电压源包括：
第一相电压源，一端连接于所述第四开关，另一端连接于第二节点；
第二相电压源，一端连接于所述第五开关，另一端连接于所述第二节点；
第三相电压源，一端连接于所述第六开关，另一端连接于所述第二节点。
7.一种光伏逆变器并网离网的控制方法，提供如权利要求1-6任一项所述的控制系统，其特征在于，包括：
当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则判断电网电压正常，若否，则判断切换至离网运行；
当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则切换至并网运行，若否，则继续离网运行。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则判断电网电压正常，若否，则判断切换至离网运行，包括：
当并网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压；
采用频率正反馈法依据所述电网电压检测电网是否发生孤岛，若是，则切换至电压电流双闭环的控制方案，断开所述并网继电器组，并于切换时刻将所述电网电压的角频率及相位角切换至离网工作模式。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则切换至并网运行，若否，则继续离网运行，包括：
当离网运行时，藉由并网离网控制电路采集电网电压，并通过双闭环控制离网运行；
判断所述电网电压的频率是否处于预设范围内，若是，则藉由锁相环获取所述电网电压的角频率及相位角，并将当前的角频率及相位角切换至并网工作模式，闭合所述并网继电器组。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述锁相环采用正负序分离得到电网正序电压，并依据所述电网正序电压的正序电压值及负序电压值辨别电网电压相位。
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| CN117977697A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 浙江明禾新能科技股份有限公司 | 一种基于谐振dc-dc变换器的微型逆变器的过零控制方法 |
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2017
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