CN107300635B - 兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，为：采样星形电网或三角形电网的至少两相线电压和至少一相相电压，根据相电压和线电压之间的关系进行电压计算，计算出三相包含零序分量的相电压或另一相线电压，再将三相包含零序分量的相电压或三相线电压提供给三相光伏并网逆变系统。计算三相包含零序分量的相电压的方法为：先根据所采样的至少两相线电压计算出三相不含零序分量的相电压，再根据所采样的至少一相相电压和该相的不含零序分量的相电压计算零序分量，最后根据零序分量和三相不含零序分量的相电压计算出三相包含零序分量的相电压。本发明可以实现对电网类型的兼容，简化了设计，扩展了产品的应用范围。

Description

兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法及装置
技术领域
本发明涉及属于光伏发电领域，具体涉及一种兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法及装置。
背景技术
现有的三相光伏并网逆变系统，其应用于星形电网时需采样三相相电压，其接线方式如附图1所示，而应用于三角形电网是则需采样三相线电压，其接线方式如附图2所示。两种方案其硬件不兼容，即采样相电压的电路无法应用于三角形电网(电网无N线)，采样线电压的电路无法应用于星形电网(因为无法采样相电压，无法满足相电压过欠压保护的要求)。因此，现有的三相光伏并网逆变系统其无法兼容两种电网结构，应用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够兼容两种电网结构，从而扩展应用范围的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法及装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，用于为三相光伏并网逆变系统提供星形电网的三相相电压或三角形电网的三相线电压，所述兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法为：采样所述星形电网或所述三角形电网的至少两相线电压和至少一相相电压，基于所采样的至少两相线电压和至少一相相电压并根据相电压和线电压之间的关系进行电压计算，计算出三相包含零序分量的相电压或另一相线电压，再将三相包含零序分量的相电压或三相线电压提供给所述三相光伏并网逆变系统。
优选的，计算三相包含零序分量的相电压的方法为：先根据所采样的至少两相线电压计算出三相不含零序分量的相电压，再根据所采样的至少一相相电压和该相的不含零序分量的相电压计算零序分量，最后根据所述零序分量和三相不含零序分量的相电压计算出三相包含零序分量的相电压。
优选的，当所采样的两相线电压为Vrs和Vtr时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc；
当所采样的两相线电压为Vst和Vrs时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc；
当所采样的两相线电压为Vtr和Vst时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc。
优选的，当所采样的一相相电压为Vr时，根据Vz＝Vr-Vr_calc计算零序分量Vz；
当所采样的一相相电压为Vs时，根据Vz＝Vs-Vs_calc计算零序分量Vz；
当所采样的一相相电压为Vt时，根据Vz＝Vt-Vt_calc计算零序分量Vz。
优选的，根据计算出三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。
优选的，当所采样的两相线电压为Vrs和Vtr时，根据Vst＝-(Vrs+Vtr)计算另一相线电压Vst；当所采样的两相线电压为Vst和Vrs时，根据Vtr＝-(Vst+Vrs)计算另一相线电压Vtr；当所采样的两相线电压为Vtr和Vst时，根据Vrs＝-(Vtr+Vst)计算另一相线电压Vrs。
一种采用上述兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法的交流电压采样装置，包括用于采样至少两相线电压和至少一相相电压的采样模块、与所述采样模块相连接并用于进行电压计算而输出三相包含零序分量的相电压或三相线电压的MCU、与所述MCU相连接而向所述MCU告知电网连接方式的通信模块，三相光伏并网逆变系统与所述MCU相连接。
优选的，所述通信模块连接有用于设置电网连接方式的设置模块或与所述电网相连接以传输电网连接方式的信号传输模块。
优选的，所述设置模块为LCD屏。
优选的，所述信号传输模块为串口模块、485模块或USB模块。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的装置结合方法至少采样两相线电压和一相相电压即可获得三相线电压或三相相电压，无论星形电网还是三角形电网均可以使用，从而一套产品即可以实现对电网类型的兼容，简化了设计，减少了硬件成本，扩展了产品的应用范围，提高了产品竞争力。
附图说明
附图1为现有的星形电网的采样方案示意图。
附图2为现有的三角形电网的采样方案示意图。
附图3为本发明的实施例一应用于星形电网的方案示意图。
附图4为本发明的实施例一应用于三角形电网的方案示意图。
附图5为本发明的实施例一中的方法流程图。
附图6为本发明的实施例二的方案示意图。
附图7为本发明的实施例三的方案示意图。
附图8为本发明的实施例四的方案示意图。
附图9为本发明的实施例五的方案示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图3所示，三相光伏并网逆变系统连接于光伏面板PV与星形电网之间。三相光伏并网逆变系统包括DC/DC、DC/AC以及交流电压采样装置。三相光伏并网逆变系统的R、S、T三个火线端子与星形电网之间具有R线、S线、T线共计三根火线，三相光伏并网逆变系统的N线端子与星形电网的中性点N之间具有N线。对于星形电网，三相光伏并网逆变系统需要获知三根火线各自与N线之间的三相相电压信息。
对三相相电压进行采样所采用的交流电压采样方法为：采样星形电网的至少两相线电压和至少一相相电压，然后基于所采样的至少两相线电压和至少一相相电压，并根据相电压和线电压之间的关系进行电压计算，计算出三相包含零序分量的相电压并提供给三相光伏并网逆变系统。
具体的，计算三相包含零序分量的相电压的方法为：先根据所采样的至少两相线电压计算出三相不含零序分量的相电压，再根据所采样的至少一相相电压和该相的不含零序分量的相电压计算零序分量，最后根据零序分量和三相不含零序分量的相电压计算出三相包含零序分量的相电压。
例如附图3所示的方案中，其采样的两相线电压为Vrs和Vtr，采样的一相线电压为Vr。首先，根据相电压和线电压之间的关系，利用以下式(1)计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc：
由于上述相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc是不含零序分量的，因此和实际的相电压有偏差，此时就需要利用所采集的一相相电压Vr与该相计算出的不含零序分量的相电压Vr_calc来计算零序分量Vz，即利用式(2)即逆行零序分量Vz的计算：
Vz＝Vr-Vr_calc (2)
最后，将三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc加上零序分量Vz即可得到三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out：
此时的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out和实际的相电压Vr、Vs、Vt是相等的。因此，通过上述算法，即可实现三相相电压的采样。
以上是针对星形电网，针对三角形电网，上述采用电路不变，三角形电网的三根火线接入三相光伏并网逆变系统的三个火线端子，N线端子悬空，如附图4所示，此时采样的相电压Vr无意义，对其不作处理，而直接采用采样获得的两相线电压Vrs和Vtr计算另一相线电压Vst：
Vst＝-(Vrs+Vtr) (4)
此时，三角形电网的三相线电压信息全部获得。
实现上述方法的交流电压采样装置包括采样模块、MCU和通信模块。采样模块用于采样至少两相线电压和至少一相相电压。MCU和采样模块相连接，从而用于进行电压计算而输出三相包含零序分量的相电压或三相线电压。通信模块与MCU相连接，用于向MCU告知电网连接方式。具体的，通信模块连接有用于设置电网连接方式的设置模块或与电网相连接以传输电网连接方式的信号传输模块。其中，设置模块可以采用LCD屏，信号传输模块可以采用串口模块、485模块或USB模块。
如附图5所示，系统上电后，先采样获得两相线电压为Vrs、Vtr和一相相电压Vr，然后MCU根据通信模块传来的信号判断当前电网的结构形式是星形还是三角形。若是星形电网，则先计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc，再计算零序分量Vz，最后计算三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。若是三角形电网，则计算出另一相线电压Vst。计算获得三相包含零序分量的相电压或者三相线电压提供给三相光伏并网逆变系统。
上述方法和装置通过软硬件结合的方案，同时可以兼容星形电网和三角形电网，而硬件装置无变化，接星形电网可以获取三相相电压信息和线电压信息，接三角形电网则可以获取三相线电压信息。一套硬件电路兼容两种应用场合，减少了硬件成本，扩展了产品的应用范围。
需要注意的是，上述方法中采样获得的相电压和线电压的组合不是唯一的，理论上，采样任意两相线电压和任意一相相电压，就可以获取星形电网完整的三相相电压信息，而采样任意两个线电压就能获取三角形电网的完整线电压信息。延伸方案可以有多种组合，图6至图9例举了其中几种，实际上，根据三个相电压，三个线电压，任意组合的话，一共有3*3＝9种应用形式(注：这9种都是只需要3个采样信号)。
实施例二：如附图6所示，采样星形电网的两相线电压Vrs、Vtr和一相相电压Vs，先根据式(1)计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc，再根据Vz＝Vs-Vs_calc计算零序分量Vz，最后根据式(3)计算三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。
实施例三：如附图7所示，采样星形电网的两相线电压Vrs、Vtr和一相相电压Vt，则需根据Vz＝Vt-Vt_calc计算零序分量Vz。
实施例四：如附图8所示，采样星形电网的两相线电压Vtr、Vst和一相相电压Vr，则根据式(5)计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc：
再计算零序分量Vz和三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。
若将附图8中的星形电网替换为三角形电网，则根据式(6)计算另一相线电压Vrs：
Vrs＝-(Vtr+Vst) (6)
实施例五：如附图9所示，采样星形电网的两相线电压Vst、Vrs和一相相电压Vr，则根据式(7)计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc：
再计算零序分量Vz和三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。
若将附图9中的星形电网替换为三角形电网，则根据式(8)计算另一相线电压Vtr：
Vtr＝-(Vst+Vrs) (8)
同时还要注明的是，理论上本方案只需要任意两个线电压采样值和一个相电压采样值，一共3个采样信号即可。但实际应用中，硬件采样信号可以增加，三个线电压/三个相电压可以任意组合，一共送到软件的采样信号数可以是3个(最低要求)，可以是4/5/6个，组合数可以非常多；但核心的算法公式如果和本方案相同，但依然属于本方案范围。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，用于为三相光伏并网逆变系统提供星形电网的三相相电压或三角形电网的三相线电压，其特征在于：所述兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法为：采样所述星形电网或所述三角形电网的至少两相线电压和至少一相相电压，基于所采样的至少两相线电压和至少一相相电压并根据相电压和线电压之间的关系进行电压计算，计算出三相包含零序分量的相电压或另一相线电压，再将三相包含零序分量的相电压或三相线电压提供给所述三相光伏并网逆变系统；
计算三相包含零序分量的相电压的方法为：先根据所采样的至少两相线电压计算出三相不含零序分量的相电压，再根据所采样的至少一相相电压和该相的不含零序分量的相电压计算零序分量，最后根据所述零序分量和三相不含零序分量的相电压计算出三相包含零序分量的相电压。
2.根据权利要求1所述的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，其特征在于：当所采样的两相线电压为Vrs和Vtr时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc；
当所采样的两相线电压为Vst和Vrs时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc；
当所采样的两相线电压为Vtr和Vst时，根据计算三相不含零序分量的相电压Vr_calc、Vs_calc、Vt_calc。
3.根据权利要求2所述的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，其特征在于：当所采样的一相相电压为Vr时，根据Vz＝Vr-Vr_calc计算零序分量Vz；
当所采样的一相相电压为Vs时，根据Vz＝Vs-Vs_calc计算零序分量Vz；
当所采样的一相相电压为Vt时，根据Vz＝Vt-Vt_calc计算零序分量Vz。
4.根据权利要求3所述的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，其特征在于：根据计算出三相包含零序分量的相电压Vr_out、Vs_out、Vt_out。
5.根据权利要求1所述的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法，其特征在于：当所采样的两相线电压为Vrs和Vtr时，根据Vst＝-(Vrs+Vtr)计算另一相线电压Vst；当所采样的两相线电压为Vst和Vrs时，根据Vtr＝-(Vst+Vrs)计算另一相线电压Vtr；当所采样的两相线电压为Vtr和Vst时，根据Vrs＝-(Vtr+Vst)计算另一相线电压Vrs。
6.一种采用如权利要求1至5任意一项所述的兼容星形和三角形电网的交流电压采样方法的交流电压采样装置，其特征在于：其包括用于采样至少两相线电压和至少一相相电压的采样模块、与所述采样模块相连接并用于进行电压计算而输出三相包含零序分量的相电压或三相线电压的MCU、与所述MCU相连接而向所述MCU告知电网连接方式的通信模块，三相光伏并网逆变系统与所述MCU相连接。
7.根据权利要求6所述的交流电压采样装置，其特征在于：所述通信模块连接有用于设置电网连接方式的设置模块或与所述电网相连接以传输电网连接方式的信号传输模块。
8.根据权利要求7所述的交流电压采样装置，其特征在于：所述设置模块为LCD屏。
9.根据权利要求7或8所述的交流电压采样装置，其特征在于：所述信号传输模块为串口模块、485模块或USB模块。
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