CN107465207B - 悬浮电容五电平逆变器及其低电压穿越控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了悬浮电容五电平逆变器及其低电压穿越控制方法和装置,该方法包括:获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;判断所述并网点电压是否低于第一预设值;当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值,从而实现了在悬浮电容五电平逆变器低电压穿越时,避免发生开关管应力超标。

Description

悬浮电容五电平逆变器及其低电压穿越控制方法和装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,更具体地说,涉及悬浮电容五电平逆变器及其低电压穿越控制方法和装置。
背景技术
国家电网规定光伏逆变器应该具有低电压穿越能力。所谓低电压穿越,是指在光伏逆变器并网点电压跌落的时候,光伏逆变器能够保持并网,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复,直到电网恢复正常,从而“穿越”这个低电压时间(区域)。
本申请以悬浮电容五电平逆变器为研究对象,其拓扑结构如图1所示,包括:正母线电容C1、负母线电容C2、悬浮电容C3、开关管Q7、开关管Q8和逆变单元,其中:正母线电容C1连接在正母线PV+与母线中点N之间,负母线电容C2连接在负母线PV-与母线中点N之间,悬浮电容C3并联在所述逆变单元的输出端口,开关管Q7连接在悬浮电容C3的高压端与桥臂输出端R之间,开关管Q8连接在悬浮电容C3的低压端与桥臂输出端R之间。
悬浮电容五电平逆变器在低电压穿越时,输出有功功率降低,母线电压升高,按照国家并网标准要求,需要输出无功电流来支撑电网电压,但输出无功电流速度缓慢,致使悬浮电容五电平逆变器输出电流较低,无法将悬浮电容C3的电压快速冲高,这容易造成所述逆变单元中连接在正母线PV+与悬浮电容C3之间的开关管以及连接在负母线PV-与悬浮电容C3之间的开关管上的电压超出其各自所能承受的最大电压应力。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了悬浮电容五电平逆变器及其低电压穿越控制方法和装置,以实现在悬浮电容五电平逆变器低电压穿越时,避免发生开关管应力超标,方案如下:
一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,包括:
获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;
判断所述并网点电压是否低于第一预设值;
当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值。
其中,所述通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,包括:
判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;
若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压;
否则,维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
其中,所述增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,包括:
增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定,或者增加虚拟电网前馈。
其中,在通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压期间,悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流为固定值或变化值。
其中,所述第一预设值低于电网额定电压的10%。
一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置,包括:
采样单元,用于获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;
处理器,用于判断所述并网点电压是否低于第一预设值;当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值。
其中,所述处理器在判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,通过增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压;否则,通过维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
其中,所述处理器通过增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定或者增加虚拟电网前馈,来增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流。
其中,所述处理器在通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压期间,悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流为固定值或变化值。
一种悬浮电容五电平逆变器,包括:如上述公开的任一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置。
从上述的技术方案可以看出,本发明在悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,通过对悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流Id进行调控来快速冲高悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至满足开关管应力要求时,再将Id恢复到正常值,从而避免了在悬浮电容五电平逆变器低电压穿越时,发生开关管应力超标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种悬浮电容五电平逆变器拓扑结构示意图;
图2为本发明实施例公开的一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法流程图;
图3为现有技术公开的悬浮电容五电平逆变器无功补偿曲线示意图;
图4为本发明实施例公开的一种逆变单元拓扑结构示意图;
图5为本发明实施例公开的一种有功、无功补偿曲线示意图;
图6为本发明实施例公开的又一种有功、无功补偿曲线示意图;
图7为本发明实施例公开的又一种有功、无功补偿曲线示意图;
图8为本发明实施例公开的一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置结构示意图;
图9为本发明实施例公开的又一种逆变单元拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图2,本发明实施例公开了一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,包括:
步骤S01:获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压。
步骤S02:判断所述并网点电压是否低于第一预设值;当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,进入步骤S03;否则返回步骤S01。
具体的,当悬浮电容五电平逆变器的并网点电压低于第一预设值时,视为发生了电网电压跌落故障(所述第一预设值通常设置为电网额定电压的10%以下),此时悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越,输出有功功率降低,母线电压升高,按照国家并网标准要求,需要输出无功电流来支撑电网电压,但输出无功电流速度缓慢(即无功补偿速度缓慢),其无功补偿曲线示意图如图3所示。
图3中,Id、Iq、Vd、Vq分别表示悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流、无功电流、有功电压和无功电压,T1表示电网电压发生跌落的时刻。Id在电网电压发生跌落前可能为一较高电流值也可能为一较低电流值,图3仅以Id在电网电压发生跌落前为一较低电流值作为示例。Id包含正序分量Idp和负序分量Idq,其值为Iq包含正序分量Iqp和负序分量Iqn,其值为
由于悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,输出有功功率降低而且无功补偿速度缓慢,所以悬浮电容五电平逆变器输出电流较低,无法将悬浮电容C3的电压快速冲高,造成逆变单元中连接在正母线PV+与悬浮电容C3之间的开关管以及连接在负母线PV-与悬浮电容C3之间的开关管上的电压超出其各自所能承受的最大电压应力,举例说明:
以逆变单元采用如图4所示拓扑结构为例,它包括开关管Q1~Q6,其中:开关管Q1的第一端接正母线PV+,开关管Q1的第二端接开关管Q2的第一端以及悬浮电容C3的高压端;开关管Q2的第二端接开关管Q3的第二端,开关管Q3的第一端接母线中点N;开关管Q4的第一端接母线中点N,开关管Q4的第二端接开关管Q5的第二端;开关管Q5的第一端接开关管Q6的第一端以及悬浮电容C3的低压端;开关管Q6的第二端接负母线PV-。图4所示悬浮电容五电平逆变器输出+2电平时,开关管Q1和Q7导通,电流流向如图4中箭头所示,由于此时悬浮电容C3的高压端与正母线PV+等电位,所以开关管Q6上的电压等于母线电压与悬浮电容C3电压之差,如果悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,母线电压已经恢复,而悬浮电容C3的电压却没有快速冲高,则开关管Q6就会承受很大的电压应力,容易应力超标。
同理,图4所示悬浮电容五电平逆变器输出-2电平时遇到低电压穿越,容易造成开关管Q1应力超标;输出+1电平时遇到低电压穿越,容易造成开关管Q6应力超标;输出-1电平时遇到低电压穿越,容易造成开关管Q1应力超标。
步骤S03:通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
步骤S04:判断所述悬浮电容电压是否增大至第二预设值,当判断得到所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,进入步骤S05;否则返回步骤S03。
步骤S05:将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值。
本实施例在悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,对悬浮电容五电平逆变器进行有功补偿(无功补偿是应国家电网要求而必需的补偿,不论是在本申请还是现有技术中都是必不可少的),从而增大悬浮电容五电平逆变器输出电压,快速冲高悬浮电容C3的电压,直至将悬浮电容C3的电压冲高到不会造成逆变单元中连接在正母线PV+与悬浮电容C3之间的开关管以及连接在负母线PV-与悬浮电容C3之间的开关管上的电压超出其各自所能承受的最大电压应力时,再将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值。
其中,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容电压(即对悬浮电容五电平逆变器进行有功补偿),具体包括如下步骤S031~步骤S033:
步骤S031:判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,说明悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在电网电压发生跌落前为一较低电流值,此时进入步骤S032;若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流不低于所述第三预设值,说明悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在电网电压发生跌落前为一较高电流值,此时进入步骤S033。
步骤S032:增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
具体的,增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的方式,可以是增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定,或者增加虚拟电网前馈等,并不局限。
步骤S033:维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
在步骤S032中,在悬浮电容充电时间(区域)内,有功补偿值可以是固定值,也可以是变化值,但其初始值需要选的比较大以保证能将悬浮电容C3的电压快速冲高,采用变化值时如图5或图6所示。在步骤S032中亦是如此,采用变化值时如图7所示。图5-图7中标识出的T1~T2区间为悬浮电容充电区域。
由上述描述可知,本实施例在悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,通过对悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流Id进行调控来快速冲高悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至满足开关管应力要求时,再将Id恢复到正常值,从而避免了在悬浮电容五电平逆变器低电压穿越时,发生开关管应力超标。
此外,参见图8,本发明实施例还公开了一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置,包括:
采样单元100,用于获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;
处理器200,用于判断所述并网点电压是否低于第一预设值;当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值。
其中,处理器200在判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,通过增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压;否则,通过维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
其中,处理器200通过增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定或者增加虚拟电网前馈,来增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流。
其中,处理器200在通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压期间,悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流可以为固定值,也可以为变化值。
本发明实施例还公开了一种悬浮电容五电平逆变器,包括上述公开的任一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置。
其中,所述悬浮电容五电平逆变器可以是单相悬浮电容五电平逆变器,也可以是三相悬浮电容五电平逆变器。
此外需要说明的是,悬浮电容五电平逆变器中逆变单元的拓扑结构并不局限于图4,也可以采用其他拓扑结构,例如图8,该逆变单元由二极管D1~D6与开关管Q1~Q6组成,在悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,容易造成开关管Q1或Q6应力超标。
综上所述,本发明在悬浮电容五电平逆变器进入低电压穿越时,通过对悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流Id进行调控来快速冲高悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至满足开关管应力要求时,再将Id恢复到正常值,从而避免了在悬浮电容五电平逆变器低电压穿越时,发生开关管应力超标。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,其特征在于,包括:
获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;
判断所述并网点电压是否低于第一预设值;
当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值;
其中,所述通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,包括:
判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;
若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压;
否则,维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,以增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
2.根据权利要求1所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,其特征在于,所述增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,包括:
增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定,或者增加虚拟电网前馈。
3.根据权利要求1所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,其特征在于,在通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压期间,悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流为固定值或变化值。
4.根据权利要求1所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制方法,其特征在于,所述第一预设值低于电网额定电压的10%。
5.一种悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置,其特征在于,包括:
采样单元,用于获取悬浮电容五电平逆变器的并网点电压;
处理器,用于判断所述并网点电压是否低于第一预设值;当判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压,直至所述悬浮电容电压增大至第二预设值时,将悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流恢复到正常值;
其中,所述处理器在判断得到所述并网点电压低于所述第一预设值时,判断悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流是否低于第三预设值;若判断得到悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流低于所述第三预设值,通过增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压;否则,通过维持悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流在一定时间内不变,来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压。
6.根据权利要求5所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置,其特征在于,所述处理器通过增大悬浮电容五电平逆变器输出有功电流的给定或者增加虚拟电网前馈,来增大悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流。
7.根据权利要求5所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置,其特征在于,所述处理器在通过调节悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流的大小来增大悬浮电容五电平逆变器的悬浮电容电压期间,悬浮电容五电平逆变器输出的有功电流为固定值或变化值。
8.一种悬浮电容五电平逆变器,其特征在于,包括:如权利要求5-7中任一项所述的悬浮电容五电平逆变器低电压穿越控制装置。
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