CN109861287A - 一种光伏逆变器的统一控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器的统一控制方法和系统，其能够统一处理正常运行、LVRT和HVRT状态检测逻辑。所述统一控制方法包括：A、计算电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ；B、计算电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ；C、将所述电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ和所述电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ叠加，得到用于驱动逆变模块有功或无功的输出的驱动信号；所述步骤A中，锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位，通过虚拟锁相环在电网电压小于某一定值时提供相位，根据电网电压的正、负序d、q轴分量判断是否满足设定滞环选择相位；用选择的相位重新计算电网电压的负序d、q轴分量，变换得到分量eⁿ _gαβ。

Description

一种光伏逆变器的统一控制方法和系统

技术领域

本发明属于光伏逆变器控制领域，涉及一种光伏逆变器的统一控制方法和系统，特别是一种光伏逆变器在正常运行、低电压穿越（LVRT）状态及高电压穿越（HRVT）状态下的统一控制方法和系统。

背景技术

随着光伏行业的不断发展，对光伏发电系统的可靠稳定运行要求越来越高。电压跌落是电网中存在的一种严重的故障状态，GB/T 19964-2012《光伏电站接入电网技术规定》中要求并网逆变器必须满足在低电压穿越和零电压穿越正常运行的能力，并提供一定要求的无功功率来支撑电网。在零电压穿越过程中，如果相位控制不当，极易出现输出过流或母线电容过压的情况。当前一些方法是通过零电压穿越时电压并非完全为零而强制计算电网频率和相位，这种情况相位误差很大，出现过压或过流强制关断逆变器输出，对电网造成一定冲击。继低电压穿越（LVRT）之后人们对高电压穿越（HVRT）关注和研究也越来越多，在短路故障发生并清除后，电压在恢复的过程中会导致电压偏离额定电压，电压超过额定电压一定限值后，会引起发电单元的跳脱，这对整个电网的稳定造成很大影响。

发明内容

为了解决逆变器并网继电器的误报问题，本发明的目是提供一种光伏逆变器的统一控制方法和系统，其能够统一处理正常运行、LVRT和HVRT状态检测逻辑，尤其是解决了电网电压接近零状态下的相位计算不准问题，有效避免由此导致的过流或母线电容过压而使机器停机的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种光伏逆变器的统一控制方法，包括如下步骤：

A、计算电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ；

B、计算电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ；

C、将所述电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ和所述电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ叠加，得到用于驱动逆变模块有功或无功的输出的驱动信号；

所述步骤A中，锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位，通过虚拟锁相环在电网电压小于某一定值时提供相位，根据电网电压的正、负序d、q轴分量判断是否满足设定滞环，若满足，则选择锁相环计算的相位；若不满足，则选择虚拟锁相环提供的相位；用选择的相位重新计算电网电压的负序d、q轴分量，变换得到所述电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ。

进一步地，所述锁相环控制还根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的频率，且所述锁相环保存大于一个电网周期的相位和频率信息并提供给所述虚拟锁相环。

具体地，所述步骤A具体包括：

A1、采样得到三相电网电压；

A2、锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位，虚拟锁相环在电网电压接近于零时提供相位，并通过锁相环控制得到电网电压的正、负序d、q轴分量的均方根值；

A3、判断所述均方根值是否满足设定滞环，若满足，则选择锁相环计算的相位；若不满足，则选择虚拟锁相环提供的相位；

A4、用步骤A3选择的相位重新计算电网电压的负序d、q轴分量；

A5、对步骤S4计算得到的电网电压的负序d、q轴分量进行park反变换得到电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ。

优选地， 所述步骤A2中，锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位和频率，且保存大于一个电网周期的相位和频率信息并提供给虚拟锁相环；虚拟锁相环在判断到电网电压小于某一定值时，虚拟锁相环锁定一个电网周期前的电网电压频率和相位，根据固定步长计算出新的电网电压频率和相位。

优选地，所述步骤A1中，还采样得到三相电网电流；所述步骤A4中，用步骤A3选择的相位计算电网电压的正、负序d、q轴分量，并根据采样的三相电网电流得到电网电流的d、q轴分量。

进一步地，所述步骤B中，电网电压d轴分量在LVRT范围内按LVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，电网电压d轴分量在HVRT范围内按HVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，进行有功电流环计算和无功电流环计算，两者的输出分别叠加有无功电流解耦项次和电网电压正序d、q轴分量得到电网电压参考的d、q轴分量，经过变换得到对应的αβ轴参考u^* _gαβ。

更进一步地，所述步骤B中，在有功电流参考值、内部限载逻辑控制输出的电流参考值及外部指令电流参考值中，根据电网电压正序d轴分量的大小取不同的值，并选取绝对值最小的分别作为有功电流环和无功电流环的控制参考电流。

具体地，所述步骤B具体包括：

B1、根据三相电网电压的最大值计算得到一个最小的母线电压参考，与设定的最小母线电压参考比较取最大值作为母线电压控制环的参考值^*；

B2、根据采样得到的母线电压和步骤B1得到的参考值进行母线电压控制环计算，得到有功电流参考值i_gd1；

B3、将所述有功电流参考值i_gd1、内部限载逻辑控制输出的电流参考值i_gd2 ^*、i_gq2 ^*及外部指令电流参考值i_gd3 ^*、i_gq3 ^*根据电网电压正序d轴分量的大小取不同的值，并选取绝对值最小的分别作为有功电流环和无功电流环的控制参考电流i_gd ^*、i_gq ^*；

B4、电网电压d轴分量在LVRT范围内按LVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值；电网电压d轴分量在HVRT范围内按HVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值；

B5、分别完成有功电流环计算和无功电流环计算，两者的输出分别叠加有无功电流解耦项次和电网电压正序d、q轴分量e^p _gd、e^p _gq得到电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq；

B6、电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq经过park反变换得到αβ轴参考u^* _gαβ。

本发明还采用如下技术方案：

一种光伏逆变器的统一控制系统所述统一控制系统用于执行如上所述的统一控制方法。

具体地，所述统一控制系统包括：

锁相环模块，其用于根据采样的三相电网电压得到当前的相位、频率及电网电压正、负序d、q轴风量，所述锁相环模块还用于保存大于一个电网周期的相位和频率；

虚拟锁相环模块，其用于根据所述锁相环模块提供的大于一个电网周期的相位和频率，在电网电压小于某一定值的情况下提供连续的相位和频率；

锁相环选择器，其用于使用电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值来选择所述锁相环模块得到的相位还是所述虚拟锁相环提供的相位，并根据选择的相位计算最新的电网电压正、负序d、q轴分量，以及根据采用的三相电网电流得到电网电流d、q轴分量；

母线电压计算器，其用于产生在不同电网电压状态下的母线电压参考；

有功无功计算器，其用于计算不同电网状态下的有无功需求。

本发明的控制原理如下：统一处理正常运行、LVRT和HVRT状态检测逻辑，通过1/4周期滑动均方根值快速准确的判断电网电压状态，用于电网状态显示，而通过电网电压正序的d轴分量来计算电网所需无功的大小；电网状态的判断和不同电网状态下的控制逻辑切换判断采用不同的判断方法，前者使用1/4电网周期滑动均方根值来判断电网电压状态，后者使用瞬时的电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值来判断控制逻辑切换；此外，当电网电压接近为零时，逆变器很难准确的检测电网电压相位，为了解决零电压穿越时的相位检测问题，提出了虚拟锁相的方案，用电网电压正、负序的d、q轴分量均方根值来快速判断是否进入虚拟锁相，目的在于确保电网电压在极低的情况下能准确地进行相位检测。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的统一控制方法不用区别电网正常状态、LVRT状态还是HVRT状态，均采用统一的控制结构，使用瞬时的电网电压正、负序d、q轴分量来判断控制逻辑切换。既保证了电网状态的快速可靠的检测，又保证了在电网LVRT和HVRT状态下控制响应的快速性。采用虚拟锁相技术解决了电网电压接近零状态下的相位计算不准问题，可有效避免此状态下由于相位误差导致的过流或母线电容过压而使机器停机的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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为根据本发明的一种光伏逆变器的统一控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

参照图1所示，光伏逆变器系统包括依次连接的PV面板1、Boost升压模块2、逆变模块3、LC滤波器4，LC滤波器4和电网5连接。该光伏逆变器系统还包括统一控制系统6，该统一控制系统采用本发明提供的统一控制方法，根据采样得到三相电网电压、三相电网电流及母线电压等对逆变模块3进行控制。

该统一控制系统6所执行的统一控制方法具体如下：

步骤1：AD采样得到三相电网电压e_ga、e_gb、e_gc以及三相电网电流i_ga、i_gb、i_gc。

步骤2：锁相环控制得到电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值，判断此均方根值是否满足设定滞环，从而确定是采用锁相环计算的相位还是采用虚拟锁相环计算的相位，用此相位来重新计算电网电压正、负序d、q轴分量e^p _gd、e^p _gq、eⁿ _gd、eⁿ _gq和电网电流d、q轴分量i_gd、i_gq。其中，同时锁相环保存大于1个电网周期的相位和频率信息给到虚拟锁相环使用；虚拟锁相环在判断到电网电压小于某一定值时，虚拟锁相环锁定一个电网周期前的电网电压频率和相位，然后根据固定步长计算出新的电网电压频率和相位。

步骤3：根据三相电网电压的最大值计算得到一个最小的母线电压参考，与设定的最小母线电压参考比较取最大值作为母线电压控制环的参考值U_dc ^*。

步骤4：根据采样得到的母线电压和以及步骤3得到的参考值进行母线电压控制环计算得到有功电流参考值i_gd1 ^*。

步骤5：母线电压控制环的输出i_gd1 ^*，内部限载逻辑控制的输出i_gd2 ^*、i_gq2 ^*，外部指令i_gd3 ^*、i_gq3 ^*，三部分数据根据电网电压正序d轴分量的大小取不同的值，电网电压d轴分量在正常电压范围为，三部分数据取绝对值最小的作为两个电流内环的控制参考i_gd ^*和i_gq ^*。电网电压d轴分量在LVRT范围内按LVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值。电网电压d轴分量在HVRT范围内按HVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值。

步骤6：分别完成有功电流环和无功电流环，两者输出分别叠加有无功电流解耦项次和电网电压正序d、q轴分量e^p _gd、e^p _gq得到电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq。

步骤7：电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq经过park反变换得到αβ轴参考u^* _gαβ，叠加电网电压负序αβ轴分量作为PWM计算模块的输入。

步骤8：PWM计算得到逆变模块的驱动信号，驱动逆变模块完成逆变器有功无功的输出。

结合图1所示，上述统一控制系统包括：

锁相环模块，其用于根据采样的三相电网电压得到当前的相位、频率及电网电压正、负序d、q轴风量，所述锁相环模块还用于保存大于一个电网周期的相位和频率；

虚拟锁相环模块，其用于根据所述锁相环模块提供的大于一个电网周期的相位和频率，在电网电压接近于零的情况下提供连续的相位和频率；

锁相环选择器，其用于使用电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值来选择所述锁相环模块得到的相位还是所述虚拟锁相环提供的相位，并根据选择的相位计算最新的电网电压正、负序d、q轴分量，以及根据采用的三相电网电流得到电网电流d、q轴分量；

母线电压计算器，其用于产生在不同电网电压状态下的母线电压参考；

有功无功计算器，其用于计算不同电网状态下的有无功需求。

该统一控制方法的优点在于：其不用区别电网正常状态、LVRT状态还是HVRT状态，均采用统一的控制结构。其电网状态的判断和不同电网状态下的控制逻辑切换判断采用不同的判断方法，前者使用1/4电网周期滑动均方根值来判断电网电压状态，后者使用瞬时的电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值来判断控制逻辑切换。这种方法既保证了电网状态的快速可靠的检测，又保证了在电网LVRT和HVRT状态下控制响应的快速性。采用虚拟锁相技术解决了电网电压接近零状态下的相位计算不准问题，可有效避免此状态下由于相位误差导致的过流或母线电容过压而使机器停机的问题。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器的统一控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、计算电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ；

B、计算电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ；

C、将所述电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ和所述电网电压参考的d、q轴分量对应的αβ轴参考u^* _gαβ叠加，得到用于驱动逆变模块有功或无功的输出的驱动信号；

所述步骤A中，锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位，通过虚拟锁相环在电网电压小于某一定值时提供相位，根据电网电压的正、负序d、q轴分量判断是否满足设定滞环，若满足，则选择锁相环计算的相位；若不满足，则选择虚拟锁相环提供的相位；用选择的相位重新计算电网电压的负序d、q轴分量，变换得到所述电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ。

2.根据权利要求1所述的统一控制方法，其特征在于，所述锁相环控制还根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的频率，且所述锁相环保存大于一个电网周期的相位和频率信息并提供给所述虚拟锁相环。

3.根据权利要求1所述的统一控制方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

A1、采样得到三相电网电压；

A2、锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位，虚拟锁相环在电网电压接近于零时提供相位，并通过锁相环控制得到电网电压的正、负序d、q轴分量的均方根值；

A3、判断所述均方根值是否满足设定滞环，若满足，则选择锁相环计算的相位；若不满足，则选择虚拟锁相环提供的相位；

A4、用步骤A3选择的相位重新计算电网电压的负序d、q轴分量；

A5、对步骤S4计算得到的电网电压的负序d、q轴分量进行park反变换得到电网电压负序αβ轴的分量eⁿ _gαβ。

4.根据权利要求3所述的统一控制方法，其特征在于， 所述步骤A2中，锁相环根据采样得到的三相电网电压计算得到电网电压当前的相位和频率，且保存大于一个电网周期的相位和频率信息并提供给虚拟锁相环；虚拟锁相环在判断到电网电压小于某一定值时，虚拟锁相环锁定一个电网周期前的电网电压频率和相位，根据固定步长计算出新的电网电压频率和相位。

5.根据权利要求3所述的统一控制方法，其特征在于，所述步骤A1中，还采样得到三相电网电流；所述步骤A4中，用步骤A3选择的相位计算电网电压的正、负序d、q轴分量，并根据采样的三相电网电流得到电网电流的d、q轴分量。

6.根据权利要求1所述的统一控制方法，其特征在于，所述步骤B中，电网电压d轴分量在LVRT范围内按LVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，电网电压d轴分量在HVRT范围内按HVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，进行有功电流环计算和无功电流环计算，两者的输出分别叠加有无功电流解耦项次和电网电压正序d、q轴分量得到电网电压参考的d、q轴分量，经过变换得到对应的αβ轴参考u^* _gαβ。

7.根据权利要求6所述的统一控制方法，其特征在于，所述步骤B中，在有功电流参考值、内部限载逻辑控制输出的电流参考值及外部指令电流参考值中，根据电网电压正序d轴分量的大小取不同的值，并选取绝对值最小的分别作为有功电流环和无功电流环的控制参考电流。

8.根据权利要求6所述的统一控制方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

B1、根据三相电网电压的最大值计算得到一个最小的母线电压参考，与设定的最小母线电压参考比较取最大值作为母线电压控制环的参考值^*；

B2、根据采样得到的母线电压和步骤B1得到的参考值进行母线电压控制环计算，得到有功电流参考值i_gd1；

B3、将所述有功电流参考值i_gd1、内部限载逻辑控制输出的电流参考值i_gd2 ^*、i_gq2 ^*及外部指令电流参考值i_gd3 ^*、i_gq3 ^*根据电网电压正序d轴分量的大小取不同的值，并选取绝对值最小的分别作为有功电流环和无功电流环的控制参考电流i_gd ^*、i_gq ^*；

B4、电网电压d轴分量在LVRT范围内按LVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值；电网电压d轴分量在HVRT范围内按HVRT安规要求计算得到无功指令i_gq ^*，有功指令i_gd ^*为内部设定值；

B5、分别完成有功电流环计算和无功电流环计算，两者的输出分别叠加有无功电流解耦项次和电网电压正序d、q轴分量e^p _gd、e^p _gq得到电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq；

B6、电网电压参考的d、q轴分量u^* _gd、u^* _gq经过park反变换得到αβ轴参考u^* _gαβ。

9.一种光伏逆变器的统一控制系统，其特征在于，所述统一控制系统用于执行如权利要求1-8任一项所述的统一控制方法。

10.根据权利要求9所述的统一控制系统，其特征在于，所述统一控制系统包括：

锁相环模块，其用于根据采样的三相电网电压得到当前的相位、频率及电网电压正、负序d、q轴风量，所述锁相环模块还用于保存大于一个电网周期的相位和频率；

虚拟锁相环模块，其用于根据所述锁相环模块提供的大于一个电网周期的相位和频率，在电网电压小于某一定值的情况下提供连续的相位和频率；

锁相环选择器，其用于使用电网电压正、负序d、q轴分量的均方根值来选择所述锁相环模块得到的相位还是所述虚拟锁相环提供的相位，并根据选择的相位计算最新的电网电压正、负序d、q轴分量，以及根据采用的三相电网电流得到电网电流d、q轴分量；

母线电压计算器，其用于产生在不同电网电压状态下的母线电压参考；

有功无功计算器，其用于计算不同电网状态下的有无功需求。