CN112994120B - 一种逆变系统、逆变器及其无功控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种逆变系统、逆变器及其无功控制方法，该方法在接收到无功调度指令后，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛区间；若判断结果为溢出，则对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，以使逆变器运行在正常电压范围内；其中，预设门槛电压区间位于逆变器的保护阈值上下限之间；也即，本申请能够在逆变器无功功率调度过程中，通过端口电压与预设门槛电压区间之间的大小关系，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，将逆变器的最大无功调度能力限制在逆变器的保护阈值的限值范围内，以避免过度调度无功功率导致的逆变器端口电压下降，减少了端口电压的震荡和保证了电网的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及逆变技术领域，具体涉及一种逆变系统、逆变器及其无功控制方法。
背景技术
随着化石能源的枯竭，环境污染日益严重，人类对太阳能、风能及生物能等不可再生的清洁能源重视程度逐渐提高，而光伏并网发电系统是太阳能发电系统中的一种重要形式，其不仅能够缓解电量的使用需求，还能确保环境得到保护，从而得到了广泛的应用。作为光伏并网发电系统中的主要器件，逆变器能将光伏组件输出的直流电能转换成交流电能，转变成交流电能后可通过并网变压器馈入电网。
目前，随着光伏发电技术的不断发展，逆变器的应用场合也越来越多，面临的电网环境也越复杂，这对逆变器的适应能力提出了新需求。尤其是在逆变器的网侧调度过程中，当逆变器的无功功率超过电网容量允许值后，可能会导致电网电压低于或者高于逆变器的正常运行值。其中，当无功功率超过LVRT(Low voltage ride through，低电压穿越)阈值后，会导致逆变器进入LVRT；而超过HVRT(High Voltage Ride Through，高电压穿越)阈值后，会导致逆变器进入HVRT。当逆变器对无功功率进行补偿后，又会导致其退出LVRT或者HVRT。
因此，逆变器在执行无功功率调度过程中，若是调度无功功率过多，会导致其端口电压下降，不仅会引起其端口电压的震荡，还会影响电网的稳定性。
发明内容
对此，本申请提供一种逆变系统、逆变器及其无功控制方法，以解决现有逆变器在执行无功功率调度过程中，会导致其端口电压发生震荡以及影响电网稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明第一方面公开了一种逆变器的无功控制方法，应用于所述逆变器中的控制器，所述无功控制方法包括：
在接收到无功调度指令之后，判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间；
若所述端口电压溢出所述预设门槛电压区间，则对当前电网环境下所述逆变器的最大无功调度能力进行限制，以使所述逆变器运行在正常电压范围内；
其中，所述预设门槛电压区间位于所述逆变器的保护阈值的上下限之间。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述端口电压溢出所述预设门槛电压区间，包括：
所述端口电压高于所述预设门槛电压区间中的最大值；或者，所述端口电压低于所述预设门槛电压区间中的最小值。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述预设门槛电压区间中的最大值小于等于所述保护阈值的上限。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述预设门槛电压区间中的最小值大于等于所述保护阈值的下限。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述保护阈值是依据电网标准限值获取得到的。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述对当前电网环境下所述逆变器的最大无功调度能力进行限制，包括：
获取当前所述逆变器输出的无功功率；
以获取到的无功功率作为当前电网环境下所述逆变器的无功调节限值。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，所述无功调节限值包括：
在所述端口电压高于所述预设门槛电压区间中的最大值时，以当前所述逆变器输出的无功功率作为上限的无功调节限值；以及，
在所述端口电压低于所述预设门槛电压区间中的最小值时，以当前所述逆变器输出的无功功率作为下限的无功调节限值。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，在判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间之后，还包括：
若所述端口电压未溢出所述预设门槛电压区间，则返回执行在接收到无功调度指令后，判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间的步骤。
可选地，在上述的逆变器的无功控制方法中，若所述端口电压未溢出所述预设门槛电压区间，则还包括：
控制所述逆变器以接收到的所述无功调度指令运行。
本发明第二方面公开了一种逆变器，包括：检测模块、逆变电路及控制器；其中：
所述检测模块用于检测所述逆变器网侧的端口电压；
所述检测模块的输出端和所述逆变电路的控制端均与所述控制器相连，并受控于所述控制器；
所述控制器用于执行如第一方面公开的任一项所述的逆变器的无功控制方法。
可选地，在上述的逆变器中，还包括：至少一个直流变换电路，分别设置于所述逆变电路的直流侧，以对相应电源产生的电能进行功率变换。
可选地，在上述的逆变器中，所述检测模块还用于检测所述逆变器直流侧的端口电压和电流，以及，所述逆变器网侧的端口电流。
本发明第三方面公开了一种逆变系统，包括：发电模块以及至少一个如第二方面公开的任一项所述的逆变器；其中：
各所述逆变器的直流侧分别连接至相应的发电模块，以接收所述发电模块产生的电能；
各所述逆变器的网侧分别接入电网。
可选地，在上述的逆变系统中，所述发电模块包括：至少一个光伏阵列；
其中：
各所述逆变器的直流侧分别连接至相应的光伏阵列的两端。
基于上述本发明提供的逆变器的无功控制方法，应用于逆变器中的控制器，该无功控制方法在接收到无功调度指令后，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛区间；若判断结果为溢出，则对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，以使逆变器运行在正常电压范围内；其中，预设门槛电压区间位于逆变器的保护阈值上下限之间；也即，本申请提供的方法，能够在逆变器执行无功功率调度过程中，通过端口电压与预设门槛电压区间之间的大小关系，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，将逆变器的最大无功调度能力限制在逆变器的保护阈值的限值范围内，以避免过度调度无功功率，导致逆变器端口电压下降的发生，减少了端口电压的震荡和保证了电网的稳定性；并且，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制后，还能避免逆变器触发过欠压保护。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种逆变系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种逆变器的无功控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制的流程图；
图4为本申请实施例提供的另一种逆变器的无功控制方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的又一种逆变器的无功控制方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的一种逆变器的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种逆变系统的结构示意图。
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。
首先需要说明的是，经发明人研究发现，在如图1所示的逆变系统中，电网GRID的阻抗可以等效为R+jX。由于电力系统的组成特性，阻抗中感抗X一般大于电阻R，且大部分X/R>3，因此电网的阻抗基本以感抗为主。图中的Rg表示电网中的电阻阻抗部分。
若是忽略有功功率P和电阻R对逆变器Inverter网侧端口电压的影响，可以将逆变器Inverter网侧的端口电压Vt等效为：
其中，Vs为无穷大电网电压值；Q为逆变器输出的无功功率；Xg表示电网阻抗中的感抗部分。
由上述公式可知，在电网阻抗较大，也即相对电网容量较小时，若是逆变器Inverter输出的无功功率Q过大，可能会导致逆变器Inverter端口电压超过逆变器Inverter的保护阈值的上限，从而触发HVRT或者过压保护；若是逆变器Inverter输出的无功功率Q过小，可能会导致逆变器Inverter端口电压低于逆变器的保护阈值的下限，从而触发LVRT或者欠压保护；两者均不利于逆变器Inverter和电网GRID的稳定运行。
因此，本实施例提供了一种逆变器的无功控制方法，以解决逆变器在执行无功功率调度过程中，会导致其端口电压发生震荡以及影响电网稳定性的问题。
该逆变器的无功控制方法应用于逆变器中的控制器，请参见图2，该逆变器的无功控制方法主要包括以下步骤：
S101、在接收到无功调度指令之后，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间。
其中，预设门槛电压区间位于逆变器的保护阈值的上下限之间。
需要说明的是，逆变器的保护阈值的上限为逆变器运行在正常电压范围内的最大值，超过保护阈值的上限后，将会触发HVRT或者过压保护。逆变器的保护阈值的下限为逆变器运行在正常电压范围内的最小值，低于该保护阈值的下限后，将会触发LVRT或者欠压保护。
可以理解的是，可以将逆变器的保护阈值的上下限看作逆变器正常运行时所处的电压范围，一旦电压超过该范围，逆变器会进入非正常运行状态。
实际应用中，逆变器的保护阈值与逆变器所在地电网标准限值相关。其中，该保护阈值一般是根据逆变器所在地的电网标准限值获取得到的。具体的，可以依据电网标准限值中的上限得到该保护阈值的上限，依据电网标准限值中的下限得到该保护阈值的下限。
需要说明的是，本申请对获得逆变器的保护阈值的具体方式不作限定，无论采用何种方式，均属于本申请的保护范围。
实际应用中，该预设门槛电压区间中的最大值小于等于逆变器的保护阈值的上限。预设门槛电压区间中的最小值大于等于逆变器的保护阈值的下限。
假设逆变器的保护阈值的上限为Vmax，保护阈值的下限为Vmin，预设门槛电压的最大值为VH，预设门槛电压的最小值为VL，则存在以下数学关系：VH≤Vmax；VL≥Vmin。两者的具体取值不做限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。
实际应用中，执行步骤S101中判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间的具体过程可以是：判断端口电压是否大于预设门槛电压中的最大值，或，小于预设门槛电压中的最小值。
若端口电压溢出预设门槛电压区间，也即判断出逆变器网侧的端口电压大于预设门槛电压区间的最大值，或，小于预设门槛电压中的最小值，则执行步骤S102。
S102、对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，以使逆变器运行在正常电压范围内。
实际应用中，可通过图3示出的具体方式，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，具体过程如下：
S201、获取当前逆变器输出的无功功率。
实际应用中，可以通过逆变器自身中的采集设备获取相应的检测参数，然后对其进行运算处理后，得到当前的无功功率，也可以是采用当前时刻所遵循的无功调度指令里的无功功率；当然，还可以通过现有的其他方式获得，本申请对获取当前逆变器输出的无功功率的方式不作限定，均属于本申请的保护范围。
S202、以获取到的无功功率作为当前电网环境下逆变器的无功调节限值。
实际应用中，无功调节限值主要包括：在端口电压高于预设门槛电压区间中的最大值时，以当前逆变器输出的无功功率作为上限的无功调节限值；以及，在端口电压低于预设门槛电压区间中的最小值，以当前逆变器输出的无功功率作为下限的无功调节限值。
需要说明的是，当端口电压大于预设门槛电压区间中的最大值后，即说明逆变器的端口电压即将或者已经达到保护阈值的上限，此时为了避免逆变器继续以接收到的无功调度指令运行会使端口电压继续增大，导致逆变器进入HVRT或者过压保护状态，需要限制逆变器不再增加无功功率，而是以当前逆变器输出的无功功率作为当前电网环境下的逆变器的无功调节限值的上限。
而当端口电压小于预设门槛电压中的最小值后，即说明逆变器的端口电压即将或者已经达到保护阈值的下限，此时为了避免逆变器继续以接收到的无功调度指令运行会使端口电压继续减小，导致逆变器进入LVRT或者欠压保护状态，需要限制逆变器不再减少无功功率，而是以当前逆变器输出的无功功率作为当前电网环境下的逆变器的无功调节限值的下限。
基于上述原理，在本实施例提供的方法，能够在逆变器执行无功功率调度过程中，通过端口电压与预设门槛电压区间之间的大小关系，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，将逆变器的最大无功调度能力限制在逆变器的保护阈值的限值范围内，以避免过度调度无功功率，导致逆变器端口电压下降的发生，减少了端口电压的震荡和保证了电网的稳定性；并且，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制后，还能避免逆变器触发过欠压保护。
并且，本申请还能在逆变器接收无功调度指令后，基于其网侧端口电压检测值做实时判断，当端口电压溢出预设门槛电压区间时，按照当前对应的无功量对逆变器网侧调度无功量进行限制，防止因为调度过多无功导致逆变器无法正常运行。
再者，本申请通过在逆变器的控制器增加一个电压保护逻辑后，当逆变器因以接收到的无功调度指令运行所导致端口电压超过正常运行范围时，通过限制无功指令范围的方式，能够达到限制逆变器网侧端口电压范围的目的。
另外，本申请通过端口电压与预设门槛电压区间之间的大小关系，对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制后，还能够确保逆变器运行在正常电压范围内，并且获得最大无功支持能力，从而平衡了逆变器正常运行电压范围和最大无功功率输出能力之间的矛盾关系。
可选地，在本申请提供的另一实施中，请参见图4，在执行步骤S101中，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间之后，若端口电压未溢出预设门槛电压区间，则还包括：返回执行在接收到无功调度指令后，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间的步骤，也即，返回执行步骤S101。
实际应用中，当端口电压未溢出预设门槛电压区间，也即端口电压介于预设门槛电压中最大值与预设门槛电压中最小值之间时，返回执行步骤S101，能够在接收到新的无功调度指令之后，对逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间进行判断，以便再次判断出端口电压溢出预设门槛电压区间之后，及时对当前电网环境下逆变器的最大无功调度能力进行限制，保证逆变器始终运行在正常电压范围内。
可选地，在本申请提供的另一实施中，请参见图5，在执行步骤S101中，判断逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间之后，若判断出端口电压未溢出预设门槛电压区间，则还包括：
S301、控制逆变器以接收到的无功调度指令运行。
需要说明的是，当判断出端口电压未溢出预设门槛电压区间之后，也即说明逆变器的端口电压还未超过保护阈值，逆变器可以以接收到的无功调度指令运行，无需对逆变器的最大无功调度能力进行限制。
可选地，在上述的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种逆变器，如图6所示，该逆变器主要包括：检测模块101、逆变电路102及控制器103。
其中：
检测模块101用于检测逆变器网侧的端口电压。
检测模块101的输出端和逆变电路102的控制端均与控制器103相连，并受控于控制器103。
需要说明的是，图6中逆变电路102仅以单相逆变为例进行展示，但在实际应用中，逆变电路102中也可以为三相逆变形式。视具体应用环境而定即可，均属于本申请的保护范围。
控制器103用于执行如上述任一实施例所述的逆变器的无功控制方法。
实际应用中，检测模块101可以实时对逆变器网侧的端口电压进行检测，控制器103可以根据检测模块101实时获得的检测数据，判断端口电压与预设门槛电压之间的大小关系，从而实现对逆变器的无功控制。
需要说明的是，逆变器中的检测模块101还用于检测逆变器直流侧的端口电压和电流，以及，逆变器网侧的端口电流。
当然，关于逆变器中检测模块101、逆变电路102及控制器103的相关说明并不仅限于上述，还可以参见现有技术，本申请不再赘述。
还需要说明的是，该逆变器的控制器103所执行的无功控制方法可参见上述实施例，在此不再一一赘述。
可选地，实际应用中，逆变器还包括：至少一个直流变换电路(未进行图示)，分别设置于逆变电路的直流侧，以对相应电源产生的电能进行功率变换。
需要说明的是，关于逆变器中直流变换电路的相关说明还可参见现有技术，本申请不再赘述。
可选地，在上述的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种逆变系统，如图7所示，该逆变系统主要包括：发电模块201以及至少一个上述实施例所述的逆变器202(图7仅以一个逆变器为例)。其中：
各逆变器202的直流侧分别连接至相应的发电模块201，以接收发电模块201所产生的电能。
各逆变器202的网侧分别接入电网GIRD。
实际应用中，若该逆变系统为光伏逆变系统，则该发电模块201可以包括：至少一个光伏阵列；其中：各逆变器202的直流侧分别连接至相应的光伏阵列的两端。
需要说明的是，该发电模块201的具体形式并不仅限于上述，其还可为储能模块，当然还可以是现有其他的电源，本申请对发电模块201的具体类型不作限定，均属于本申请的保护范围。
还需要说明的是，关于逆变系统中逆变器的具体执行过程及工作原理，详情参见上述实施例提供的逆变器中的相应部分，在此不再一一赘述。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (12)
1.一种逆变器的无功控制方法，其特征在于，应用于所述逆变器中的控制器，所述无功控制方法包括：
在接收到无功调度指令之后，判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间；
若所述端口电压溢出所述预设门槛电压区间，则对当前电网环境下所述逆变器的最大无功调度能力进行限制，以使所述逆变器运行在正常电压范围内；
其中，所述预设门槛电压区间位于所述逆变器的保护阈值的上下限之间；
其中，所述对当前电网环境下所述逆变器的最大无功调度能力进行限制，包括：
获取当前所述逆变器输出的无功功率；
以获取到的无功功率作为当前电网环境下所述逆变器的无功调节限值；
所述无功调节限值包括：
在所述端口电压高于所述预设门槛电压区间中的最大值时，以当前所述逆变器输出的无功功率作为上限的无功调节限值；以及，
在所述端口电压低于所述预设门槛电压区间中的最小值时，以当前所述逆变器输出的无功功率作为下限的无功调节限值。
2.根据权利要求1所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，所述端口电压溢出所述预设门槛电压区间，包括：
所述端口电压高于所述预设门槛电压区间中的最大值；或者，所述端口电压低于所述预设门槛电压区间中的最小值。
3.根据权利要求2所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，所述预设门槛电压区间中的最大值小于等于所述保护阈值的上限。
4.根据权利要求2所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，所述预设门槛电压区间中的最小值大于等于所述保护阈值的下限。
5.根据权利要求1所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，所述保护阈值是依据电网标准限值获取得到的。
6.根据权利要求1-5任一项所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，在判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间之后，还包括：
若所述端口电压未溢出所述预设门槛电压区间，则返回执行在接收到无功调度指令后，判断所述逆变器网侧的端口电压是否溢出预设门槛电压区间的步骤。
7.根据权利要求6所述的逆变器的无功控制方法，其特征在于，若所述端口电压未溢出所述预设门槛电压区间，则还包括：
控制所述逆变器以接收到的所述无功调度指令运行。
8.一种逆变器，其特征在于，包括：检测模块、逆变电路及控制器；其中：
所述检测模块用于检测所述逆变器网侧的端口电压；
所述检测模块的输出端和所述逆变电路的控制端均与所述控制器相连，并受控于所述控制器；
所述控制器用于执行如权利要求1-7任一项所述的逆变器的无功控制方法。
9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，还包括：至少一个直流变换电路，分别设置于所述逆变电路的直流侧，以对相应电源产生的电能进行功率变换。
10.根据权利要求8或9所述的逆变器，其特征在于，所述检测模块还用于检测所述逆变器直流侧的端口电压和电流，以及，所述逆变器网侧的端口电流。
11.一种逆变系统，其特征在于，包括：发电模块以及至少一个如权利要求8-10任一项所述的逆变器；其中：
各所述逆变器的直流侧分别连接至相应的发电模块，以接收所述发电模块产生的电能；
各所述逆变器的网侧分别接入电网。
12.根据权利要求11所述的逆变系统，其特征在于，所述发电模块包括：至少一个光伏阵列；其中：
各所述逆变器的直流侧分别连接至相应的光伏阵列的两端。
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