CN115224735A - 一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置 - Google Patents

一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置，包括：多个光伏阵列、多个光伏并网逆变器、直流汇集线路、升压变压器，每个光伏并网逆变器均由六个桥臂组成，其中，每个桥臂均包括：多个光伏子模块；每个光伏子模块均包括前级MMC换流器子模块及后级DC‑DC变换器。当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力，确保故障穿越期间光伏MPPT控制不完全失效，抑制电网电压跌落时光伏子模块过电压，实现光伏并网系统交流故障穿越。

Description

一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置。
背景技术
光伏发电系统主要由吸收太阳能辐射并转换为直流电能的光伏组件、把直流电能转换为交流电能的光伏逆变器以及相关的电缆和配套设施等部分构成，光伏逆变器是整个光伏发电系统的核心部分。目前技术相对成熟的是两电平和三电平光伏逆变器。随着技术的不断发展以及对逆变器性能要求的提高，光伏逆变器正在朝着多电平技术方向发展。电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)是柔性直流输电系统(VSC-HVDC)的核心设备。在其众多拓扑中，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有模块化易扩展、多电平谐波少等特点，可以满足多电平光伏并网逆变器的技术应用需求。
在大型光伏发电并网系统中，光伏阵列的数量数以万计。将光伏发电与模块化多电平换流器技术进行结合，既可以提高实现各个子模块单元的独立控制，最大限度地提高光伏阵列的太阳能利用率，让其尽可能工作在最大功率状态，将会大幅度提高光伏系统的发电效率，且多电平逆变器又可以实现多电平电压输出改善并网质量。相比同等规模的传统光伏交流并网系统，基于模块化多电平换流器的光伏直流并网系统极大地减少了并网逆变器数量，提升了系统运行稳定性。光伏并网系统故障穿越技术是保障大规模光伏接入后整个电网安全稳定运行的关键，如何协同MMC与模块化的光伏发电单元共同实现故障穿越是亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于如何协同MMC与模块化的光伏发电单元共同实现故障穿越是亟待解决的问题，从而提供一种光伏并网系统及其交流故障穿越方法与装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种光伏并网系统，包括：多个光伏阵列、多个光伏并网逆变器、直流汇集线路、升压变压器，其中，每个光伏并网逆变器的直流侧均通过直流汇集线路连接多个光伏阵列，每个光伏并网逆变器的交流侧通过升压变压器与交流系统连接；每个光伏并网逆变器均由六个桥臂组成，其中，每个桥臂均包括：多个光伏子模块；每个光伏子模块的直流侧与一个光伏阵列连接，每个光伏子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接；当所述光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
在一实施例中，每个光伏子模块均包括：前级MMC换流器子模块及后级DC-DC变换器；后级DC-DC变换器的低压侧与一个光伏阵列连接，后级DC-DC变换器的高压侧与前级MMC换流器子模块的直流侧连接；前级MMC换流器子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。
第二方面，本发明实施例提供一种光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，应用于第一方面的光伏并网系统，方法包括：判断光伏并网系统是否发生交流故障；当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
在一实施例中，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力的过程，包括：根据光伏并网低电压穿越标准生成无功电流参考指令后，利用功率外环控制及电流内环控制，对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制；基于MPPT控制环节，得到光伏阵列输出功率参考值；利用桥臂级控制及子模块级控制对光伏阵列输出功率参考值进行修正后，利用功率控制，得到后级DC-DC变换器的占空比。
在一实施例中，对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制的过程，包括：计算六个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值减去实际值的偏差值，将差值经过PI转换后得到有功电流参考指令；将有功电流参考指令、无功电流参考指令进行限幅，得到有功电流控制指令、无功电流控制指令；将有功电流控制指令、无功电流控制指令输入至电流内环，得到前级MMC换流器子模块的桥臂调制波；基于桥臂调制波，利用预设调制方法，得到前级MMC换流器子模块的开关序列。
在一实施例中，得到后级DC-DC变换器的占空比的过程，包括：基于光伏阵列输出电压测量值和输出电流测量值，利用MPPT控制器，得到光伏阵列输出电压参考值；将光伏阵列输出电压参考值与光伏阵列输出电压测量值作差，差值经过PI转换后得到光伏阵列输出功率参考值；利用桥臂级控制及子模块级控制输出的单个光伏子模块输出功率修正值，对光伏阵列输出功率参考值进行修正；将修正后的光伏阵列输出功率参考值与光伏阵列输出功率实际值的作差，将差值经过PI转换后得到后级DC-DC变换器的占空比，以调节后级DC-DC变换器出力。
在一实施例中，桥臂级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：判断单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值；当单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值时，将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值减去参考值的偏差值，经过PI转换并乘以功率分配比例系数后，得到该桥臂每个光伏子模块输出功率修正值。
在一实施例中，子模块级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值除以该桥臂光伏子模块数，得到该桥臂光伏子模块电容电压平均值；判断该桥臂每个光伏子模块电容电压测量值是否大于平均值；当光伏子模块电容电压测量值大于平均值时，将该光伏子模块电容电压测量值减去平均值的偏差值，经过PI转换并乘以功率修正比例系数后，得到该桥臂单个光伏子模块输出功率修正值。
第三方面，本发明实施例提供一种光伏并网系统的交流故障穿越装置，包括：判断模块，用于判断光伏并网系统是否发生交流故障；三级控制模块，用于当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第二方面的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
第五方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第二方面的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的光伏并网系统，每个光伏并网逆变器的直流侧均通过直流汇集线路连接多个光伏阵列，每个光伏并网逆变器的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。每个光伏并网逆变器均由六个桥臂组成，其中，每个桥臂均包括：多个光伏子模块；每个光伏子模块的直流侧与一个光伏阵列连接，每个光伏子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。每个光伏子模块均包括：前级MMC换流器子模块及后级DC-DC变换器构成；后级DC-DC变换器的低压侧与一个光伏阵列连接，后级DC-DC变换器的高压侧与前级MMC换流器子模块的直流侧连接；前级MMC换流器子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力，确保故障穿越期间光伏MPPT控制不完全失效，同时抑制电网电压跌落时光伏子模块过电压，实现光伏并网系统交流故障穿越。
2.本发明提供的光伏并网系统的交流故障穿越方法，在不闭锁直流变压器，并且不增加任何额外硬件设施的情况下，当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力，确保故障穿越期间光伏MPPT控制不完全失效，同时抑制电网电压跌落时光伏子模块过电压，实现光伏并网系统交流故障穿越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中光伏并网系统的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例中光伏子模块的具体拓扑图；
图3为本发明实施例中光伏并网系统的交流故障穿越方法的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例中光伏并网系统的交流故障穿越方法的另一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例中光伏换流器级控制的一个具体示例的流程图；
图6为本发明实施例中光伏换流器级控制的控制框图；
图7为本发明实施例中故障穿越期间电网侧交流系统无功电流支撑仿真效果图；
图8为本发明实施例中光伏并网系统的交流故障穿越方法的另一个具体示例的流程图；
图9为本发明实施例中光伏子模块出力逐级分层控制的控制框图；
图10为本发明实施例中光伏并网系统交流故障穿越仿真效果图；
图11为本发明实施例中光伏并网系统的交流故障穿越方法的一个具体示例的组成图；
图12为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种光伏并网系统，如图1所示，包括：多个光伏阵列、多个光伏并网逆变器、直流汇集线路、升压变压器，其中，每个光伏并网逆变器的直流侧均通过直流汇集线路连接多个光伏阵列，每个光伏并网逆变器的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。
可选地，如图1所示，每个光伏并网逆变器均由六个桥臂组成，其中，每个桥臂均包括：多个光伏子模块(图1中的PVSM)；每个光伏子模块的直流侧与一个光伏阵列连接，每个光伏子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。
可选地，如图2所示，每个光伏子模块均包括：前级MMC换流器子模块及后级DC-DC变换器构成；后级DC-DC变换器的低压侧与一个光伏阵列连接，后级DC-DC变换器的高压侧与前级MMC换流器子模块的直流侧连接；前级MMC换流器子模块的交流侧通过升压变压器与交流系统连接。
具体地，多个前级MMC换流器子模块串联组成桥臂后与交流系统连接，用于将DC/DC变换器升压变换后的直流电压转换为交流电压。其中，MMC换流器子模块可以采用半桥子模块(Half-Bridge Sub-Module，HBSM)或全桥子模块(Full-Bridge Sub-Module，FBSM)或多种子模块混合连接的混合型子模块(Hybrid Sub-Module，HSM)等拓扑结构，图2中用全桥子模块拓扑结构进行示意。后级DC/DC变换器与光伏阵列连接，用于对光伏电池板输出的直流电压进行升压变换。其中，DC/DC变换器可以采用单向有源桥(Single Active Bridge,SAB)或双向有源桥(Dual Active Bridge,DAB)或Boost等拓扑结构，图2中用SAB拓扑结构的DC/DC变换器进行示意。
实施例2
本发明实施例提供一种光伏并网系统的交流故障穿越方法，应用于实施例1的光伏并网系统，如图3所示，方法包括：
步骤S11：判断光伏并网系统是否发生交流故障。
具体地，当电网发生故障时，获取电网侧交流系统电压测量值。计算电网侧交流系统电压参考值减去测量值的偏差值，将该偏差值作为光伏并网系统交流故障穿越判据。当该偏差值处于光伏系统接入电力系统导则规定的电压跌落范围时，则生成故障穿越信号，该故障穿越信号用于实施光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制。其中，电网侧交流系统电压参考值根据光伏直流并网系统的具体工作情况来设定。
步骤S12：当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
具体地，本发明实施例利用MMC换流器与模块化光伏子模块的协同控制，实现基于模块化多电平换流器的新型光伏直流并网系统交流故障穿越的方法。该方法可以在不闭锁直流变压器，并且不增加任何额外硬件设施的情况下，通过光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制，实现光伏子模块出力的独立调节，确保故障穿越期间光伏MPPT控制不完全失效，同时抑制电网电压跌落时光伏子模块过电压，实现光伏直流并网系统交流故障穿越。
可选地，如图4所示，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力的过程，包括步骤S21～步骤S22，具体如下：
步骤S21：根据光伏并网低电压穿越标准生成无功电流参考指令后，利用功率外环控制及电流内环控制，对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制。
可选地，如图5所示，对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制的过程，包括步骤S31～步骤S34，具体如下：
步骤S31：计算六个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值减去实际值的偏差值，将差值经过PI转换后得到有功电流参考指令。
步骤S32：将有功电流参考指令、无功电流参考指令进行限幅，得到有功电流控制指令、无功电流控制指令。
具体地，前级MMC换流器子模块的控制包含功率外环控制模块和电流内环控制模块。功率外环控制模块包含有功功率类外环和无功功率类外环。有功功率类外环采用直流电压控制，用于维持换流器子模块电容电压稳定，并向交流电网传递光伏系统发出的有功功率，无功功率类外环可采用定无功功率控制或者交流电压控制，用于与电网侧的无功功率交换，支撑并网点的交流系统电压稳定。
步骤S33：将有功电流控制指令、无功电流控制指令输入至电流内环，得到前级MMC换流器子模块的桥臂调制波。
步骤S34：基于桥臂调制波，利用预设调制方法，得到前级MMC换流器子模块的开关序列。
具体地，电流内环控制用于生成控制前级MMC换流器子模块投切的桥臂调制波。故障穿越期间，前级MMC换流器子模块将保持不脱网运行，且将向电网侧交流系统提供无功电流支撑。
示例性地，如图6所示，由MMC换流器(实则为光伏并网逆变器)的功率外环控制模块中的直流电压控制环计算得到有功电流指令id_ref，无功功率控制环计算得到无功电流指令iq_ref，经过限幅后作为电流内环控制模块的控制指令
Figure BDA0003798207970000111
和
Figure BDA0003798207970000112
此环节中，由于故障期间电网电压跌落MMC换流器有功传输能力有限，需要尽可能发挥其作为电压源换流器的优势，优先考虑多发无功，向电网侧交流系统提供无功电流支撑。同时，在保证输出电流不超过光伏变换器电流耐受能力的情况下，再输出有功电流分量，实现并网逆变系统向交流电网传输功率的有效限制。如图7所示，为采用本发明实施例的故障穿越方法，得到的故障穿越期间电网侧交流系统无功电流支撑仿真波形图。
光伏换流器级控制的特征在于，通过计算MMC换流器6个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值usum_ref减去实际值usum的偏差值，经过PI转换后得到有功电流指令id_ref，以实现换流器级光伏出力控制。其中，6个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值usum_ref一般设定为1.0p.u(标幺值)。
步骤S22：基于MPPT控制环节，得到光伏阵列输出功率参考值；利用桥臂级控制及子模块级控制对光伏阵列输出功率参考值进行修正后，利用功率控制，得到后级DC-DC变换器的占空比。
可选地，如图8所示，得到后级DC-DC变换器的占空比的过程，包括包括步骤S41～步骤S44，具体如下：
步骤S41：基于光伏阵列输出电压测量值和输出电流测量值，利用MPPT控制器，得到光伏阵列输出电压参考值。
示例性地，本发明实施例基于图9所示的控制框图得到后级DC-DC变换器的占空比，其中，后级DC-DC变换器的控制包含光伏模块电压控制器和功率控制器。光伏模块电压控制器包含MPPT控制器和电压控制器，MPPT控制器用于获得满足最大功率点跟踪控制的光伏阵列输出电压指令，电压控制器用于根据光伏阵列输出电压指令获得光伏阵列输出功率指令。光伏模块功率控制器用于生成控制后级DC-DC变换器的IGBT器件开关信号的占空比指令。故障穿越期间，后级DC-DC变换器将限制光伏阵列向并网逆变系统输入的有功功率，维持光伏子模块电容电压稳定，避免子模块因过电压而保护。
具体地，图9中，获取光伏阵列输出电压测量值Upv和输出电流测量值Ipv作为MPPT控制器的输入信号，进而通过MPPT控制器计算得到光伏阵列输出电压参考值Upvref。
步骤S42：将光伏阵列输出电压参考值与光伏阵列输出电压测量值作差，差值经过PI转换后得到光伏阵列输出功率参考值。
具体地，图9中，计算光伏阵列输出电压参考值Upvref减去测量值Upv的偏差值。经过PI转换后得到光伏阵列输出功率参考值Ppvref0。
步骤S43：利用桥臂级控制及子模块级控制输出的单个光伏子模块输出功率修正值，对光伏阵列输出功率参考值进行修正。
可选地，桥臂级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：(1)判断单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值；(2)当单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值时，将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值减去参考值的偏差值，经过PI转换并乘以功率分配比例系数后，得到该桥臂每个光伏子模块输出功率修正值。
示例性地，以图9所示控制框图为例，桥臂级控制过程为：判断MMC换流器单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值UFBsum是否大于设置的门槛值UFBsum_lim。若是，则计算MMC换流器单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值UFBsum减去参考值UFBsum_ref的偏差值，经过PI转换并乘以功率分配比例系数K后，得到该桥臂每个光伏子模块输出功率修正值ΔPpv1。若否，则该桥臂光伏子模块输出功率修正值ΔPpv1为零。其中，MMC换流器单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的门槛值UFBsum_lim根据光伏直流并网系统的具体工作情况来设定。MMC换流器单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值UFBsum_ref一般设定为1.0p.u(标幺值)。
桥臂级控制的特征在于，通过计算MMC换流器单个桥臂包含的所有光伏子模块电容电压加和的实际值UFBsum减去参考值UFBsum_ref的偏差值，经过PI转换并乘以功率分配比例系数K，得到单个桥臂中每个光伏模块输出功率修正值ΔPpv2，以实现桥臂级光伏出力控制。
可选地，子模块级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：(1)将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值除以该桥臂光伏子模块数，得到该桥臂光伏子模块电容电压平均值；(2)判断该桥臂每个光伏子模块电容电压测量值是否大于平均值；(3)当光伏子模块电容电压测量值大于平均值时，将该光伏子模块电容电压测量值减去平均值的偏差值，经过PI转换并乘以功率修正比例系数后，得到该桥臂单个光伏子模块输出功率修正值。
示例性地，以图9所示控制框图为例，子模块级控制过程为：将MMC换流器单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值除以该桥臂光伏子模块数，得到该桥臂光伏子模块电容电压平均值Esm_avg。判断该桥臂每个光伏子模块电容电压测量值Esm是否大于平均值Esm_avg。若是，则计算光伏子模块电容电压测量值Esm减去平均值Esm_avg的偏差值，经过PI转换并乘以功率修正比例系数K后，得到该该桥臂单个光伏子模块输出功率修正值ΔPpv2；若否，则光伏阵列输出功率修正值ΔPpv2为零。
子模块级控制的特征在于，通过计算MMC换流器单个光伏子模块电容电压测量值Esm减去平均值Esm_avg的偏差值，经过PI转换并乘以功率修正比例系数K后，得到光伏子模块输出功率修正值ΔPpv1，以实现子模块级光伏出力控制。
步骤S44：将修正后的光伏阵列输出功率参考值与光伏阵列输出功率实际值的作差，将差值经过PI转换后得到后级DC-DC变换器的占空比，以调节后级DC-DC变换器出力。
综合上述，当电网发生故障时，基于图9所示控制框图，故障穿越期间，DC/DC变换器将限制光伏阵列向并网逆变系统输入的有功功率，维持光伏子模块电容电压稳定，避免子模块因过电压而保护。具体包括如下环节：
(1)：获取光伏阵列输出电压测量值Upv和输出电流测量值Ipv作为MPPT控制器的输入信号，进而通过MPPT控制器计算得到光伏阵列输出电压参考值Upvref。
(2)：如图4所示，计算光伏阵列输出电压参考值Upvref减去测量值Upv的偏差值。经过PI转换后得到光伏阵列输出功率参考值Ppvref0。
(3)：将S3中换流器桥臂级控制得到的光伏阵列输出功率修正值ΔPpv1和S4中光伏模块级控制得到的光伏阵列输出功率修正值ΔPpv2共同叠加到(2)得到的光伏阵列输出功率参考值Ppvref0，生成修正后的光伏阵列输出功率参考值Ppvref。
(4)：获取DC/DC变换器输出侧直流母线直流电压测量值Upv_out和DC/DC变换器输出侧直流母线直流电流测量值Ipv_out，将两者相乘计算得到光伏阵列输出功率实际值Pdc。
(5)：计算T3得到的光伏阵列输出功率参考值Ppvref减去(4)得到的光伏阵输出功率实际值Pdc的偏差值。经过PI转换后得到DC/DC变换器的占空比指令Dpv。得到的占空比指令Dpv通过调制生成DC/DC变换器的IGBT器件的开关信号，以控制IGBT器件的通断，进而控制光伏子模块电容电压稳定，实现光伏阵列向并网逆变系统输入功率的有效限制。
如图10所示，为采用本发明实施例所提基于模块化多电平光伏变换器的新型光伏直流并网系统交流故障穿越方法，得到的典型故障穿越仿真波形图。
实施例3
本发明实施例提供一种光伏并网系统的交流故障穿越装置，如图11所示，包括：
判断模块，用于判断光伏并网系统是否发生交流故障；此模块执行实施例1中的步骤S11所描述的方法，在此不再赘述。
三级控制模块，用于当光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力；此模块执行实施例2中的步骤S12所描述的方法，在此不再赘述。
实施例4
本发明实施例提供一种计算机设备，如图12所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例2的光伏并网系统的交流故障穿越方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例2的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图12中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例2中的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例2的光伏并网系统的交流故障穿越方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种光伏并网系统，其特征在于，包括：多个光伏阵列、多个光伏并网逆变器、直流汇集线路、升压变压器，其中，
每个所述光伏并网逆变器的直流侧均通过所述直流汇集线路连接多个所述光伏阵列，每个所述光伏并网逆变器的交流侧通过所述升压变压器与交流系统连接；
每个所述光伏并网逆变器均由六个桥臂组成，其中，每个桥臂均包括：多个光伏子模块；每个所述光伏子模块的直流侧与一个光伏阵列连接，每个所述光伏子模块的交流侧通过所述升压变压器与交流系统连接；
当所述光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
2.根据权利要求1所述的光伏并网系统，其特征在于，每个光伏子模块均包括：
前级MMC换流器子模块及后级DC-DC变换器；
所述后级DC-DC变换器的低压侧与一个光伏阵列连接，所述后级DC-DC变换器的高压侧与所述前级MMC换流器子模块的直流侧连接；
所述前级MMC换流器子模块的交流侧通过所述升压变压器与交流系统连接。
3.一种光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，应用于权利要求2所述的光伏并网系统，所述方法包括：
判断所述光伏并网系统是否发生交流故障；
当所述光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
4.根据权利要求3所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力的过程，包括：
根据光伏并网低电压穿越标准生成无功电流参考指令后，利用功率外环控制及电流内环控制，对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制；
基于MPPT控制环节，得到光伏阵列输出功率参考值；利用桥臂级控制及子模块级控制对所述光伏阵列输出功率参考值进行修正后，利用功率控制，得到后级DC-DC变换器的占空比。
5.根据权利要求4所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述对前级MMC换流器子模块进行光伏换流器级控制的过程，包括：
计算六个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的参考值减去实际值的偏差值，将差值经过PI转换后得到有功电流参考指令；
将有功电流参考指令、无功电流参考指令进行限幅，得到有功电流控制指令、无功电流控制指令；
将有功电流控制指令、无功电流控制指令输入至电流内环，得到前级MMC换流器子模块的桥臂调制波；
基于所述桥臂调制波，利用预设调制方法，得到前级MMC换流器子模块的开关序列。
6.根据权利要求4所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，所述得到后级DC-DC变换器的占空比的过程，包括：
基于光伏阵列输出电压测量值和输出电流测量值，利用MPPT控制器，得到光伏阵列输出电压参考值；
将所述光伏阵列输出电压参考值与光伏阵列输出电压测量值作差，差值经过PI转换后得到光伏阵列输出功率参考值；
利用桥臂级控制及子模块级控制输出的单个光伏子模块输出功率修正值，对所述光伏阵列输出功率参考值进行修正；
将修正后的光伏阵列输出功率参考值与光伏阵列输出功率实际值的作差，将差值经过PI转换后得到后级DC-DC变换器的占空比，以调节后级DC-DC变换器出力。
7.根据权利要求5所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，桥臂级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：
判断单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值；
当单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值是否大于设置的门槛值时，将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值减去参考值的偏差值，经过PI转换并乘以功率分配比例系数后，得到该桥臂每个光伏子模块输出功率修正值。
8.根据权利要求5所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法，其特征在于，子模块级控制得到单个光伏子模块输出功率修正值的过程，包括：
将单个桥臂所有光伏子模块电容电压加和的实际值除以该桥臂光伏子模块数，得到该桥臂光伏子模块电容电压平均值；
判断该桥臂每个光伏子模块电容电压测量值是否大于平均值；
当光伏子模块电容电压测量值大于平均值时，将该光伏子模块电容电压测量值减去平均值的偏差值，经过PI转换并乘以功率修正比例系数后，得到该桥臂单个光伏子模块输出功率修正值。
9.一种光伏并网系统的交流故障穿越装置，其特征在于，包括：
判断模块，用于判断所述光伏并网系统是否发生交流故障；
三级控制模块，用于当所述光伏并网系统发生交流故障时，将光伏换流器级、桥臂级、子模块级分层式三级控制相结合，以独立调节每个光伏子模块出力。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求3-7中任一所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求3-7中任一所述的光伏并网系统的交流故障穿越方法。
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