CN203119498U - 光伏逆变器控制系统 - Google Patents

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易子琛
梁京哲
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Abstract

本实用新型提供一种光伏逆变器控制系统。该光伏逆变器控制系统包括：直流电压检测装置，设置在光伏逆变器的直流侧，用于测量光伏逆变器的直流侧的电压信号；滤波装置，与直流电压检测装置连接，用于滤除电压信号的谐波；反馈控制装置，与滤波装置连接，用于根据滤波后的电压信号向光伏逆变器发送控制信号。本实用新型通过加入硬件滤波装置，降低了光伏逆变器的直流侧信号的波动，滤除了直流侧电压相应产生二次脉动功率，反馈控制装置在实际的电压外环控制中消除了直流电压上的二次脉动，使得控制输出量更加稳定，而且不对电流内环控制造成任何影响，用于网侧不平衡故障时的光伏系统控制，使光伏逆变器具备网侧不平衡故障穿越能力的特性。

Description

光伏逆变器控制系统
技术领域
本实用新型涉及可再生能源发电领域，具体而言，涉及一种光伏逆变器控制系统。
背景技术
伴随着可再生能源接入电网容量的扩大，越来越多的国家如丹麦、西班牙、德国、美国及中国开始对分布式能源接入电网电能质量进行更加严格的控制，对可再生能源电能质量的要求不断提高。
目前，国内多数集中式光伏电站的规模都在10MW以上，单台逆变器功率为500kW，逆变器的输出直接与中压电网（10kV或35kV电网）相连接，从而光伏电站接入的电能会对电网的电能质量及稳定性产生较大的影响。基于以上原因，国家电网公司于2011年颁发了两个光伏发电对电网电能质量影响的标准：Q/GDW617-2011《光伏电站接入电力系统技术规定》及Q/GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》。
上述标准根据国家电网公司的要求对低电压穿越（Low voltage ride through，LVRT）性能进行了严格规范。Q/GDW617-2011标准中要求大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力，具体规定如图1所示，光伏电站并网点考核电压全部在分割线L1及分割线L1以上的区域内时，光伏电站应保证不间断并网运行；否则，光伏电站停止向电网线路送电。也就是由于电网故障引起电压跌落至电压标幺值pu=0.2时，1s时间内，不允许光伏电站退网，1s至3s中时间内，允许光伏电站切出电网的电压值逐渐升高。电网电压标幺值为0.9及以上时不允许光伏电站切出电网。同时以上标准还要求在电网故障恢复时，光伏电站应迅速恢复最大工作点。标准中虽然对于故障期间的电能质量虽然未作明确规定，但是故障期间的并网电能质量会影响到允许标准通过的判定。
当电网发生不对称跌落时，逆变器的交流并网侧会有二次脉动功率产生，使用现有的逆变器控制系统，以上二次脉动功率会严重影响并网的电流质量，导致光伏电站的输出不能满足以上国家电网公司的要求。
图2是现有技术光伏逆变器控制系统的示意图，电压dq变换器采集电网三相电压并相应转换为dq电压矢量Ud、Uq发送给反馈控制装置，电流dq变换器采集电网三相电流并相应转换为dq电流矢量Id、Iq发送给反馈控制装置，同时反馈控制装置获取光伏逆变器直流侧电压Udc，反馈控制装置根据以上实时测量的信号向光伏逆变器发送控制信号。光伏逆变器在反馈控制装置的控制下将直流电能转换为符合接入电网要求的三相交流电能。
使用现有技术的现有技术光伏逆变器控制系统存在着以下问题：当电网发生不对称跌落时，并网侧会有二次脉动功率产生，由于功率平衡，逆变器直流输入侧功率与交流输出侧功率相等，因此直流侧电压Udc相应产生二次脉动功率，当采用传统的双闭环控制方法时，反馈控制装置生成的控制指令也含有大量二次谐波；控制指令的二次脉动会进一步影响到电流内环的控制，使得并网电流质量受到严重影响，关于以上问题，相关文件中已有详细的说明。
针对现有技术中三相电网不平衡跌落时产生二次脉动严重影响光伏接入电能质量的问题，尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种光伏逆变器控制系统，以解决现有技术中三相电网不平衡跌落时产生二次脉动严重影响光伏接入电能质量的问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种光伏逆变器控制系统。该光伏逆变器控制系统包括：直流电压检测装置，设置在光伏逆变器的直流侧，用于测量光伏逆变器的直流侧的电压信号；滤波装置，与直流电压检测装置连接，用于滤除电压信号的谐波；反馈控制装置，与滤波装置连接，用于根据滤波后的电压信号向光伏逆变器发送控制信号。
进一步地，上述滤波装置为带阻滤波器，带阻滤波器的阻带中心频率为二次谐波频率。
进一步地，上述带阻滤波器为有源带阻滤波器。
进一步地，上述滤波装置还可为低通滤波器，低通滤波器的截止频率高于基波频率。
进一步地，本实用新型提供的光伏逆变器控制系统还包括：附加直流电容，设置在光伏逆变器的直流侧。
进一步地，附加直流电容的电容值的取值范围为光伏逆变器直流电容容值的2至5倍。
进一步地，反馈控制装置包括：最大功率点跟踪控制器，与滤波装置连接，用于根据滤波后的电压信号生成第一电流控制指令。
进一步地，反馈控制装置还包括：第一比例积分控制器，与最大功率点跟踪控制器连接，用于根据第一电流控制指令向光伏逆变器发送第一电压控制指令。
进一步地，本实用新型提供的光伏逆变器控制系统还包括：电压dq变换器，与反馈控制装置和光伏逆变器的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电压相应转换为dq电压矢量并发送反馈控制装置；电流dq变换器，与反馈控制装置和光伏逆变器的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电流相应转换为dq电流矢量并发送反馈控制装置。
应用本实用新型的技术方案，光伏逆变器控制系统通过加入硬件滤波装置，从根本上降低了光伏逆变器的直流侧信号的波动，滤除了直流侧电压Udc相应产生二次脉动功率，从而反馈控制装置在实际的电压外环控制中消除了直流电压上的二次脉动，使得控制输出量更加稳定，而且不对电流内环控制造成任何影响，从而优化了并网电流质量，未对光伏逆变器的控制核心算法进行改变，结构简单，解决了光伏逆变器因三相电网不平衡跌落时产生二次脉动严重影响光伏电站接入电能质量的问题，使光伏逆变器具备网侧不平衡故障穿越能力的特性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是现有技术中对大中型光伏逆变器低电压穿越性能要求的示意图；
图2是现有技术光伏逆变器控制系统的示意图；
图3是根据本实用新型第一实施例的光伏逆变器控制系统的结构图；
图4是根据本实用新型第二实施例的光伏逆变器控制系统的结构图；
图5是根据本实用新型实施例的光伏逆变器控制系统中反馈控制装置的示意图。
在以上附图中，11为光伏逆变器，12为反馈控制装置，13为滤波装置，14为直流电压检测装置，15为电流dq变换器，16为电压dq变换器，Cdc为逆变器直流电容，Cdc2为附加直流电容。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器控制系统，图3是根据本实用新型第一实施例的光伏逆变器控制系统的结构图，如图3示，该光伏逆变器控制系统包括：直流电压检测装置14，设置在光伏逆变器11的直流侧，用于测量光伏逆变器11的直流侧的电压信号Udc；滤波装置13，与直流电压检测装置14连接，用于滤除电压信号的谐波；反馈控制装置12，与滤波装置13连接，用于根据滤波后的电压信号向光伏逆变器11发送控制信号。
本实用新型实施例的光伏逆变器控制系统通过加入硬件滤波装置13，从根本上降低了光伏逆变器11的直流侧信号的波动，滤除了直流侧电压Udc相应产生二次脉动功率，从而反馈控制装置12在实际的电压外环控制中消除了直流电压上的二次脉动，使得控制输出量更加稳定，而且不对电流内环控制造成任何影响，从而优化了并网电流质量，未对光伏逆变器11的控制核心算法进行改变，解决了三相电网不平衡跌落时产生二次脉动严重影响光伏电站接入电能质量的问题。
上述滤波装置13的具体形式可以为带阻滤波器或者低通滤波器。使用带阻滤波器的情况下，该带阻滤波器的阻带中心频率为二次谐波的频率（100Hz或120Hz），从而滤除二次谐波脉动的影响。优选地，可以使用为有源带阻滤波器。
使用低通滤波器的情况下，低通滤波器的截止频率高于基波频率，使滤波器的不会影响基波信号的测量。
优选地，还可以在逆变器直流侧的直流母线上增加额外的电容来进一步吸收二次功率，图4是根据本实用新型第二实施例的光伏逆变器控制系统的结构图，如图4所示，第二实施例的光伏逆变器11在第一实施例的基础上增加了附加直流电容Cdc2，设置在光伏逆变器11的直流侧。直流母线加入附加直流电容Cdc2后，二次功率可以被电容所吸收，电容上的电压波动会随电容容值的增加而减弱，这样便可以起到消弱二次功率脉动对并网电流影响的作用。
实际上，现有逆变器的直流侧一般配置有逆变器直流电容Cdc，但是容值一般比较小，以500kW逆变器为例，一般该直流电容容值在10000uF，这样的电容量不足以吸收二次脉动功率，因此，在本实施例中增加了附加直流电容Cdc2，但是由于电容器的占地面积、经济性以及调整响应速度的原因，以上附加直流电容的电容值也不可过大。附加直流电容的电容值的取值范围为原有光伏逆变器11直流电容容值的2至5倍，即在500kW逆变器中，附加直流电容值为20000uF至50000uF。
图5是根据本实用新型实施例的光伏逆变器控制系统中反馈控制装置的示意图，如图所示，该反馈控制装置12包括：最大功率点跟踪控制器，与滤波装置13连接，用于根据滤波后的电压信号生成第一电压控制指令。最大功率点跟踪控制器（Maximum Power Point TrackingController，MMPT Controller）通过测量比较不同直流电压下的太阳能池板的输出功率输出最大工作功率点电压UMPPT*，通过直流控制器和第一比例积分（Proportional integral，PI）控制器，生成第一电流控制指令Id*，最终向光伏逆变器11发送第一电压控制指令Ud*，以保证逆变器直流侧电压Udc需要实时跟踪该最大工作功率点电压Umppt*，从而组成电压外环控制。上述第一比例积分控制器，与最大功率点跟踪控制器连接，用于根据第一电流控制指令Id*向光伏逆变器11发送第一电压控制指令Ud*。
其中，Umppt*是一个指令值，通过测量比较不同直流电压下的太阳能池板的输出功率得到。逆变器直流侧电压Udc需要实时跟踪该最大工作功率点电压Umppt*。本使用新型的技术方案为通过改变输出电流的指令值Id*来实现直流侧电压Udc的跟踪，当Udc大于Umppt*时，增大输出点Id*，相反，当Udc小于Umppt*时，减小输出点Id*。
同时功控制器获取对目标无功功率Q*和实测无功功率Q，通过第二PI控制器向逆变器发送第二电流信号Iq*，组成电流内环控制。光伏逆变器11在电压控制指令Ud*和第二电流信号Iq*的控制下，将光伏电池输出的直流电能逆变为额定电压的交流电能以接入电网。
此外，以上光伏逆变器11采用dq矢量控制，因此，本实用新型实施例的光伏逆变器控制系统还可以包括：电压dq变换器16，与反馈控制装置12和光伏逆变器11的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电压相应转换为dq电压矢量并发送反馈控制装置12；电流dq变换器15，与反馈控制装置12和光伏逆变器11的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电流相应转换为dq电流矢量并发送反馈控制装置12。
应用本实用新型的技术方案，光伏逆变器控制系统通过加入硬件滤波装置，从根本上降低了光伏逆变器的直流侧信号的波动，滤除了直流侧电压Udc相应产生二次脉动功率，从而反馈控制装置在实际的电压外环控制中消除了直流电压上的二次脉动，使得控制输出量更加稳定，而且不对电流内环控制造成任何影响，从而优化了并网电流质量，未对光伏逆变器的控制核心算法进行改变，解决了三相电网不平衡跌落时产生二次脉动严重影响光伏电站接入电能质量的问题。
显然，本领域的技术人员应该明白，本实用新型中所提到的各个装置或控制器均为有确定形状、构造且占据一定空间的实体装置。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光伏逆变器控制系统，其特征在于，包括：
直流电压检测装置，设置在所述光伏逆变器的直流侧，用于测量所述光伏逆变器的直流侧的电压信号；
滤波装置，与所述直流电压检测装置连接，用于滤除所述电压信号的谐波；
反馈控制装置，与所述滤波装置连接，用于根据滤波后的电压信号向所述光伏逆变器发送控制信号。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述滤波装置为带阻滤波器，所述带阻滤波器的阻带中心频率为二次谐波频率。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述带阻滤波器为有源带阻滤波器。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述滤波装置为低通滤波器，所述低通滤波器的截止频率高于基波频率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，还包括：
附加直流电容，设置在所述光伏逆变器的直流侧。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述附加直流电容的电容值的取值范围为所述光伏逆变器直流电容容值的2至5倍。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述反馈控制装置包括：
最大功率点跟踪控制器，与所述滤波装置连接，用于根据所述滤波后的电压信号生成第一电流控制指令。
8.根据权利要求7所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，所述反馈控制装置还包括：
第一比例积分控制器，与所述最大功率点跟踪控制器连接，用于根据所述第一电流控制指令向所述光伏逆变器发送第一电压控制指令。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的光伏逆变器控制系统，其特征在于，还包括：
电压dq变换器，与所述反馈控制装置和所述光伏逆变器的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电压相应转换为dq电压矢量并发送所述反馈控制装置；
电流dq变换器，与所述反馈控制装置和所述光伏逆变器的交流侧分别连接，用于采集交流侧的三相电流相应转换为dq电流矢量并发送所述反馈控制装置。
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