CN207732451U - 一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制系统 - Google Patents
一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，采用两级非隔离式并网形式，主要包括光伏阵列、MPPT控制器、给定电压外环参考电压模块、PI调节器、给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块(5)、反Park变换模块、逆变器IPM模块、Clark变换模块、反Park变换模块、PR控制器模块、反Clark变换模块、LCL型滤波器模块、PLL锁相环、空间矢量脉宽调制SVPWM模块组成，系统加入电流内环PR控制并结合无源主动式孤岛检测技术，保证了系统具有更好的动态性能和稳态性能，增强了电网的抗干扰能力和可靠性运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，可以提高系统的稳态误差和加强电网的抗干扰能力，更加能确保系统的正常运行以及对设备的精确保护。
背景技术
随着经济的不断发展，新能源应用正成为研究的热点。对于两级式并网结构，并网控制策略是整个光伏发电系统的关键部分之一，直接通过控制系统输出电压来实现并网较为复杂，并网电压会被电网钳住，并网电压质量不高，目前系统在一些常用的控制策略，比如滞环电流控制、PI控制等存在稳态误差大、控制速度慢、存在设计并网滤波器困难等缺点，因此需要采用智能化、精确化控制的系统输出来实现并网，完成控制简单且效率高的目的。
在分布式发电系统中，由于在电网中出现故障而导致断电后，分布式发电机继续供电给整体或部分负载，从而形成了一个微型电力系统，能够自己给自己供电，形成孤岛效应，孤岛效应严重的情况下能威胁到电网维修人员的自身安全，也影响配电系统的继电保护做出的程序反应。因此需要在电网中加入孤岛检测，并网中的逆变器就能够很快的检测到故障的发生，从而及时的使并网中的逆变器输出端断开。所以孤岛检测的准确程度直接影响了供电系统的安全及可靠性。
目前两级非隔离式光伏并网控制系统存在一些问题，主要包括存在缺乏综合考虑光伏发电系统体积、效率、控制复杂程度的问题；在孤岛无源检测方法中，存在着无论电压是过压还是欠压、检测时是在高频还是低频的盲区的问题以及有源检测存在必须要求多台PV系统扰动同步进行的不足问题，同时在传统的两级式光伏并网控制策略上存在稳态误差、无法实现对内环交流量的无静差控制、容易受到电网干扰的问题。因此需要选择三相两级非隔离变压器光伏发电系统作为研究对象，附加更加精准的孤岛检测，再结合运用可靠性高、鲁棒性强、具有良好动态性能及稳态性能的PR控制策略，从而来保证用户的用电质量和电力维修人员的生命安全。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，改进目前已有的两级式光伏并网控制系统，而提供一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，它同时具备了有源检测和无源检测的优点，保证了并网中的逆变器能够很快的检测到故障的发生，同时采用PR控制策略解决了内环指令电流与反馈电流之间的稳态误差问题，同时增加系统抗外界干扰的能力，保证了两级非隔离式并网系统供电的可靠性和安全性。
本实用新型采取的技术方案为：
上述附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统实用新型目的是这样实现的：
上述的一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，采用两级非隔离式并网形式，前级的DC/DC升压电路模式与后级的DC/AC逆变电路模式进行连接。
上述并网PR控制系统主要包括光伏阵列，光伏阵列与MPPT控制器连接，给定电压外环参考电压模块通过差值比较与PI调节器连接，给定内环有功和无功参考电流d轴q 轴模块与PI调节器配合与反Park变换模块连接，逆变器IPM模块串联电感与Clark变换模块连接，Clark变换模块与反Park变换模块进行比较后与PR控制器模块连接，PR控制器模块连接反Clark变换模块，LCL型滤波器连接PLL锁相环，PLL锁相环输出与反Clark 变换模块连接，反Clark变换模块连接空间矢量脉宽调制SVPWM模块，空间矢量脉宽调制 SVPWM模块继续反馈连接逆变器IPM模块，最后并网电源ea、eb、ec与三相负载模块连接。
上诉光伏并网控制系统的光伏阵列并联直流滤波电容，MPPT控制器检测光伏阵列端电压和电流，直流滤波电容的两端电压反馈给MPPT控制器。
上诉光伏并网控制系统的后级逆变变换模块并联滤波电容，电容两端的电压连入比较器，后级采用主动式解耦，包括一个全控元件与二极管并联组成，该全控元件与二极管并联组成单元反馈给MPPT控制器。
上诉光伏并网控制系统采用模块内部开关器件都为IGBT器件逆变器IPM模块。
上诉光伏并网控制系统逆变后的三相等效的滤波电感的与三相等效电阻连接，等效电阻与LCL型滤波器连接。
上诉光伏并网控制系统在后级DC-AC环节的逆变器中采用SVPWM调制方式。
上述光伏并网控制系统防孤岛效应采用无源主动式检测，防孤岛效应主要检测逆变器内部孤岛检测负载和本地负载，逆变器内部孤岛检测负载模块和本地负载模块均由等效电感、等效阻抗、等效电容并联构成，包括至少三个单向开关。
上诉光伏并网控制系统采用电流内环PR控制，电流内环控制电路具有对称性，参数相同，控制器的输出与逆变器连接，逆变器根据反馈的电网电压与LCL型滤波器连接。
本实用新型一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，技术效果如下：
1)所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，采用两级非隔离式并网形式，直流滤波电容能够在前后级的控制和后级能量变换起到解耦的作用，保证系统具有更加精确的输入信号与较好的稳定性。
2)所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，在电压源式并网逆变器直流侧并联大电容具有稳定直流侧电压和功率解耦的作用。
3)所述的一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，通过构造电流闭环双环PR控制对信号电流进行直接有效调整，提高了系统的响应速度，而且对参数变化的依赖性降低了不少。
4)所述的一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，采用反Clark 变换配合空间矢量脉宽调制(SVPWM)调制策略，有效的提高了电压的利用率，促使输出谐波降低，实现了对逆变器功率开关更加灵活的控制。
5)所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，无源主动式孤岛检测同时具有有源检测和无源检测的优点，这样的检测没有干扰项的引入，而且检测过程中一直都是处于主动状态。
6)所述的一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，直接以电流内环控制为基础，采用对称型、参数相同逆变电路作用在电压定向的双环PR控制，能够实现对内环交流量的无静差控制和提高抗电网干扰能力，进一步提高了系统抗电网频率偏移的能力。
附图说明
图1为本实用新型两级非隔离式光伏并网PR控制系统结构框图；
图2为本实用新型双环PR控制的内环电流控制示意图；
图3为本实用新型无源主动式孤岛检测电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统中，上述并网PR 控制系统主要包括光伏阵列1，所述光伏阵列1与MPPT控制器2连接；给定电压外环参考电压模块3通过差值比较与PI调节器4连接；给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5与所述PI调节器4配合，再与反Park变换模块6连接；逆变器IPM模块7串联交流侧滤波电感L1、L2、L3与Clark变换模块8连接；所述Clark变换模块8与反Park变换模块6进行比较后分别与PR控制器模块9和PR控制器10连接；所述PR控制器模块9和 PR控制器10一起连接反Clark变换模块13；所述的LCL型滤波器11连接PLL锁相环12，所述PLL锁相环12的输出与反Clark变换模块13连接；所述的反Clark变换模块13连接空间矢量脉宽调制SVPWM模块14；所述的空间矢量脉宽调制SVPWM模块14继续反馈连接逆变器IPM模块7，最后经过串联的等效电阻Ra、Rb、Rc和所述的LCL型滤波器11完成并网，并网的ea、eb、ec为交流电源为三相负载模块15供电。
如图1所示，所述的两级式光伏并网PR控制系统前级DC/DC直流变换器结合MPPT控制器2完成光伏MPPT过程；所述光伏阵列1直流侧并联直流滤波电容C1，所述电容C1进行主动式解耦，具有稳定直流侧电压以及功率解耦的作用；所述光伏阵列1直流侧串联电感 L0，保证能量信号的准确输出。系统采集逆变器IPM模块7直流侧电容C2的端电压Udc；所述电容C2为直流滤波电容，具有稳定直流侧电压、功率解耦的作用；所述电容C2的电压Udc与给定电压外环参考电压模块3的差值经过PI调节器4进行调节，完成信号的差值比较，确保信号的更加精确；所述PI调节器4的输出作为给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5的输入，设置无功电流内环电流输入为零，保证了逆变器工作在单位功率因数近似为1的状态。
如图1所示，所述的控制系统采集到电流ia、ib、ic后，先经过Park变换形成给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5；所述给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5再连接反Park变换模块6变换成所述的作为参考值与逆变器并网侧经过Clark变换模块8后的电流采样得到的iα、iβ差值再连接PR控制器模块9和PR控制器 10作为输入；同时通过PLL锁相环12对电网的频率和相位进行锁定，将能量信号反馈给 Clark变换模块8和反Clark变换模块13；所述PLL锁相环12提供正弦参考电流给内层电流环来确保输出功率的最大化。
如图1所示，所述的空间矢量脉宽调制SVPWM模块14可以能够获取相应的三相开关驱动信号完成并网，可以降低开关频率，减弱线电压的波形畸变，抑制谐波产生，从而提高交流侧功率因数。
如图2所示，所述的双环PR控制系统由直流电压外环和有功、无功功率电流内环组成，把产生参考指令的模型植入到稳定的逆变器IPM模块7再逆变到并网系统；所述电流内环双PR控制以给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5为控制对象；所述的电流内环控制电路具有对称性，设计参数相同，可以实现对参考指令的无静差控制；
如图2所示，所述给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块5经过反Park变换模块6变换成所述的再与反馈电流iα、iβ进行差值比较经过PR控制器模块9 和PR控制器10进行双环调节；所述反馈调节信号经过内环控制器PR控制器模块9和PR 控制器10形成输出，再连接逆变器IPM模块7等效环节；在电网电压e的作用下，把所述的LCL型滤波器11的输出采用Clark变换模块8变换成实际的反馈电流iα、iβ，从而形成双环PR的内环电流闭合控制，这样就可以实现对交流量在谐振频率处实现无静差控制，具有较好的控制效果。
所述的一种无源主动式孤岛检测如图3所示，所述前级DC/DC直流变换器将产生的有功和无功作为输出连接到逆变器IPM模块7，在无源主动式检测中，没有干扰项的引入，而且检测过程中，一直都是处于主动状态。
如图3所示，所述逆变器IPM模块7的输出中产生总的有功功率P和总的无功功率Q；所述的系统在逆变器内部孤岛检测负载模块16时，经过开关K1会产生流入所述负载模块16的有功功率P1和总的无功功率Q1；同理当系统作用在本地负载模块17时，会产生流入所述本地负载模块17的有功功率P2和总的无功功率Q2；所述电网通过开关K3接收逆变器IPM模块7输出的有功功率P3和无功功率Q3；所述的逆变器IPM模块7与逆变器内部孤岛检测负载模块16并联，然后通过开关K2连接到本地负载模块17，再通过开关K3 连接到电网，完成供电；
如图3所示，所述无源主动式孤岛检测的逆变器孤岛检测负载模块16和本地负载模块17均由等效电感、等效阻抗、等效电容并联构成，可以实现对参考指令的无静差控制。所述电网系统是否断电模拟的开关由所述开关K3表示，当所述开关K3闭合时，电网是与逆变器 IPM模块7接通的；所述开关K3断开时，电网是处于断电状态；当所述电网和逆变器IPM模块7正常运行时，所述开关K2和所述开关K3是处于闭合状态，而所述开关K1是脉动式的断开与闭合，这样就排除了检测的盲区，保证电网运行的可靠性与设备的精确保护。
Claims (6)
1.一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，它主要包括光伏阵列(1)，光伏阵列(1)与MPPT控制器(2)连接；给定电压外环参考电压模块(3)与PI调节器(4)连接；给定内环有功和无功参考电流d轴、q轴模块(5)和所述PI调节器(4)分别与反Park变换模块(6)连接；逆变器IPM模块(7)串联交流侧滤波电感L1、L2、L3；所述滤波电感L1、L2、L3与Clark变换模块(8)连接；所述Clark变换模块(8)和反Park变换模块(6)分别与PR控制器模块(9)和PR控制器(10)连接；所述PR控制器模块(9)和PR控制器(10)合并后与反Clark变换模块(13)连接；LCL型滤波器(11)连接PLL锁相环(12)；所述PLL锁相环(12)与反Clark变换模块(13)连接；所述反Clark变换模块(13)与空间矢量脉宽调制SVPWM模块(14)连接；所述空间矢量脉宽调制SVPWM模块(14)连接逆变器IPM模块(7)；串联等效电阻Ra、Rb、Rc和LCL型滤波器(11)连接并网；所述并网的ea、eb、ec为交流电源且为三相负载模块(15)供电。
2.根据权利要求1所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，光伏阵列(1)直流侧并联直流滤波电容C1；光伏阵列(1)直流侧串联电感L0；同理逆变器IPM模块(7)直流侧并联电容C2。
3.根据权利要求1-2任意一项所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，并网逆变器IPM模块(7)采用模块内部开关器件均为IGBT器件。
4.根据权利要求1所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，逆变器输出端的滤波电感L1、L2、L3、等效电阻Ra、Rb、Rc和LCL型滤波器(11)三者串联后完成并网。
5.根据权利要求1所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，给定内环有功和无功参考电流d轴q轴模块(5)连接反Park变换模块(6)变换成并与反馈电流iα、iβ经过PR控制器模块(9)和PR控制器(10)组成双环调节；
所述PR控制器模块(9)和PR控制器(10)形成输出再连接逆变器IPM模块(7)等效环节；逆变器IPM模块(7)连接Clark变换模块(8)变换成反馈电流iα、iβ形成双环PR的内环电流闭合控制。
6.根据权利要求1所述一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网PR控制系统，其特征在于，所述无源主动式孤岛检测系统包括逆变器孤岛内部检测负载模块(16)和本地负载模块(17)；
所述孤岛内部检测负载模块(16)和本地负载模块(17)均由等效电感、等效阻抗、等效电容并联构成，构成对称检测电路。
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