專利名稱：光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于線路電感的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
光伏逆變器一般工作在最大功率跟蹤(MPPT)狀態(tài)，此時(shí)其輸出電流跟蹤電網(wǎng)交 流電壓的相位并保持同步，理想功率因數(shù)為1。為保證光伏逆變器的最大輸出功率狀態(tài)，其 輸出電流必須準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓的相位。光伏逆變單元一般通過(guò)檢測(cè)三相電壓過(guò)零點(diǎn)的方 式來(lái)實(shí)現(xiàn)電流與電壓的相位同步，具有實(shí)時(shí)性好、跟蹤迅速等優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)際線路電感并不為 零，對(duì)于高頻電力電子開(kāi)關(guān)電路，其感抗遠(yuǎn)大于電阻，可近似為純感抗。光伏逆變單元除含 輸出電感外，與電網(wǎng)之間還存在連接線路電感，因電流處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將在線路電感上形成 帶有紋波的開(kāi)關(guān)電壓，致使光伏逆變器接入點(diǎn)的交流采樣電壓不再具有光滑的正弦波形。 尤其當(dāng)光伏逆變器的輸出電流較大時(shí)，開(kāi)關(guān)電壓峰-峰值甚至超過(guò)網(wǎng)側(cè)電壓峰-峰值，且造 成在一個(gè)周期內(nèi)可能存在多個(gè)電壓過(guò)零點(diǎn)。此時(shí)采用傳統(tǒng)的檢測(cè)電壓過(guò)零點(diǎn)位置的方法來(lái) 確定電壓相位已不再有效，即使增加前置低通濾波器也不能完全消除開(kāi)關(guān)電壓的影響，且 造成電壓相位變化，檢測(cè)誤差較大。也有的光伏逆變單元采用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)檢測(cè)電網(wǎng) 電壓相位，盡管該方式可準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)的頻率，但并不能實(shí)現(xiàn)電壓相位的準(zhǔn)確跟蹤。就目前文獻(xiàn)所見(jiàn)，針對(duì)線路電感與逆變器開(kāi)關(guān)過(guò)程的交互耦合影響，尚未有非常 有效的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓相位的檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)光伏逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的 準(zhǔn)確同步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問(wèn)題，提供一種方法簡(jiǎn)便、運(yùn)算量小、可有效檢測(cè)和 計(jì)算電網(wǎng)電壓實(shí)際過(guò)零點(diǎn)的基于線路電感的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方 法，以確定其工作相位，最終實(shí)現(xiàn)基于線路電感的光伏逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的準(zhǔn)確 同步。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法，將光伏逆變器接入電網(wǎng)后， 受線路電感和帶紋波的開(kāi)關(guān)電壓綜合影響，經(jīng)采樣得到的接入點(diǎn)電壓波形將必然出現(xiàn)多個(gè) 過(guò)零點(diǎn)區(qū)域；這些多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域關(guān)于實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)呈現(xiàn)左右嚴(yán)格對(duì)稱的獨(dú)有特 征，通過(guò)計(jì)算這些過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的范圍和時(shí)間間隔后，取其中心點(diǎn)即可計(jì)算得到實(shí)際電網(wǎng)電 壓的過(guò)零點(diǎn)；再根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻與實(shí)際電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，可準(zhǔn)確獲得當(dāng)前時(shí) 刻的電網(wǎng)電壓相位。確定電網(wǎng)電壓實(shí)際過(guò)零點(diǎn)的具體過(guò)程為1)以常用方法設(shè)置好一般的過(guò)零點(diǎn)捕獲方式，針對(duì)光伏逆變器接入點(diǎn)電壓的采樣 波形開(kāi)始進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)；2)檢測(cè)到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，記為時(shí)刻點(diǎn)tl ；表明此時(shí)檢測(cè)區(qū)域已進(jìn)入過(guò)零點(diǎn)區(qū)域范圍；3)檢測(cè)下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，判斷與上一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的間距是否大于設(shè)定時(shí)間值；如果不 是，記時(shí)刻點(diǎn)為t2，則說(shuō)明仍然處于本過(guò)零點(diǎn)區(qū)域范圍之內(nèi)，返回步驟3)；如果是，說(shuō)明這 一個(gè)過(guò)零點(diǎn)已是下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的起始過(guò)零點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入下一步驟；4)計(jì)算最近的電網(wǎng)電壓實(shí)際過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為(tl+t2)/2 ；5)重新設(shè)置本次過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為tl ；6)確定實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)相位；判斷本次過(guò)零點(diǎn)與上一個(gè)過(guò)零點(diǎn)之間的接 入點(diǎn)電壓采樣值是否為正，如果是，則計(jì)算出的電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻相位為0度，然后轉(zhuǎn)入 步驟3)；如果不是，則計(jì)算出的電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻相位為180度，然后返回步驟3)。本發(fā)明的有益效果是可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓實(shí)際相位的準(zhǔn)確計(jì)算與跟蹤。光伏逆變 器接入到含有線路電感的電網(wǎng)中，需要通過(guò)測(cè)量接入點(diǎn)電壓相位使得輸出電流與電網(wǎng)電壓 相位同步。但因開(kāi)關(guān)紋波電壓的影響，造成采樣得到的接入點(diǎn)電壓在實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零 點(diǎn)附近存在多個(gè)過(guò)零點(diǎn)區(qū)域，難以確定電壓相位，導(dǎo)致不能有效實(shí)現(xiàn)光伏逆變器的輸出電 流與電網(wǎng)電壓的準(zhǔn)確同步。本發(fā)明通過(guò)采樣光伏逆變器接入點(diǎn)的電壓波形并檢測(cè)出它的多 過(guò)零點(diǎn)區(qū)域，利用其多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域關(guān)于實(shí)際電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)左右嚴(yán)格對(duì)稱的獨(dú)有特征，取 多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的中心時(shí)刻即可通過(guò)計(jì)算準(zhǔn)確界定實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)及其相位。針對(duì)含 有較大線路電感的光伏逆變器的并網(wǎng)技術(shù)，本發(fā)明徹底克服了線路電感和光伏逆變器開(kāi)關(guān) 過(guò)程的交互影響，解決了因多過(guò)零點(diǎn)現(xiàn)象而難以準(zhǔn)確檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位的難題，易于實(shí)現(xiàn) 光伏逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的準(zhǔn)確同步，以保證光伏發(fā)電單元工作在最大功率輸出狀 態(tài)。


圖1為光伏逆變單元等效電路；圖加為接入點(diǎn)采樣電壓與電網(wǎng)電壓仿真波形中，接入點(diǎn)采樣電壓與電網(wǎng)電壓圖；圖2b為接入點(diǎn)采樣電壓與電網(wǎng)電壓仿真波形中，單開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的接入點(diǎn)采樣電 壓與電網(wǎng)電壓；圖3a為并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓與電流實(shí)驗(yàn)波形中，接入點(diǎn)電壓與輸出電流波形圖；圖北為并網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓與電流實(shí)驗(yàn)波形中，單開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的接入點(diǎn)電壓與開(kāi) 關(guān)電流波形圖；圖4為基于線路電感的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法的詳細(xì)流 程；圖5光伏并網(wǎng)單元的相位跟蹤實(shí)驗(yàn)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。考慮線路電感時(shí)光伏逆變單元的等效電路如圖1所示，它采用典型的半橋拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。圖1中，PV為光伏電池組，C1和(2為直流側(cè)電容，仏和仏為IGBT開(kāi)關(guān)管，V1為光伏逆 變器接入配電網(wǎng)的電壓檢測(cè)點(diǎn)，I1為光伏逆變器輸出電流檢測(cè)點(diǎn)，L1為逆變器的輸出電感， L2為線路電感，光伏逆變器通過(guò)L2并入電網(wǎng)電壓節(jié)點(diǎn)VAC。
1)光伏逆變器的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)程設(shè)流過(guò)電感L1和L2的電流為V1點(diǎn)的電壓為Ul。因功率器件的開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)高 于工頻，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，光伏電池組輸出電壓可近似為一恒值Udc，交流母線電壓Uac也 可認(rèn)為不變。開(kāi)關(guān)管A和仏的開(kāi)關(guān)信號(hào)互補(bǔ)，它們?cè)谝粋€(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)交替導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)管％開(kāi)通時(shí)(包括反并聯(lián)二極管導(dǎo)通)，設(shè)力點(diǎn)的電壓為un，可得Uu =L2^-+ Uac =^-L1^-(1)
dt 2 dt此時(shí)光伏逆變器的輸出電流I1上升，V1點(diǎn)的電壓高于交流母線電壓。由式(1)解得、-⑵ V1點(diǎn)的電位相對(duì)于電網(wǎng)電壓為Wj^j^ — UJ(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)管％開(kāi)通時(shí)(包括反并聯(lián)二極管導(dǎo)通)，設(shè)V1點(diǎn)的電壓為U12，可得Ul2 = L2^Uac =-^f-Lld^-(4)
at2 at此時(shí)光伏逆變器的輸出電流I1下降，V1點(diǎn)的電壓低于交流母線電壓。由式⑷解得
剛v-l^-l^t⑶V1點(diǎn)的電位相對(duì)于電網(wǎng)電壓為^-Ua^J^i-^-UJ(6)則V1點(diǎn)電壓紋波的峰-峰值為U11-U12 = ^ ^ Udc(7)由式(7)可知，V1點(diǎn)電壓紋波的峰-峰值正比于直流側(cè)電壓，而與交流側(cè)電壓無(wú) 關(guān)，且線路電感越大，電壓紋波的峰-峰值越大。V1點(diǎn)和Vac處的電壓仿真波形如圖2a、圖2b所示，相應(yīng)接入點(diǎn)電壓和逆變器輸出 電流的實(shí)驗(yàn)波形如圖3a、圖北所示。在圖3a中，電壓為100V/格，電流為IOA/格；在圖北 中，電壓為50V/格，電流為IOA/格。由圖2a、圖2b和圖3a、圖北可見(jiàn)，因線路電感與開(kāi) 關(guān)過(guò)程的共同作用，造成采樣點(diǎn)電壓在工頻周期內(nèi)存在多個(gè)過(guò)零點(diǎn)，因此，通過(guò)檢測(cè)V1處的 接入電壓過(guò)零點(diǎn)以確定電流跟蹤相位的方法將產(chǎn)生很大的相位誤差。圖3a為采用傳統(tǒng)的 過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法時(shí)光伏逆變器的接入點(diǎn)電壓波形和輸出電流波形，顯然二者嚴(yán)重不同
止
少ο2)利用多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域?qū)ΨQ特征實(shí)現(xiàn)相位檢測(cè)的新算法針對(duì)圖2a，WJa =Um ο扮，Um為電壓峰值。在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻、和t4，令U11 = 0，則根據(jù)式⑵可得到
權(quán)利要求
1.一種光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法，其特征是將光伏逆變器接入 電網(wǎng)后，受線路電感和帶紋波的開(kāi)關(guān)電壓綜合影響，經(jīng)采樣得到的接入點(diǎn)電壓波形將必然 出現(xiàn)多個(gè)過(guò)零點(diǎn)區(qū)域；這些多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域關(guān)于實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)呈現(xiàn)左右嚴(yán)格對(duì)稱的 獨(dú)有特征，通過(guò)計(jì)算這些過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的范圍和時(shí)間間隔后，取其中心點(diǎn)即可計(jì)算得到實(shí)際 電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)；再根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻與實(shí)際電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，可準(zhǔn)確獲得 當(dāng)前時(shí)刻的電網(wǎng)電壓相位。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法，其特征是，確 定電網(wǎng)電壓實(shí)際過(guò)零點(diǎn)的具體過(guò)程為1)以常用方法設(shè)置好一般的過(guò)零點(diǎn)捕獲方式，針對(duì)光伏逆變器接入點(diǎn)電壓的采樣波形 開(kāi)始進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)；2)檢測(cè)到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，記為時(shí)刻點(diǎn)tl；表明此時(shí)檢測(cè)區(qū)域已進(jìn)入過(guò)零點(diǎn)區(qū)域范圍；3)檢測(cè)下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，判斷與上一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的間距是否大于設(shè)定時(shí)間值；如果不是， 記時(shí)刻點(diǎn)為t2，則說(shuō)明仍然處于本過(guò)零點(diǎn)區(qū)域范圍之內(nèi)，返回步驟3)；如果是，說(shuō)明這一個(gè) 過(guò)零點(diǎn)已是下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的起始過(guò)零點(diǎn)，則轉(zhuǎn)入下一步驟；4)計(jì)算最近的電網(wǎng)電壓實(shí)際過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為(tl+t2)/2;5)重新設(shè)置本次過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為tl；6)確定實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)相位；判斷本次過(guò)零點(diǎn)與上一個(gè)過(guò)零點(diǎn)之間的接入點(diǎn) 電壓采樣值是否為正，如果是，則計(jì)算出的電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻相位為0度，然后轉(zhuǎn)入步驟 3)；如果不是，則計(jì)算出的電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻相位為180度，然后返回步驟3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線路電感的光伏逆變器接入點(diǎn)電壓多過(guò)零點(diǎn)相位檢測(cè)方法。它方法簡(jiǎn)便，運(yùn)算量小，可有效檢測(cè)出實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)并確定其相位。它利用光伏逆變器接入點(diǎn)電壓波形的多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域關(guān)于實(shí)際電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)呈嚴(yán)格左右對(duì)稱的獨(dú)有特征，通過(guò)檢測(cè)多過(guò)零點(diǎn)區(qū)域的前后時(shí)間邊界以準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，并由此確定電網(wǎng)電壓當(dāng)前時(shí)刻的具體相位。
文檔編號(hào)G01R25/00GK102072988SQ20101055001
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者李慶民, 段玉兵, 王輝, 譚興國(guó), 龔宇雷 申請(qǐng)人:山東大學(xué)