專利名稱：一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電供電領(lǐng)域，具體涉及一種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
近幾年來伴隨著光伏設(shè)備裝機容量的擴大，太陽能發(fā)電供電比重越來越大，因此，必須考慮電網(wǎng)故障時光伏電站的各種運行狀態(tài)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。電網(wǎng)三相不平衡故障中的單相跌落和雙相跌落對光伏并網(wǎng)的影響越來越嚴(yán)重。目前，隨著光伏電站發(fā)電量的逐年增大，一旦這些故障，就會導(dǎo)致光伏電站輸出的有功功率大量減少，增加整個系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障，引起其他機組的解列，導(dǎo)致大規(guī)模停電。這就要求光伏發(fā)電系統(tǒng)必須具備低電壓穿越能力。然而，只有迅速準(zhǔn)確的檢測到電網(wǎng)電壓跌落幅值和相位，才能為發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)低電壓穿越提供必要的前提條件。為了保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在低電壓等三相不平衡情況下，能夠保持繼續(xù)并網(wǎng)運行，要求發(fā)電系統(tǒng)必須具備低電壓穿越能力。因此，三相不平衡鎖相技術(shù)是保證光伏發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂低電壓穿越技術(shù)(Low Voltage Ride-Through, LVRT)最早是在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中提出的，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)是指當(dāng)光伏電站并網(wǎng)點電壓跌落時候，光伏電站能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。要實現(xiàn)低電壓穿越，前提必須要保證能夠迅速準(zhǔn)確的檢測到電網(wǎng)電壓跌落幅值和相位，這樣才能通過電流環(huán)控制保證光伏電站并網(wǎng)運行。目前的鎖相技術(shù)存在兩個方面問題。一是常見的鎖相技術(shù)存在零點漂移問題。這主要是因為現(xiàn)在光伏電站一般是采用三相四線制并網(wǎng)，也就是說直接采集到三相相電壓，然后基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸變換的控制策略，進行并網(wǎng)控制，但是由于電網(wǎng)經(jīng)常存在不平衡現(xiàn)象，電壓波動，會使三相 四線制電網(wǎng)中線點零電位漂移，導(dǎo)致對電壓幅值相角的檢測存在很大的誤差。另外，目前，通常三相并網(wǎng)逆變器輸出需要經(jīng)過一個變壓器連接到電網(wǎng)，現(xiàn)在市場上最常見到的是△/Y型變壓器，這樣要求并網(wǎng)逆變器輸出是三相三線制，即沒有直流母線的中線。如果并網(wǎng)逆變器輸出是三相四線制的話，則需要特制Y/A型或Y/Y型變壓器，這樣就會額外的增加并網(wǎng)設(shè)備的成本。二是目前的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響。這種電壓偏移通常是由測量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和電網(wǎng)電壓的參數(shù)估計誤差引入的。例如，基于定點DSP的光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變器在A\D轉(zhuǎn)換之前需要手動設(shè)置一個偏移量，使輸入給A\D的信號是0到3V。經(jīng)A\D轉(zhuǎn)換之后的信號數(shù)據(jù)類型是無符號整型，再變換成有符號整型。因此，很難找到一種變換使前后完全的匹配?，F(xiàn)有的鎖相環(huán)均是對三相相電壓進行采集，沒有考慮測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響，同時都是應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的低電壓穿越技術(shù)，因此，亟需一種可行性高、檢測準(zhǔn)確的三相不平衡電網(wǎng)檢測的鎖相環(huán)，滿足光伏并網(wǎng)低電壓穿越的需要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鎖相技術(shù)存在需考慮零點漂移的影響和現(xiàn)有的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響的問題，提出了一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法。一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的具體過程如下:步驟Al:電網(wǎng)電壓V輸入到二階正交信號發(fā)生器，二階正交信號發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V’和qv’，然后同時執(zhí)行步驟A2和步驟A3 ；步驟A2:對步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’進行計算，得到線電壓幅值Vems,將所述線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP，然后執(zhí)行步驟A4 ；步驟A3:將步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’輸入到鎖相環(huán)，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角e P，然后執(zhí)行步驟A4 ；
步驟A4:根據(jù)步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0 p，利用逆變器電流控制策略進行并網(wǎng)，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。其進一步特征在于，所述二階正交信號發(fā)生器為設(shè)置有低通濾波器的二階正交信號發(fā)生器。上述設(shè)置有低通濾波器的二階正交信號發(fā)生器在所述步驟Al中的電網(wǎng)電壓V輸入到二階正交信號發(fā)生器，二階正交信號發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V’和qv’的方法為:電網(wǎng)電壓V與二階正交信號發(fā)生器輸出信號V’做差后，得到偏差信號e，該偏差信號e經(jīng)過放大器后，得到放大信號ke，該放大信號ke與信號qVi’做差，得到的信號輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率相乘，得到的信號經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到輸出信號V’，該輸出信號V’輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到信號qVi’，放大信號k e輸入到低通濾波器，濾波后的信號與信號qVi’做差，得到輸出信號qv’，鎖相角頻率是經(jīng)鎖相環(huán)鎖定的電網(wǎng)角頻率反饋值。上述所述步驟A2中的對步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’進行計算，得到線電壓幅值Vkms的方法為:根據(jù)公式求解，得到線電壓幅值。其進一步特征在于，所述鎖相環(huán)為基于正交信號發(fā)生器的同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)。其進一步特征還在于，所述步驟A3中的將步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’輸入到鎖相環(huán)，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測的方法為:"[目號v’、qv’和9i經(jīng)過a @/dq變換得到/[目號Vq和vd,用\減去彳目號vq后經(jīng)PI
調(diào)節(jié)器，得到角頻率偏差，該角頻率偏差與電網(wǎng)角頻率相加后得到鎖相角頻率《’，該鎖相角頻率CO’經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)后，得到相電壓相位角Q1，整個過程構(gòu)成一個負(fù)反饋，即實時對線電壓相位角進行檢測，并通過調(diào)節(jié)PI參數(shù)來精確鎖相。上述步驟A2中的將所述相電壓幅值Vems轉(zhuǎn)換為相電壓幅值Vp的方法為: 定義線電壓Uab的幅值為Vab，線電壓ub。的幅值為Vb。，線電壓ua。的幅值為Va。，相電壓Ua的幅值為Va，相電壓Ub的幅值為\，相電壓U。的幅值為V。，
由三相相電壓和相電壓的向量關(guān)系，可以得到方程Va2+Vb2+Va*Vb = Vab2Vb2+Vc2+Vb*Vc = Vbc2(I)Va2+Vc2+Va*Vc = Vac2三角形面積:
權(quán)利要求
1.一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟Al:電網(wǎng)電壓V輸入到二階正交信號發(fā)生器，二階正交信號發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V’和qv’，然后同時執(zhí)行步驟A2和步驟A3 ； 步驟A2:對步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’進行計算，得到線電壓幅值Vkms，將所述線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP，然后執(zhí)行步驟A4 ； 步驟A3:將步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’輸入到鎖相環(huán)，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角9 ，然后執(zhí)行步驟八4; 步驟A4:根據(jù)步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0p，利用逆變器電流控制策略進行并網(wǎng)，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述二階正交信號發(fā)生器為設(shè)置有低通濾波器的二階正交信號發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟Al中的電網(wǎng)電壓V輸入到二階正交信號發(fā)生器，二階正交信號發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V’和qv’的方法為: 電網(wǎng)電壓V與二階正交信號發(fā)生器輸出信號V’做差后，得到偏差信號e，該偏差信號e經(jīng)過放大器后，得到放大信號k e，該放大信號ke與信號qVi’做差，得到的信號輸入到乘法器，乘法器將該信號與 鎖相角頻率相乘，得到的信號經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到輸出信號V’，該輸出信號V’輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到信號qVi’，放大信號k e輸入到低通濾波器，濾波后的信號與信號qVi’做差，得到輸出信號qv’，鎖相角頻率是經(jīng)鎖相環(huán)鎖定的電網(wǎng)角頻率反饋值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A2中的對步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’進行計算，得到線電壓幅值Vems的方法為: 根據(jù)公式求解，得到線電壓幅值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述鎖相環(huán)為基于正交信號發(fā)生器的同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A3中的將步驟Al得到的兩個正弦信號V’和qv’輸入到鎖相環(huán)，對線電壓相位角6!進行鎖定及檢測的方法為: 信號v’、qv’和0 1經(jīng)過a P/dq變換得到信號Vq和&，用<減去信號Vq后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器，得到角頻率偏差，該角頻率偏差與電網(wǎng)角頻率Qci相加后得到鎖相角頻率《’，該鎖相角頻率經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)后，得到相電壓相位角Q1，整個過程構(gòu)成一個負(fù)反饋，即實時對線電壓相位角進行檢測，并通過調(diào)節(jié)PI參數(shù)來精確鎖相。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A2中的將所述相電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值Vp的方法為: 定義線電壓Uab的幅值為Vab，線電壓ub。的幅值為Vb。，線電壓ua。的幅值為Va。，相電壓Ua的幅值為va，相電壓Ub的幅值為vb，相電壓Uc的幅值為Vc，由三相相電壓和相電壓的向量關(guān)系，可以得到方程
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A4中將步驟A3得到的線電壓相位角轉(zhuǎn)換為相電壓相位角的方法為:定義線電壓Uab的相位角為eab，線電壓Ub。的幅值為eb。，線電壓Ua。的幅值為ea。，相電壓Ua的幅值為0a，相電壓Ub的幅值為0b，相電壓U。的幅值為0。， 根據(jù)正弦定理
全文摘要
一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，涉及太陽能發(fā)電供電領(lǐng)域，具體涉及一種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環(huán)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的鎖相技術(shù)存在需考慮零點漂移的影響和現(xiàn)有的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響的問題。過程為步驟A1電網(wǎng)電壓v輸入到二階正交信號發(fā)生器，輸出相位相差90°的兩個正弦信號v'和qv'；步驟A2對信號v'和qv'進行計算，得到線電壓幅值VRMS，將所述相電壓幅值VRMS轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP；步驟A3將信號v'和qv'輸入到鎖相環(huán)，對線電壓相位角θl進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角θl轉(zhuǎn)換為相電壓相位角θp；步驟A4根據(jù)相電壓幅值VP和相電壓相位角θp，利用逆變器電流控制策略進行并網(wǎng)，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。本發(fā)明適用光伏電站。
文檔編號G01R25/00GK103219731SQ20131012525
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者徐鵬飛, 牟英峰, 周璨, 李國利 申請人:無錫美凱能源科技有限公司