一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，該方法包括以下步驟：獲取三相電網(wǎng)的三相電壓信號(hào)和逆變器輸出端的三相電流信號(hào)；確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分；獲取光伏陣列輸出電壓和光伏陣列輸出電流；判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落；當(dāng)三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；當(dāng)三相電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；運(yùn)用PI調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖；運(yùn)用PID調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖。該方法是適用于三相電網(wǎng)對(duì)稱跌落的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速平滑且穩(wěn)定性好的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法。
【專利說明】—種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體講涉及一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低電壓穿越能力是風(fēng)電、光伏等分布式發(fā)電系統(tǒng)重要的并網(wǎng)指標(biāo)之一，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)電場的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、控制技術(shù)以及測(cè)試裝置等進(jìn)行了研究，取得了一定的科研和產(chǎn)業(yè)成果；丹麥、德國等風(fēng)力發(fā)電大國相繼制定了新的電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則，要求風(fēng)電系統(tǒng)具有低電壓穿越能力，然而對(duì)于光伏系統(tǒng)而言，我國目前尚未出臺(tái)光伏并網(wǎng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，僅國家電網(wǎng)公司在其制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》(Q/GDW618-2011)中對(duì)大中型光伏電站的低電壓穿越進(jìn)行了一定的規(guī)范，同時(shí)國內(nèi)通過低電壓穿越測(cè)試，尤其是零電壓穿越測(cè)試的光伏并網(wǎng)逆變器還只是較少部分，而國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，截至2010年底我國并網(wǎng)光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到90萬千瓦，預(yù)計(jì)2020年裝機(jī)總量將達(dá)到2000萬-5000萬千瓦，這給光伏并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，尤其是光伏低電壓穿越控制技術(shù)的研發(fā)帶來了極大壓力。
[0003]目前光伏并網(wǎng)逆變器在進(jìn)行低電壓穿越測(cè)試，尤其是零電壓穿越測(cè)試時(shí)，主要存在兩個(gè)方面的問題:1、電網(wǎng)電壓跌落及恢復(fù)瞬間，由于光伏并網(wǎng)逆變器直流母線電壓的動(dòng)態(tài)控制性能變差導(dǎo)致直流母線電壓振蕩，甚至進(jìn)一步導(dǎo)致控制系統(tǒng)失穩(wěn)，逆變器不得不與電網(wǎng)解列；2、電網(wǎng)電壓跌落及恢復(fù)瞬間，尤其在三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落至零電壓的最嚴(yán)重故障時(shí)，逆變器由于來不及將積累在逆變器中的能量平穩(wěn)地輸送給電網(wǎng)而導(dǎo)致逆變器輸出的三相電流出現(xiàn)較大尖峰或者振蕩，一旦超過逆變器電流保護(hù)閾值而與電網(wǎng)解列，不能實(shí)現(xiàn)低電壓穿越故障期間的不脫網(wǎng)運(yùn)行這一基本技術(shù)指標(biāo)，即低電壓穿越測(cè)試失敗。
[0004]因此，需要提供一種適用于三相電網(wǎng)對(duì)稱跌落的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速平滑且穩(wěn)定性好的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，該方法是適用于三相電網(wǎng)對(duì)稱跌落的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速平滑且穩(wěn)定性好的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法。
[0006]實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0007]—種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其改進(jìn)之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0008]1、獲取三相電網(wǎng)的三相電壓信號(hào)和逆變器輸出端的三相電流信號(hào)；
[0009]I1、確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分；
[0010]II1、獲取光伏陣列輸出電壓和光伏陣列輸出電流；[0011]IV、判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落；
[0012]V、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；
[0013]V1、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；
[0014]VI1、運(yùn)用PI調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖；
[0015]VII1、運(yùn)用PID調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟II中，根據(jù)所述三相電壓信號(hào)和所述三相電流信號(hào)分別確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分，包括:
[0017]根據(jù)所述三相電壓信號(hào)運(yùn)用鎖相環(huán)PLL方法確定電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0，根據(jù)所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度和所述三相電壓信號(hào)確定三相電網(wǎng)電壓的d、q軸直流分量ed、
eq ?
[0018]根據(jù)所述逆變器輸出端的三相電流信號(hào)和所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行dq旋轉(zhuǎn)矢量變換，確定同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分id、iq。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟IV包括:判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落，若所述三相電網(wǎng)電壓正常則進(jìn)入步驟V，若所述三相電網(wǎng)電壓跌落則進(jìn)入步驟VI。
[0020]進(jìn)一步的，所述步驟V包括以下步驟: [0021]S501、若所述三相電網(wǎng)電壓正常，根據(jù)所述光伏陣列輸出電壓和所述光伏陣列輸出電流，運(yùn)用最大功率跟蹤MPPT方法確定光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓；
[0022]S502、將所述光伏陣列輸出電壓和所述光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓的差值進(jìn)行電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器后獲得電流idl ；
[0023]S503、將所述電流idl賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf ;為使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流iff6f = 0，進(jìn)入步驟VII。
[0024]進(jìn)一步的，所述步驟VI包括:
[0025]若所述三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落，則鎖存跌落時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓Upv及上一采樣時(shí)刻的電流idl，并在跌落期間一直將此鎖存的idl與系數(shù)k相乘后的電流鎖存值id2賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，k取值范圍為0.5至I ;設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流= 0，進(jìn)入步驟VIII ；
[0026]若三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常，恢復(fù)時(shí)刻將所述電壓鎖存值Upv賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓，返回步驟S502。
[0027]進(jìn)一步的，所述步驟VII包括以下步驟:
[0028]S701、所述逆變器輸出的d軸參考電流和所述電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-WLiq和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到Ud ;
[0029]S702、將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流i,的差值經(jīng)過第二電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得到U,，其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感；
[0030]S703、所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Ud和Uq進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的11。和110 ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理獲得6路脈寬調(diào)制脈沖，返回步驟IV繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
[0031]進(jìn)一步的，所述步驟VIII包括以下步驟:[0032]S801、所述逆變器輸出的d軸參考電流和所述電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PID調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-wLi,和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到 Udl ;
[0033]S802、將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流i,的差值經(jīng)過第二電流比例積分微分PID調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得至IJIV其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感；
[0034]S803、所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Udl和Uql進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的Ual和U01 ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理獲得6路脈寬調(diào)制脈沖，返回步驟IV繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0036](I)本發(fā)明的方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速平滑，由于在三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落時(shí)，鎖存此跌落時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓Upv，且當(dāng)檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常時(shí)，再將此鎖存的Upv賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓UMf，使直流母線電壓在三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常時(shí)的動(dòng)態(tài)過渡過程振蕩較小，且很快衰減并收斂至穩(wěn)定值，因此極大提高了直流母線電壓外環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，使直流母線電壓在三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常時(shí)的動(dòng)態(tài)過渡過程更加平滑，減小對(duì)直流母線電容的沖擊，提高直流母線電容的使用壽命。
[0037](2)本發(fā)明方法穩(wěn)定性好，且調(diào)節(jié)靈活，可充分兼顧故障期間的能量效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即從故障期間能量效率最大方面考慮，可優(yōu)先考慮設(shè)置k=l，實(shí)現(xiàn)在三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落至零電壓的最嚴(yán)重故障時(shí)，單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器仍能穩(wěn)定地向三相電網(wǎng)輸送與電網(wǎng)未發(fā)生故障時(shí)同樣大小的三相電流，保證在故障穿越期間仍然向電網(wǎng)輸送盡可能多的功率；當(dāng)然也可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試的系統(tǒng)穩(wěn)定情況，在0.5至I的取值范圍內(nèi)靈活改變k的設(shè)定值，即可通過適當(dāng)降低故障期間光伏并網(wǎng)逆變器輸入到電網(wǎng)的三相電流的大小，充分保障電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落期間光伏并網(wǎng)逆變器能穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行。
[0038](3)本發(fā)明方法故障響應(yīng)速度快，由于當(dāng)監(jiān)測(cè)到三相電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，本發(fā)明方法快速在正常并網(wǎng)運(yùn)行工況下的PI調(diào)節(jié)器基礎(chǔ)上增加D調(diào)節(jié)器，即運(yùn)用PID調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖，通過此D調(diào)節(jié)器的引入極大地提高了系統(tǒng)在故障發(fā)生及恢復(fù)時(shí)刻的快速響應(yīng)性能，有效抑制了故障瞬間的電流尖峰。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為典型單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)框圖；
[0040]圖2為光伏并網(wǎng)逆變器零電壓穿越過程中關(guān)鍵波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0042]如圖1所示，圖1為典型單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)框圖；圖中，光伏逆變器低電壓穿越的控制器與待控制的光伏逆變器連接，依次獲取所述光伏逆變器的信號(hào)值，運(yùn)用上述方法對(duì)其進(jìn)行低電壓穿越的控制。光伏逆變器低電壓穿越的控制器包括用于分析計(jì)算信號(hào)的處理器和用于分析獲得6路脈寬調(diào)制脈沖的數(shù)字信號(hào)處理器DSP。光伏逆變器低電壓穿越的控制器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，該方法包括以下步驟:
[0043]步驟一、獲取三相電網(wǎng)的三相電壓信號(hào)和逆變器輸出端的三相電流信號(hào)；
[0044]步驟二、根據(jù)三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)分別確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分；
[0045]步驟三、獲取光伏陣列輸出電壓Upv和光伏陣列輸出電流ipv ;
[0046]步驟四、判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落；
[0047]步驟五、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；
[0048]步驟六、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流；
[0049]步驟七、運(yùn)用PI調(diào)節(jié)器根據(jù)逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖；
[0050]步驟八、運(yùn)用PID調(diào)節(jié)器根據(jù)逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖。
[0051]步驟二中，根據(jù)三相電壓信號(hào)運(yùn)用鎖相環(huán)PLL方法確定電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度6，根據(jù)電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度和三相電壓信號(hào)確定三相電網(wǎng)電壓的d、q軸直流分量ed、
eq ?
[0052]根據(jù)逆變器輸出端的三相電流信號(hào)和電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行dq旋轉(zhuǎn)矢量變換，確定同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分id、iq。
[0053]步驟三中，檢測(cè)獲取光伏陣`列輸出電壓Upv和光伏陣列輸出電流ipv ；
[0054]步驟四中，判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落，若三相電網(wǎng)電壓正常則進(jìn)入步驟五，若三相電網(wǎng)電壓跌落則進(jìn)入步驟六。
[0055]步驟五中，若三相電網(wǎng)電壓正常，根據(jù)光伏陣列輸出電壓和光伏陣列輸出電流，運(yùn)用最大功率跟蹤MPPT方法——擾動(dòng)觀察法確定光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf ；
[0056]將光伏陣列輸出電壓和光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf的差值進(jìn)行電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器后獲得電流idl，其中，電流idl為獲取d軸參考電流的中間變量；
[0057]將電流idl賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，且為使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流iff6f = 0，進(jìn)入步驟七。
[0058]步驟六中，若三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落，則鎖存此跌落時(shí)刻的上一采樣時(shí)刻，如步驟五所得到的電流idl，獲取此電流鎖存值idl與系數(shù)k相乘后的值記為id2,0.5 ^ k ^ I,且鎖存此跌落時(shí)刻的由步驟三所得到的光伏陣列輸出電壓upv，記此電壓鎖存值為Upv2 ;上述電流idl和電流id2均為獲取d軸參考電流的中間變量；
[0059]若三相電網(wǎng)電壓未從跌落狀態(tài)恢復(fù)正常，則一直將電流鎖存值id2賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流i_f = 0，進(jìn)入步驟七；
[0060]若三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常，則在三相電網(wǎng)電壓重新恢復(fù)時(shí)刻，將電壓鎖存值Upv2賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓Umf,將光伏陣列輸出電壓Upv和光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓Um的差值進(jìn)行電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器后獲得電流idl ；
[0061]將電流idl賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，且為使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流iV6f = 0，進(jìn)入步驟七。即，如步驟五所述的方法獲取逆變器的d軸參考電流。
[0062]步驟七中，逆變器輸出的d軸參考電流和電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-wLi,和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到Ud ；[0063]將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流i,的差值經(jīng)過第二電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得到U,，其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感；
[0064]電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Ud和Uq進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的Ua和U0 ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理得到6路脈寬調(diào)制脈沖，PWMl~PWM6，進(jìn)入步驟五。
[0065]步驟八中，逆變器輸出的d軸參考電流和所述電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PID調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-wLi,和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到d軸電壓Udl ；
[0066]將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流i,的差值經(jīng)過第二電流比例積分微分PID調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得到q軸電壓Uql，其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感；
[0067]所述d軸電壓Udl和所述q軸電壓Uql為中間電壓變量，電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Udl和Uql進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的Ual和Uei ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理得到6路脈寬調(diào)制脈沖PWMl~PWM6，返回步驟五。
[0068]實(shí)施例
[0069]如圖2所示，圖2為光伏并網(wǎng)逆變器零電壓穿越過程中關(guān)鍵波形圖；結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS (Real-Time Digital Simulator)采用本發(fā)明的單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制方法對(duì)250kW單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落下的仿真，給出三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落至零電壓的仿真實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0070]本實(shí)施例的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電網(wǎng)常時(shí)的系統(tǒng)控制框圖如圖1所示，采用的250kW光伏陣列標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件(光照強(qiáng)度R=lkW/m2，環(huán)境溫度T=25°C )下參數(shù)為:最大功率點(diǎn)電壓Umax = 455V，最大功率點(diǎn)電流Imax = 545.6A，開路電壓Uoc = 650V,短路電流Isc = 600A ；系統(tǒng)電路參數(shù)為:直流母線電容器電容C= lOOOOuF，并網(wǎng)濾波器的濾波電感L = 0.4mH，并網(wǎng)濾波器的濾波電阻R = 0.02 Q，仿真步長Ts = 50 ;控制器參數(shù)為:系數(shù)k=l，電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)分別為0.06和0.25 ;第一電流比例積分PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)分別為1.2和I ;第二電流比例積分PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)分別為1.2和I ;第一電流比例積分微分PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)分別為1.35、10和0.5 ;第二電流比例積分微分PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)分別為1.35、10和0.5 ;三相電網(wǎng)電壓的角頻率w為314rad/s。
[0071]采用本發(fā)明方法的仿真效果如圖2所示，由圖可見:
[0072]I)由圖2中逆變器輸出端A、B、C三相電流信號(hào)1、^和i?？梢?，由于在三相電網(wǎng)電壓整個(gè)對(duì)稱跌落至零電壓期間，一直采用比例積分微分PID調(diào)節(jié)器，通過引入此微分環(huán)節(jié)，很好地快速抑制了三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落瞬間所導(dǎo)致的三相并網(wǎng)電流的“尖峰”；另外，由圖2中光伏陣列輸出電壓Upv可見，由于在三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落時(shí)，鎖存此跌落時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓upv，且當(dāng)檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常時(shí)，再將此鎖存的Upv賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf，提高了直流母線電壓外環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，使直流母線電壓在三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常時(shí)的動(dòng)態(tài)過渡過程振蕩較小，且很快衰減并收斂至穩(wěn)定值；
[0073]2)由圖2中逆變器輸出端A、B、C三相電流信號(hào)、、、和i。可見，由于檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落時(shí)，鎖存此跌落時(shí)刻的上一采樣時(shí)刻的電流idl，且在跌落期間一直將此鎖存的idl與取值范圍在0.5至I之間的系數(shù)k相乘后賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，因此在整個(gè)跌落期間，實(shí)際上舍棄了三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)的直流母線電壓外環(huán)控制部分，直接采用同步電流矢量PID控制器，且本實(shí)施例中成功通過設(shè)置系數(shù)k=l成功保持了三相電網(wǎng)電壓跌落期間的三相電網(wǎng)電流與三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)的三相電網(wǎng)電流基本一致，保證了在三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落至零電壓的最嚴(yán)重故障時(shí)，單級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器仍能穩(wěn)定地向三相電網(wǎng)輸送與電網(wǎng)未發(fā)生故障時(shí)同樣大小的三相電流；另外，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試情況，在0.5至I的取值范圍內(nèi)靈活改變k的設(shè)定值，即通過適當(dāng)降低故障期間光伏并網(wǎng)逆變器輸入到電網(wǎng)的三相電流的大小，充分保障電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落期間光伏并網(wǎng)逆變器能穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行，綜述所述，本發(fā)明方法能充分保障在電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落工況下光伏并網(wǎng)逆變器能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)低電壓穿越運(yùn)行。
[0074]本發(fā)明的方法是一種適用于三相電網(wǎng)對(duì)稱跌落的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速平滑且穩(wěn)定性好的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制方法，運(yùn)用本發(fā)明的方法，若檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓正常，則通過常用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法和直流母線電壓調(diào)節(jié)器得到電流idl，并將其賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流i_f = 0，采用同步電流矢量PI控制器及空間矢量脈寬調(diào)制方法得到6路脈寬調(diào)制脈沖；若檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落，則鎖存此跌落時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓upv,同時(shí)鎖存此跌落時(shí)刻的上一米樣時(shí)刻的電流idl，并在跌落期間一直將此鎖存的idl與取值在0.5至I范圍內(nèi)的系數(shù)k相乘后賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，待檢測(cè)出三相電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)再將此鎖存的Upv賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流i_f = 0，采用同步電流矢量PID控制器及空間矢量脈寬調(diào)制方法得到6路脈寬調(diào)制PWM脈沖。
[0075]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用于說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: I.獲取三相電網(wǎng)的三相電壓信號(hào)和逆變器輸出端的三相電流信號(hào)； II、確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分； III、獲取光伏陣列輸出電壓和光伏陣列輸出電流； IV、判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落； V、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓正常時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流； VI、當(dāng)三相電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)獲取逆變器的d軸參考電流； VII、運(yùn)用PI調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖； VIII、運(yùn)用PID調(diào)節(jié)器根據(jù)所述逆變器的d軸參考電流獲得脈寬調(diào)制脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟II中，根據(jù)所述三相電壓信號(hào)和所述三相電流信號(hào)分別確定三相電網(wǎng)電壓的dq軸直流分量和同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分，包括: 根據(jù)所述三相電壓信號(hào)運(yùn)用鎖相環(huán)PLL方法確定電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0，根據(jù)所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度和所述三相電壓信號(hào)確定三相電網(wǎng)電壓的d、q軸直流分量ed、eq ； 根據(jù)所述逆變器輸出端的三相電流信號(hào)和所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行dq旋轉(zhuǎn)矢量變換，確定同步旋轉(zhuǎn)dq軸坐標(biāo)系下的直流電流成分id、iq。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟IV包括:判斷三相電網(wǎng)電壓是否跌落，若所述三相電網(wǎng)電壓正常則進(jìn)入步驟V,若所述三相電網(wǎng)電壓跌落則進(jìn)入步驟VI。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟V包括以下步驟: S501、若所述三相電網(wǎng)電壓正常,根據(jù)所述光伏陣列輸出電壓和所述光伏陣列輸出電流，運(yùn)用最大功率跟蹤MPPT方法確定光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓； S502、將所述光伏陣列輸出電壓和所述光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓的差值進(jìn)行電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器后獲得電流idl ； S503、將所述電流idl賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf;為使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流iff6f = O，進(jìn)入步驟VII。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟VI包括: 若所述三相電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落，則鎖存跌落時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓Upv及上一采樣時(shí)刻的電流idl，并在跌落期間一直將此鎖存的idl與系數(shù)k相乘后的電流鎖存值id2賦值給逆變器輸出的d軸參考電流idMf，k取值范圍為0.5至I ;設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流1<^ = 0，進(jìn)入步驟￥111 ； 若三相電網(wǎng)電壓從跌落狀態(tài)重新恢復(fù)正常，恢復(fù)時(shí)刻將所述電壓鎖存值Upv賦值給光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓，返回步驟S502。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟VII包括以下步驟: S701、所述逆變器輸出的d軸參考電流和所述電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-wLi,和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到Ud ； S702、將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流的差值經(jīng)過第二電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得到U,，其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感； S703、所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Ud和Uq進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的Ua和110 ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理獲得6路脈寬調(diào)制脈沖，返回步驟IV繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，其特征在于:所述步驟VIII包括以下步驟:S801、所述逆變器輸出的d軸參考電流和所述電流id的差值經(jīng)過第一電流比例積分PID調(diào)節(jié)器后，與q軸交叉耦合項(xiàng)-wLi,和所述三相電網(wǎng)電壓的d軸直流分量ed相加得到UdI ； S802、將逆變器輸出的q軸參考電流和所述電流的差值經(jīng)過第二電流比例積分微分PID調(diào)節(jié)器后，與d軸交叉耦合項(xiàng)WLid和所述三相電網(wǎng)電壓的q軸直流分量e,相加得到Uql，其中，w為三相電網(wǎng)電壓的角頻率，L為逆變器中并網(wǎng)濾波器的濾波電感； S803、所述電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度0將Udl和Uql進(jìn)行派克Park逆變換，獲得二相靜止坐標(biāo)系下的Ual和Uei ;運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM方法，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理獲得6路脈寬調(diào)制脈沖， 返回步驟IV繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103618335SQ201310652686
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】鄭飛, 張軍軍, 張曉琳 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院