一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明在并網(wǎng)運(yùn)行階段逆變器實(shí)時(shí)記錄網(wǎng)側(cè)電壓正常時(shí)的幅值及頻率，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，記錄網(wǎng)側(cè)電壓相角，以此作為離網(wǎng)控制過(guò)程中交流電壓控制的指令實(shí)現(xiàn)逆變器由并網(wǎng)至離網(wǎng)的平滑切換；在離網(wǎng)運(yùn)行階段，逆變器實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)上電后，逆變器進(jìn)行負(fù)載側(cè)電壓幅值相位與網(wǎng)側(cè)電壓的同步控制，待負(fù)載電壓與網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位時(shí)閉合網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，控制模式由交流電壓控制模式轉(zhuǎn)化為MPPT控制模式，逆變器實(shí)現(xiàn)由離網(wǎng)至并網(wǎng)的平滑切換。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球環(huán)境污染問(wèn)題和化石能源危機(jī)的不斷加劇，清潔的可再生能源得到了廣泛的關(guān)注。我國(guó)幅員遼闊，風(fēng)光可再生能源富集區(qū)與負(fù)荷中心區(qū)之間呈逆向分布，使得大型風(fēng)光電站必須通過(guò)高壓遠(yuǎn)距離輸電走廊才能送達(dá)負(fù)荷端。由于風(fēng)速和光照強(qiáng)度的非線(xiàn)性、隨機(jī)性和不可控性等特征，大型風(fēng)光電站的接入給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，頻繁出現(xiàn)的風(fēng)電場(chǎng)事故使得大型風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)小時(shí)數(shù)偏低，大量棄風(fēng)不但影響投資成本的回收，還造成巨大的資源浪費(fèi)。因此，新能源分布式電源的“分散接入、就地消納”引起了廣泛的關(guān)注。
[0003]孤島是分布式發(fā)電系統(tǒng)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，它涉及人身安全以及電氣設(shè)備安全。IEEE Std.929-2000標(biāo)準(zhǔn)指出，當(dāng)檢測(cè)到孤島時(shí)，分布式發(fā)電系統(tǒng)必須立即停機(jī)，從而停止向孤立的電網(wǎng)充電，這種情況稱(chēng)為被動(dòng)孤島模式。然而，為了提高分布式發(fā)電系統(tǒng)周?chē)年P(guān)鍵符合的供電可靠性，孤島發(fā)生后讓分布式發(fā)電系統(tǒng)停機(jī)不再是一個(gè)可行的方案。進(jìn)而，IEEE Std.1547-2003標(biāo)準(zhǔn)提出了主動(dòng)孤島的概念。在這種情況下，當(dāng)檢測(cè)到孤島后，分布式發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)與電網(wǎng)斷開(kāi)，繼續(xù)給本地關(guān)鍵負(fù)荷供電。
[0004]在主動(dòng)式孤島模式(離網(wǎng)模式)下，裝置運(yùn)行于定交流電壓控制模式，此時(shí)逆變器作為交流電壓源給本地關(guān)鍵負(fù)荷供電；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)后，裝置控制交流側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓同頻同相后方可合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行模式。如何實(shí)現(xiàn)逆變器由并網(wǎng)模式切入離網(wǎng)模式以及由離網(wǎng)模式切入并網(wǎng)模式的平滑過(guò)度實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換至關(guān)重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，以實(shí)現(xiàn)逆變器由并網(wǎng)模式切入離網(wǎng)模式以及由離網(wǎng)模式切入并網(wǎng)模式的無(wú)縫切換。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，該切換控制方法包括以下步驟:
[0007]I)在逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行模式下，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率，并判斷所檢測(cè)的網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率是否在正常范圍內(nèi)；
[0008]2)如果超出正常范圍，斷開(kāi)網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，并將逆變器由MPPT控制模式切換至交流電壓控制模式，使逆變器由并網(wǎng)模式向離網(wǎng)模式平滑切換；
[0009]3)當(dāng)逆變器處于離網(wǎng)交流電壓控制模式下，實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的幅值及頻率，判斷電網(wǎng)電壓幅值或頻率是否在正常范圍內(nèi)；
[0010]4)若檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓幅值或頻率在正常范圍內(nèi)，對(duì)逆變器采用交流電壓同步控制，使負(fù)載電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位；
[0011]5)當(dāng)負(fù)載電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位時(shí)，閉合網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，將逆變器由交流電壓控制模式切換值MPPT控制模式，實(shí)現(xiàn)逆變器由離網(wǎng)至并網(wǎng)的平滑切換。
[0012]所述步驟2)中是以電網(wǎng)掉電時(shí)所檢測(cè)到電網(wǎng)側(cè)電壓幅值及頻率信息作為交流電壓的控制指令。
[0013]所述網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率的正常范圍指的是電網(wǎng)電壓連續(xù)設(shè)定時(shí)間內(nèi)正常時(shí)的電壓幅值均值及頻率均值。
[0014]所述步驟4)中的交流電壓同步控制指的是電壓頻率與幅值的閉環(huán)控制，根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的頻率，對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)頻率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓的同步控制，以消除離網(wǎng)至并網(wǎng)切換過(guò)程中電網(wǎng)電壓的沖擊。
[0015]所述步驟5)中是以電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的電流指令值作為并網(wǎng)控制外環(huán)的初始值切取并網(wǎng)模式。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在并網(wǎng)運(yùn)行階段逆變器實(shí)時(shí)記錄網(wǎng)側(cè)電壓正常時(shí)的幅值及頻率，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)，記錄網(wǎng)側(cè)電壓相角，以此作為離網(wǎng)控制過(guò)程中交流電壓控制的指令實(shí)現(xiàn)逆變器由并網(wǎng)至離網(wǎng)的平滑切換；在離網(wǎng)運(yùn)行階段，逆變器實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)上電后，逆變器進(jìn)行負(fù)載側(cè)電壓幅值相位與網(wǎng)側(cè)電壓的同步控制，待負(fù)載電壓與網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位時(shí)閉合網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，控制模式由交流電壓控制模式轉(zhuǎn)化為MPPT控制模式，逆變器實(shí)現(xiàn)由離網(wǎng)至并網(wǎng)的平滑切換。
[0017]由離網(wǎng)向并網(wǎng)模式切換過(guò)程中采用的交流電壓同步控制算法，采用電壓頻率與幅值的閉環(huán)控制，頻率同步過(guò)程中根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)頻率的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓的同步控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由離網(wǎng)至并網(wǎng)切換過(guò)程中電網(wǎng)電壓無(wú)沖擊控制。逆變器在電網(wǎng)掉電孤島發(fā)生前，記錄電網(wǎng)正常時(shí)刻網(wǎng)測(cè)電壓幅值與相位，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)以此作為交流電壓控制指令，迅速切換至交流電壓控制模式，確保了并網(wǎng)模式至離網(wǎng)模式的平滑過(guò)渡。本發(fā)明不僅適用于集中式光伏并網(wǎng)逆變器，也適用于組串式光伏并網(wǎng)逆變器。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是光伏并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)與離網(wǎng)模式相互切換的主回路接線(xiàn)圖；
[0019]圖2是光伏并網(wǎng)逆變器的控制框圖；
[0020]圖3是光伏并網(wǎng)逆變器由并網(wǎng)模式切換至離網(wǎng)模式的流程圖；
[0021]圖4是光伏并網(wǎng)逆變器由離網(wǎng)模式切換至并網(wǎng)模式的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]本實(shí)施例以集中式兩電平光伏并網(wǎng)逆變器為例，如圖1為主回路接線(xiàn)圖。光伏并網(wǎng)逆變器包括逆變器本體、逆變器交流負(fù)載側(cè)開(kāi)關(guān)及電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)。其中電網(wǎng)側(cè)交流開(kāi)關(guān)用于當(dāng)電網(wǎng)掉電后，斷開(kāi)逆變器負(fù)載側(cè)與電網(wǎng)的連接。另外，逆變器除了需要為了完成本地控制進(jìn)行的負(fù)載側(cè)電壓電流、陣列電壓電流采樣外還需增加電網(wǎng)側(cè)電壓采樣用以監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓狀態(tài)。本發(fā)明給出了分布式光伏并網(wǎng)逆變器在檢測(cè)到孤島效應(yīng)發(fā)生后如何實(shí)現(xiàn)由并網(wǎng)模式至離網(wǎng)模式的平滑切換，如圖3所示，以及當(dāng)逆變器檢測(cè)到電網(wǎng)電壓恢復(fù)后如何實(shí)現(xiàn)由離網(wǎng)模式至并網(wǎng)模式的平滑切換，如圖4所示。
[0024]本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。
[0025]1.當(dāng)逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行模式下
[0026]I)檢測(cè)電網(wǎng)電壓Uag、Ubg, Ucg幅值及頻率；
[0027]2)記錄電網(wǎng)電壓連續(xù)5S中正常時(shí)的電壓幅值均值U及頻率均值f;
[0028]3)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓UfU1^Ueg的電壓幅值及頻率是否在正常范圍內(nèi)(該幅值與頻率的設(shè)定以逆變器接入電網(wǎng)的額定電壓幅值與頻率為基準(zhǔn)，電壓正常的波動(dòng)范圍)，如果電網(wǎng)電壓幅值及頻率存在異常則執(zhí)行步驟4)，如果正常則返回步驟I)；
[0029]4)記錄此時(shí)的電網(wǎng)電壓相位Φ，斷開(kāi)網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)QF2 ；
[0030]5)逆變器由MPPT控制模式切換至交流電壓控制模式，并將電網(wǎng)電壓相位Φ及幅值U及頻率f信息作為交流電壓控制的指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)逆變器由并網(wǎng)向離網(wǎng)模式的平滑切換，確保負(fù)載供電的平滑不間斷。
[0031]2.當(dāng)逆變器處于離網(wǎng)交流電壓控制模式下
[0032]I)電網(wǎng)電壓Uabc幅值及頻率檢測(cè)；
[0033]2)電網(wǎng)幅值或頻率正常則轉(zhuǎn)入步驟3)，異常則轉(zhuǎn)入步驟I)；
[0034]3)進(jìn)行交流電壓幅值同步控制，首先通過(guò)交流電壓控制模式使得交負(fù)載側(cè)電壓UAL、UBL, Ucl與電網(wǎng)側(cè)電壓Uag、Ubg, Ucg幅值一致；
[0035]4)進(jìn)行交流電壓相位同步控制，所采用的控制方法是:通過(guò)控制使得
如通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)電壓頻率為50.1Hz，則負(fù)載電壓頻率可控制在負(fù)載正常運(yùn)行頻率范圍內(nèi)片小值或偏大值，本方法中選擇Fltjad = Fgrid-0.5Hz)；
[0036]5)負(fù)載電壓與電網(wǎng)電壓幅值與相位差檢測(cè)，當(dāng)電壓幅值差〈Uerr并且相角差小于α?xí)r進(jìn)入步驟6)，反之則結(jié)束進(jìn)行下一次循環(huán)檢測(cè)；
[0037]6)閉合電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)QF2 ;
[0038]7)記錄此時(shí)的電流環(huán)指令值，以此作為并網(wǎng)控制外環(huán)的初始指令值切入并網(wǎng)模式。
[0039]本發(fā)明的上述切換過(guò)程逆變器所采用的控制如圖2所示，逆變器在電網(wǎng)掉電孤島發(fā)生前，記錄電網(wǎng)正常時(shí)刻網(wǎng)測(cè)電壓幅值與相位，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)以此作為交流電壓控制指令，迅速切換至交流電壓控制模式，確保了并網(wǎng)模式至離網(wǎng)模式的平滑過(guò)渡；由離網(wǎng)向并網(wǎng)模式切換過(guò)程中采用的交流電壓同步控制算法，采用電壓頻率與幅值的閉環(huán)控制，頻率同步過(guò)程中根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)頻率的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓的同步控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由離網(wǎng)至并網(wǎng)切換過(guò)程中電網(wǎng)電壓無(wú)沖擊控制。
[0040]以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，其特征在于，該切換控制方法包括以下步驟: 1)在逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行模式下，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率，并判斷所檢測(cè)的網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率是否在正常范圍內(nèi)； 2)如果超出正常范圍，斷開(kāi)網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，并將逆變器由MPPT控制模式切換至交流電壓控制模式，使逆變器由并網(wǎng)模式向離網(wǎng)模式平滑切換； 3)當(dāng)逆變器處于離網(wǎng)交流電壓控制模式下，實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的幅值及頻率，判斷電網(wǎng)電壓幅值或頻率是否在正常范圍內(nèi)； 4)若檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓幅值或頻率在正常范圍內(nèi)，對(duì)逆變器采用交流電壓同步控制，使負(fù)載電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位； 5)當(dāng)負(fù)載電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓同幅值同相位時(shí)，閉合網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，將逆變器由交流電壓控制模式切換值MPPT控制模式，實(shí)現(xiàn)逆變器由離網(wǎng)至并網(wǎng)的平滑切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，其特征在于，所述步驟2)中是以電網(wǎng)掉電時(shí)所檢測(cè)到電網(wǎng)側(cè)電壓幅值及頻率信息作為交流電壓的控制指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，其特征在于，所述網(wǎng)側(cè)電壓的幅值及頻率的正常范圍指的是電網(wǎng)電壓連續(xù)設(shè)定時(shí)間內(nèi)正常時(shí)的電壓幅值均值及頻率均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，其特征在于，所述步驟4)中的交流電壓同步控制指的是電壓頻率與幅值的閉環(huán)控制，根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)的頻率，對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)頻率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓的同步控制，以消除離網(wǎng)至并網(wǎng)切換過(guò)程中電網(wǎng)電壓的沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)與并網(wǎng)模式切換控制方法，其特征在于，所述步驟5)中是以電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的電流指令值作為并網(wǎng)控制外環(huán)的初始值切取并網(wǎng)模式。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104078997SQ201410298778
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】劉剛, 梁燕, 肖鵬, 陳北海, 蘆開(kāi)平, 李建偉, 黃小有, 左廣杰 申請(qǐng)人:許繼電氣股份有限公司