本發(fā)明涉及電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法和裝置。

背景技術(shù)：

自20世紀90年代以來，太陽能發(fā)電技術(shù)得到了持續(xù)高速發(fā)展，光伏并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為當今太陽能主要利用形式之一。并網(wǎng)逆變器作為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點。

目前，單相光伏逆變系統(tǒng)的控制一般集中在使逆變器可以輸出單位功率因數(shù)，從而最大幅度地提高并網(wǎng)效率。即，單相光伏逆變器的功能相對單一。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法，以有效擴展單相光伏逆變器的作用，該方法包括：

確定電網(wǎng)電壓是否發(fā)生跌落；

如果所述電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，通過無功補償確定有功功率和無功功率；

根據(jù)所述有功功率和所述無功功率，對所述電網(wǎng)進行有功補償和無功補償。

在一個實施方式中，根據(jù)以下公式計算有功功率和無功功率：

其中，P表示有功功率，Q表示無功功率，V_d表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的d軸電壓，V_q表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的q軸電壓，I_d表示d軸有功電流，I_q＝k(1-V_g)I_n，其中，V_g表示標幺瞬時電網(wǎng)電壓，I_n表示電網(wǎng)正常時的電流，k表示在低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓與無功補償電流關(guān)系式，k≥2。

在一個實施方式中，對所述電網(wǎng)進行無功補償，包括：對所述電網(wǎng)進行電流內(nèi)環(huán)控制和電壓外環(huán)控制。

在一個實施方式中，按照以下公式進行電流內(nèi)環(huán)控制：

其中，G_i(s)表示比例諧振控制及諧波補償控制器，k_p為比例增益，k_r為基準諧振增益，k_rh為諧振控制增益系數(shù)(h＝3，5，7)，w₀為電網(wǎng)基準頻率，s表示拉普拉斯變換因子。

在一個實施方式中，按照以下公式進行電壓外環(huán)控制：

其中，表示電網(wǎng)參考電流，v_gα、v_gβ分別為電網(wǎng)電壓的正交分量，G_P(s)表示有功功率的PI控制器、G_Q(s)表示無功功率的PI控制器，P表示有功功率，Q表示無功功率，P^*表示給定參考有功功率，Q^*表示給定參考無功功率。

本發(fā)明實施例還提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置，以有效擴展單相光伏逆變器的作用，該裝置包括：

判斷模塊，用于確定電網(wǎng)電壓是否發(fā)生跌落；

確定模塊，用于在確定所述電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落的情況，通過無功補償確定有功功率和無功功率；

補償模塊，用于根據(jù)所述有功功率和所述無功功率，對所述電網(wǎng)進行有功補償和無功補償。

在一個實施方式中，所述確定模塊，具體用于根據(jù)以下公式計算有功功率和無功功率：

其中，P表示有功功率，Q表示無功功率，V_d表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的d軸電壓，V_q表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的q軸電壓，I_d表示d軸有功電流，I_q＝k(1-V_g)I_n，其中，V_g表示標幺瞬時電網(wǎng)電壓，I_n表示電網(wǎng)正常時的電流，k表示在低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓與無功補償電流關(guān)系式，k≥2。

在一個實施方式中，所述補償模塊對所述電網(wǎng)進行無功補償，包括：對所述電網(wǎng)進行電流內(nèi)環(huán)控制和電壓外環(huán)控制。

在一個實施方式中，所述補償模塊具體用于按照以下公式進行電流內(nèi)環(huán)控制：

其中，G_i(s)表示比例諧振控制及諧波補償控制器，k_p為比例增益，k_r為基準諧振增益，k_rh為諧振控制增益系數(shù)(h＝3，5，7)，w₀為電網(wǎng)基準頻率，s表示拉普拉斯變換因子。

在一個實施方式中，所述補償模塊具體用于按照以下公式進行電壓外環(huán)控制：

其中，表示電網(wǎng)參考電流，v_gα、v_gβ分別為電網(wǎng)電壓的正交分量，G_P(s)表示有功功率的PI控制器、G_Q(s)表示無功功率的PI控制器，P表示有功功率，Q表示無功功率，P^*表示給定參考有功功率，Q^*表示給定參考無功功率。

在上述實施例中，提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法，在光伏電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落的情況下，進行無功補償，從而解決了現(xiàn)有的單相光伏逆變器僅可以實現(xiàn)有功輸出而導致的單相光伏逆變器作用過于單一的技術(shù)問題，達到了有效擴展單相光伏逆變器的作用的技術(shù)效果。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)功率及控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法的方法流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制框圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制框圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

發(fā)明人考慮到為了擴展單相光伏逆變器的功能，使得電網(wǎng)更大限度地接納光伏逆變器，可以通過單相光伏逆變器實現(xiàn)例如：低電壓穿越，無功補償?shù)容o助功能，即，拓展單相光伏并網(wǎng)無功補償功能，實現(xiàn)單相并網(wǎng)系統(tǒng)的無功和諧波電流的精確檢測和補償，使單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)同時兼?zhèn)錈o功與諧波補償功能。將三相無功功率理論算法擴展到單相系統(tǒng)中，實現(xiàn)單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的無功補償。

如圖1所示，目前單相光伏逆變系統(tǒng)的控制集中在使逆變器輸出單位功率因數(shù)，從而最大幅度地提高并網(wǎng)效率。為了使得電網(wǎng)更大限度地接納光伏逆變器，可以使得光伏逆變器具有如：低電壓穿越，無功補償?shù)容o助功能。其中，單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的無功補償理論由三相無功功率理論擴展而來，而三相檢測算法主要應用于三相平衡電路，單相檢測算法既可應用于單相電路，也可應用于三相平衡或不平衡電路，因而適用范圍更廣。

為此，在本例中，提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法，如圖2所示，可以包括以下步驟：

步驟201：確定電網(wǎng)電壓是否發(fā)生跌落；

步驟202：如果所述電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落，通過無功補償確定有功功率和無功功率；

對于光伏并網(wǎng)逆變器而言，控制目標是向電網(wǎng)注入最大有功功率，在電壓跌落期間，逆變器輸出到電網(wǎng)的功率急劇減小，而此時逆變器輸入功率將超過輸出功率，能量在直流母線上積聚，將會使直流母線電壓升高，損壞電氣元件。

為了解決上述問題，可以采用無功補償?shù)姆绞?。如圖3所示，正常情況下，逆變器BOOST電路工作在MPPT模式，光伏陣列發(fā)出最大功率經(jīng)BOOST電路提升電壓后，由逆變器經(jīng)濾波后到電網(wǎng)，此時的主要控制目標為向電網(wǎng)注入最大有功功率，即控制功率因數(shù)為1或無限接近1。當電網(wǎng)電壓跌落時，可以計算有功功率輸出值來決定BOOST電路是否放棄MPPT功能。

由功率平衡，通過控制光伏電流和電壓大小，可以進行功率調(diào)節(jié)輸出有功及無功指令電壓。電壓調(diào)節(jié)輸出指令電流，通過檢測電網(wǎng)上的電流，進行無功補償和諧波補償電流調(diào)節(jié)得到并網(wǎng)參考電壓，即可實現(xiàn)無功補償和并網(wǎng)發(fā)電。

具體的，可以通過以下公式計算有功功率和無功功率：

其中，其中，P表示有功功率，Q表示無功功率，V_d表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的d軸電壓，V_q表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的q軸電壓，I_d表示d軸有功電流，I_q＝k(1-V_g)I_n，其中，V_g表示標幺瞬時電網(wǎng)電壓，I_n表示電網(wǎng)正常時的電流，k表示在低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓與無功補償電流關(guān)系式，即通過判斷電網(wǎng)電壓來決定無功補償電流大小，依據(jù)標準，通常k≥2。

步驟103：根據(jù)所述有功功率和所述無功功率，對所述電網(wǎng)進行有功補償和無功補償。

其中，無功補償控制可以包含電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)控制，其中，電流內(nèi)環(huán)用于電能質(zhì)量及電流保護控制，電壓外環(huán)用于提供內(nèi)環(huán)所需給定電流。

具體的，可以按照以下公式進行電流內(nèi)環(huán)控制：

其中，G_i(s)表示比例諧振控制及諧波補償控制器，k_p為比例增益，k_r為基準諧振增益，k_rh為諧振控制增益系數(shù)(h＝3，5，7)，w₀為電網(wǎng)基準頻率，s表示拉普拉斯變換因子。

可以按照以下公式進行電壓外環(huán)控制：

其中，表示電網(wǎng)參考電流，v_gα、v_gβ分別為電網(wǎng)電壓的正交分量，G_P(s)表示有功功率的PI控制器、G_Q(s)表示無功功率的PI控制器，P表示有功功率，Q表示無功功率，P^*表示給定參考有功功率，Q^*表示給定參考無功功率。

下面結(jié)合一具體實施例對上述光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法進行說明，然而值得注意的是，該具體實施例僅是為了更好地說明本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定

光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標是向電網(wǎng)注入最大有功功率，在電壓跌落期間，逆變器輸出到電網(wǎng)的功率急劇減小，而此時逆變器輸入功率將超過輸出功率，能量在直流母線上積聚，將會使直流母線電壓升高，損壞電氣元件，解決該問題最直接的方法是采用無功補償策略。

如圖3所示，正常情況下，逆變器BOOST電路工作在MPPT模式，光伏陣列發(fā)出最大功率經(jīng)BOOST電路提升電壓后，由逆變器經(jīng)濾波后到電網(wǎng)，此時的主要控制目標為向電網(wǎng)注入最大有功功率，即控制功率因數(shù)為1或無限接近1。當電網(wǎng)電壓跌落時，計算有功功率輸出值來決定BOOST電路是否放棄MPPT功能。

由功率平衡，通過控制光伏電流和電壓大小，可以進行功率調(diào)節(jié)輸出有功及無功指令電壓。電壓調(diào)節(jié)輸出指令電流，通過檢測電網(wǎng)上的電流，進行無功補償和諧波補償電流調(diào)節(jié)得到并網(wǎng)參考電壓，即可實現(xiàn)無功補償和并網(wǎng)發(fā)電。

光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制框圖可以如圖3和圖4所示，為了得到電網(wǎng)無功電流，將瞬時無功功率理論運用到單相系統(tǒng)，可以構(gòu)造正交兩相電流和電壓，V_gα、V_gβ和i_gα、i_gβ。圖中LVRT(Low Voltage Ride-Through)為低電壓穿越，OSG(Orthogonal Signal Generation)為正交算法，RPC(Reactive Power Compensator)為無功補償，Sag Detection為電壓跌落檢測。其中，無功補償控制包含電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)用于電能質(zhì)量及電流保護控制，而電壓外環(huán)用于提供內(nèi)環(huán)所需給定電流。

當電網(wǎng)電壓正常時，給定有功功率P^*和無功功率Q^*分別為P_MPP(最大功率跟蹤)和0，當電壓發(fā)生跌落時，由無功補償來計算得出P^*和Q^*。

在本例中，可以采用恒定有功功率控制的無功補償策略，根據(jù)正交算法，有功功率為：

P＝V_gI_d/2

其中，V_g為電網(wǎng)電壓，I_d為d軸有功電流，在電網(wǎng)正常時I_d＝I_n，V_gn、I_n分別為電網(wǎng)正常時的電壓及電流，此時有功功率為P＝P_n＝V_gnI_n/2。

由無功電流補償可以得出：

其中，(1-1/k)p.u≤V_g≤0.9p.u，p.u為標幺值。為了在低電壓穿越期間正常并網(wǎng)，需滿足以下關(guān)系式：

其中，I_max為逆變器允許的最大電流，有功功率及無功功率分別為：

外環(huán)電壓控制環(huán)節(jié)為：

其中，v_gα、v_gβ分別為電網(wǎng)電壓的正交分量，G_P(s)、G_Q(s)分別為有功功率及無功功率的PI控制器。

內(nèi)環(huán)電流控制環(huán)節(jié)為：

內(nèi)環(huán)采用比例諧振控制及諧波補償控制，其中，k_p為比例增益，k_r為基準諧振增益，k_rh為諧振控制增益系數(shù)(其中，h＝3，5，7)，w₀為電網(wǎng)基準頻率。

針對光伏并網(wǎng)逆變器在電壓跌落時可以采用光伏逆變器恒定有功功率的控制策略來實現(xiàn)無功補償及諧波補償，減少在此期間浪費MPPT輸出電流，且MPPT和最大電流輸出能達到協(xié)調(diào)控制，在電壓恢復時刻可以有效減小電壓波動。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例中還提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置，如下面的實施例所述。由于光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置解決問題的原理與光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法相似，因此光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置的實施可以參見光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法的實施，重復之處不再贅述。以下所使用的，術(shù)語“單元”或者“模塊”可以實現(xiàn)預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。圖5是本發(fā)明實施例的光伏并網(wǎng)逆變器的補償裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖，如圖5所示，可以包括：判斷模塊501、確定模塊502和補償模塊503，下面對該結(jié)構(gòu)進行說明。

判斷模塊501，用于確定電網(wǎng)電壓是否發(fā)生跌落；

確定模塊502，用于在確定所述電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落的情況，通過無功補償確定有功功率和無功功率；

補償模塊503，用于根據(jù)所述有功功率和所述無功功率，對所述電網(wǎng)進行有功補償和無功補償。

在一個實施方式中，確定模塊502，具體可以用于根據(jù)以下公式計算有功功率和無功功率：

其中，P表示有功功率，Q表示無功功率，V_d表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的d軸電壓，V_q表示旋轉(zhuǎn)坐標下的對應的q軸電壓，I_d表示d軸有功電流，I_q＝k(1-V_g)I_n，其中，V_g表示標幺瞬時電網(wǎng)電壓，I_n表示電網(wǎng)正常時的電流，k表示在低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓與無功補償電流關(guān)系式，k≥2。

在一個實施方式中，補償模塊503可以對所述電網(wǎng)進行無功補償，包括：對所述電網(wǎng)進行電流內(nèi)環(huán)控制和電壓外環(huán)控制。

在一個實施方式中，補償模塊503具體可以用于按照以下公式進行電流內(nèi)環(huán)控制：

其中，G_i(s)表示比例諧振控制及諧波補償控制器，k_p為比例增益，k_r為基準諧振增益，k_rh為諧振控制增益系數(shù)(h＝3，5，7)，w₀為電網(wǎng)基準頻率，s表示拉普拉斯變換因子。

在一個實施方式中，補償模塊503具體可以用于按照以下公式進行電壓外環(huán)控制：

其中，表示電網(wǎng)參考電流，v_gα、v_gβ分別為電網(wǎng)電壓的正交分量，G_P(s)表示有功功率的PI控制器、G_Q(s)表示無功功率的PI控制器，P表示有功功率，Q表示無功功率，P^*表示給定參考有功功率，Q^*表示給定參考無功功率。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：提供了一種光伏并網(wǎng)逆變器的補償方法，在光伏電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落的情況下，進行無功補償，從而解決了現(xiàn)有的單相光伏逆變器僅可以實現(xiàn)有功輸出而導致的單相光伏逆變器作用過于單一的技術(shù)問題，達到了有效擴展單相光伏逆變器的技術(shù)效果。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。