一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于低電壓穿越技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆 變器低電壓穿越方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來(lái)越大，太陽(yáng)能作為綠色可再生能 源，近年來(lái)得到廣泛的關(guān)注與開(kāi)發(fā)，尤其是在歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，光伏發(fā)電所占電網(wǎng)供電 比例不斷提高。我國(guó)有著豐富的太陽(yáng)能資源，據(jù)測(cè)算，全國(guó)超過(guò)2/3的地區(qū)年日照時(shí)間大 于2000h，年均太陽(yáng)輻射量約5900MJ/m 2,特別是西藏、新疆、內(nèi)蒙、寧夏等西部省份尤為豐 富，非常適合發(fā)展光伏發(fā)電。國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電發(fā)展前景非常廣闊，目前已有很多光伏電站投 入并網(wǎng)運(yùn)行，處于申報(bào)和建設(shè)中的大型光伏電站項(xiàng)目還有很多。
[0003] 大容量光伏并網(wǎng)是新能源發(fā)展的主要趨勢(shì)，伴隨著大容量光伏的投入，光伏發(fā)電 對(duì)電網(wǎng)的影響越來(lái)越大，尤其當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，必須考慮光伏電站的各種運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn) 定性的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落深度較大時(shí)，若不采取低電壓穿越控制，光伏陣列發(fā)出功率與 并網(wǎng)功率不平衡，則導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器過(guò)流、直流側(cè)電壓上升以及光伏變流器過(guò)流保護(hù) 而停機(jī)脫網(wǎng)。低電壓穿越能力是光伏發(fā)電系統(tǒng)的一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障 時(shí)，保持光伏電站繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)若電網(wǎng)故障無(wú)法恢復(fù)，才允許脫 網(wǎng)。低電壓穿越能力被認(rèn)為是光伏并網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)制造控制技術(shù)上的最大挑戰(zhàn)之一，直接關(guān) 系到光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。
[0004] 經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能發(fā)電低電壓穿越技術(shù)綜述（甄曉 亞，尹忠東，王云飛，等.太陽(yáng)能發(fā)電低電壓穿越技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)與清潔能 源，2011，27(8) :65-68.)介紹了三大類(lèi)低電壓穿越方案，分別為：基于儲(chǔ)能設(shè)備的解決方 案，基于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的低電壓穿越實(shí)現(xiàn)解決方案，基于無(wú)功電流電壓支撐的解決方案，其 中最后一種方案不需要增加儲(chǔ)能設(shè)備和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等額外的硬件設(shè)備，同時(shí)指出這些 方案同樣適用于其他分布式能源。電網(wǎng)故障時(shí)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越控制策略 (姚駿，廖勇，莊凱.電網(wǎng)故障時(shí)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越控制策略[J].電力系 統(tǒng)自動(dòng)化，2009(12) :91_96.)和A dynamic LVRT solution for doubly-fed induction generator(Abdel-Baqi 0, Nasiri A. A dynamic LVRT solution for doubly-fed induction generator[C]//Industrial Electronics, 2009. IECON' 09. 35th Annual Conference of IEEE. IEEE, 2009:825-830.)提出通過(guò)增加硬件和不增加硬件實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī) 組LVRT 的控制策略。Low voltage ride through capability of a 5kW grid-tied solar inverter(Benz C H, Franke ff T,Fuchs F ff. Low voltage ride through capability of a 5kff grid-tied solar inverter[C]//Power Electronics and Motion Control Conference(EPE/PEMC), 2010 14th International. IEEE, 2010:T12-13-T12-20.)釆用鎖 相控制和無(wú)功電流支撐方法完成了低電壓穿越。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策略 (張明光，陳曉婧.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策略[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 ISTIC EI，2014(11).)基于電壓定向矢量控制的低電壓穿越，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行電壓 定向矢量控制，實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率解耦，在電網(wǎng)電壓跌落期間，采用直流卸荷電路穩(wěn)定直 流側(cè)電壓，根據(jù)電壓的跌落深度補(bǔ)償一定的無(wú)功功率以支撐電壓恢復(fù)?？傮w來(lái)說(shuō)，相對(duì)風(fēng)能 發(fā)電，光伏發(fā)電的低電壓穿越研宄成果相對(duì)較少，同時(shí)目前的研宄大部分都是基于無(wú)功電 流電壓支撐的低電壓穿越方案，這樣可以減少儲(chǔ)能和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的使用。
[0005] 為此，本發(fā)明提出一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法。電 網(wǎng)電壓因故變低時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器的放大電路由最大功率控制切換到穩(wěn)壓控制，逆變電 路由電流電壓雙環(huán)控制切換到電流單環(huán)控制，使光伏并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)提供無(wú)功電流，同 時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器不會(huì)因過(guò)電流而保護(hù)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器，提供一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆 變器低電壓穿越方法，該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，響應(yīng)可靠。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008] 一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法，其包括：
[0009] 光伏并網(wǎng)逆變器的Boost電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)使用最大功率控制，提 高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率；
[0010] 光伏并網(wǎng)逆變器的Boost電路在低電壓穿越過(guò)程中，可切換到穩(wěn)壓控制或取消升 壓環(huán)節(jié)，保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定；
[0011] 光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)使用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán) 的雙環(huán)控制，提高光伏逆變器的穩(wěn)定性；
[0012] 光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路在低電壓穿越過(guò)程中，取消電壓環(huán)，使用電流單環(huán)控 制，達(dá)到注入無(wú)功電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越。
[0013] 進(jìn)一步地，光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)，升壓電路使用基于擾動(dòng)觀察法的最大功率 控制，比較調(diào)整前后功率P k= u kX Ik、Pk+1= U k+1X Ik+1，將電壓往功率增大的方向調(diào)整，實(shí)現(xiàn) 最大功率控制，其中uk、Ik和U k+1、Ik+1*別是調(diào)整前后獲取的Boost電路輸出電壓和電流的 采樣值，P k、Pk+^通過(guò)計(jì)算得到的調(diào)整前后的功率。
[0014] 進(jìn)一步地，電網(wǎng)發(fā)生故障且電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)入低電壓穿越過(guò) 程，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓處于0. 2p.u.到0.9P.U.間時(shí)，對(duì)Boost電路輸出電壓ud。與設(shè)定的參考 電壓4進(jìn)行比較，使用比例積分調(diào)節(jié)（PI，Proportional Integral)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，當(dāng)并 網(wǎng)點(diǎn)電壓小于〇. 2p. u.時(shí)，停止升壓工作，使直流電壓直接等于光伏開(kāi)路電壓。
[0015] 進(jìn)一步地，在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路控制環(huán)節(jié)包 括，電流內(nèi)環(huán)控制：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法，其特征在于，包括： 光伏并網(wǎng)逆變器的Boost電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)使用最大功率控制，提高光 伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率； 光伏并網(wǎng)逆變器的Boost電路在低電壓穿越過(guò)程中，可切換到穩(wěn)壓控制或取消升壓環(huán) 節(jié)，保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定； 光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)使用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙 環(huán)控制，提尚光伏逆變器的穩(wěn)定性； 光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路在低電壓穿越過(guò)程中，取消電壓環(huán)，使用電流單環(huán)控制，達(dá) 到注入無(wú)功電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法， 其特征在于：光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)，升壓電路使用基于擾動(dòng)觀察法的最大功率控制，比 較調(diào)整前后功率P k= UkX Ik、Pk+1= Uk+1X Ik+1，將電壓往功率增大的方向調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最大功率 控制，其中uk、Ik和U k+1、Ik+1*別是調(diào)整前后獲取的Boost電路輸出電壓和電流的采樣值， Pk、Pk+^通過(guò)計(jì)算得到的調(diào)整前后的功率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法， 其特征在于：電網(wǎng)發(fā)生故障且電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)入低電壓穿越過(guò)程，當(dāng)并 網(wǎng)點(diǎn)電壓處于〇. 2p. u.到0. 9p. u.間時(shí)，對(duì)Boost電路輸出電壓ud。與設(shè)定的參考電壓4進(jìn) 行比較，使用比例積分調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓小于0. 2p. u.時(shí)，停止升壓工作， 使直流電壓直接等于光伏開(kāi)路電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法， 其特征在于：在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器的逆變電路控制環(huán)節(jié)包括，電流 內(nèi)環(huán)控制：
電壓外環(huán)控制： c = κΡ_,, (ui - udc) + κι_4 [ui - u^t 式中，Kp id、K1 id、Kp iq、K1 iq、Kp d。、K1 d。是PI調(diào)節(jié)參數(shù)，i d、是三相電流經(jīng)過(guò)dq變換得 到的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（即dp坐標(biāo)）下的值，< 是設(shè)定的參考值，ed、e(1是三相電壓經(jīng) 過(guò)dq變換得到的dp坐標(biāo)下的值，ω是電網(wǎng)角頻率，L是逆變電路并網(wǎng)點(diǎn)的等效電感；光伏 發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)正常時(shí)，無(wú)功參考電流< 設(shè)為零，保持光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓 同頻同相，有功參考電流 < 由電壓外環(huán)控制得到。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方 法，其特征在于：電網(wǎng)發(fā)生故障且電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)入低電壓穿越過(guò)程， 在逆變電路中，將無(wú)功參考電流^設(shè)定為i_f，解除電壓外環(huán)控制，有功參考電流由公式 i； = 確定，確保光伏并網(wǎng)逆變器不會(huì)出現(xiàn)因過(guò)電流而引起關(guān)斷，其中， 正常工作時(shí)的額定電壓，ive;f的設(shè)定值如下：
式中，Ut為并IWJ點(diǎn)電IWJ電壓標(biāo)幺值，IN為額定電流。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)功電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越方法。該方法基于無(wú)功電流電壓支撐的低電壓穿越策略，針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器，將逆變電路由電壓電流雙環(huán)控制切換到電流單環(huán)控制，升壓（Boost）電路由最大功率控制（MPPT，Maximum Power Point Tracking）切換到穩(wěn)壓控制，最終實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越。本發(fā)明所提的方法簡(jiǎn)單實(shí)用，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障電網(wǎng)電壓降低時(shí)，能夠通過(guò)切換光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略，使光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。
【IPC分類(lèi)】H02J3-38, H02J3-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104734191
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510153061
【發(fā)明人】楊蘋(píng), 許志榮, 周述前, 鄭群儒, 陳柱, 楊春夢(mèng)
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日