專利名稱：一種單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法
技術領域：
本發明屬于光伏并網發電領域，具體涉及ー種單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法。
背景技術：
市電系統作為公共電網，上面連接了成千上萬各種各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開關電源等負載不僅從電網中獲得電能，還會反過來對電網本身造成影響，惡化電網或局部電網的供電品質，造成市電電壓波形畸變或頻率漂移。另外意外的自然和人為事故，如地震、雷擊、輸變電系統斷路或短路，都會危害電カ的正常供應，從而影響負載的正常工作。因此，根據非理想電壓形成的原因，將其分為兩大類由穩態問題引起的非理想電 壓及暫態問題引起的非理想電壓。其中，穩態問題引起的非理想電壓是主要方面，其包括電壓閃變、三相電壓不平衡、頻率偏移、電カ系統諧波和電壓波動等。暫態問題主要包括電壓電涌、電壓脈沖、電壓波動、電壓下陷、電壓跌落等。圖I是引起非理想電壓的各個原因所占的比例。電壓跌落是指在某ー時刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍，經很短的一段時間后又恢復到正常水平的現象。目前，多數文獻都用跌落的幅值和持續時間來作為描述電壓跌落的特征量，但對幅值大小和持續時間的界定范圍還未形成統ー的標準。例如，在IEEE電能質量標準中對電壓跌落特征量的界定范圍是幅值標么值在0. f 0.9之間，持續時間為半個周期至I分鐘；而IEC標準則用跌落前后電壓的差值與正常電壓的百分比來描述電壓跌落的深度，持續時間限定為半個周期至幾十秒。從電壓跌落的表現形式上，電壓跌落大致可分為三相電壓的等幅值跌落、兩相電壓跌落和単相電壓跌落，跌落波形分別如圖2、圖3和圖4所示，圖中的電網電壓為標幺值(p.u)。以太陽能和風能為主的新能源取代傳統化石能源已成為不可避免的趨勢，而光伏發電作為太陽能資源開發利用的重要形式，已經引起了世界各國政府的高度重視。隨著越來越多的兆瓦級光伏并網電站的建成和接入電網運行，其對電網的安全穩定運行產生了深刻影響，特別是在電網故障時光伏電站的突然脫網會進一步惡化電網運行狀態，帶來更加嚴重的后果。當光伏電站滲透率較高或出力加大時，電網發生故障引起光伏電站跳閘，由于故障恢復后光伏電站重新并網需要時間，在此期間引起的功率缺額將導致相鄰的光伏電站跳閘，從而引起大面積停電，影響電網安全穩定運行。然而，目前國內外的光伏電站幾乎不具有低電壓穿越的能力，對光伏電站低電壓穿越關鍵技術的研究也很少。因此，亟須對光伏并網逆變器的低電壓穿越技術展開研究，保障光伏電站接入后電網的安全穩定運行。在光伏并網逆變器低電壓穿越上，國內現有的文獻和專利重點研究了三相電網電壓對稱條件下能實現低電壓穿越功能，但是其忽略了兩點問題I)電網不對稱故障更為常見，不對稱故障下如何抑制負序分量對光伏逆變器的影響；2)光伏逆變器低電壓穿越期間MPPT如何處理及有功功率及無功功率如何分配。
MPPT (Maximum Power Point Tracking)的全稱為“最大功率點跟蹤”太陽能控制器，是傳統太陽能充放電控制器的升級換代產品。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠實時偵測太陽能板的發電電壓，并追蹤最高電壓電流值(VI)，使系統以最高的效率對蓄電池充電。2010年底,我國電網公司出臺了《光伏電站接入電網技術規定》,規定明確指出“大中型光伏電站應具備一定的低電壓穿越能力；電力系統發生不同類型故障時，若光伏電站并網點考核電壓全部在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，光伏電站應保證不間斷并網運行；否則光伏電站停止向電網線路送電。”光伏電站的低電壓穿越能力需要由逆變器實現。低電壓穿越能力要求如圖5所示，并網點電壓跌落為額定電壓的0.2倍時，并網逆變器在Is內需保持并網運行，若在3s內并網點電壓恢復到額定電壓的0. 9-1. I倍間，逆變器需保持不間斷的并網運行；否則，斷開并網逆變器。規定還要求，在電網電壓發生電壓跌落故 障時逆變器應向電網提供無功功率。光伏并網逆變器并網運行時，工作于單位功率因數狀態，濾波支路容量相對較小，線路阻抗主要呈現為感性。由圖6的并網矢量圖可得并網逆變器輸出的視在功率為
p. .ハ Vcos 5 + JVsm 5-s eV . r .rsVcos S-Si ^= P^jQ=S -—- = — sin o + j[---]
_JXJ ズズ⑴式中X為逆變器輸出阻杭，V逆變器輸出電壓，e為電網電壓，5為逆變器輸出電
壓與電網電壓夾角。由式(I)得到逆變器輸出的有功功率和無功功率分別為 eV，ノ
X故逆變器輸出有功功率受功角S的影響，無功功率決定于輸出電壓幅值V，因此，逆變器輸出電壓的相位與幅值與其輸出有功功率和無功功率近似線性耦合。逆變器輸出電壓幅值可以直接控制，而相位可以通過調節輸出頻率來實現。通過逆變器輸出電壓幅值即可達到調節輸出無功功率的目的，通過調節頻率可以達到輸出有功功率的目的。由以上分析可知，低電壓穿越期間，逆變器輸出無功功率可以支撐并網點電壓，幫助電網電壓恢復。因此，需要一種新的低電壓穿越方法以解決上述問題。
發明內容
發明目的本發明針對現有技術中正負序分離方法存在的缺陷，提供一種改進的正負序分量分尚方法。技術方案為解決上述技術問題，本發明的改進的正負序分量分離方法采用如下技術方案一種改進的正負序分量分離方法，其特征在于，包括以下步驟a、當檢測到并網點電壓跌落時開始計時，T為并網點電壓周期，t為時間，在跌落的四分之一個電網周期時間里，采用構造微分方程組的分離方法分離出并網點電壓的正負序分量；
b、當t大于T/4后，切換成四分之一周期延時法分離出并網點電壓的正負序分量。有益效果本發明改進的正負序分離法不僅避免在不對稱故障發生和結束之后的四分之一周期內使用“四分之一周期延時”法存在的較大誤差，又很好地利用“四分之一周期延時”法方法簡單，檢測性能好等優點。發明目的本發明針對現有技術中光伏并網逆變器低電壓穿越能力低，不對稱故障下無法準確抑制負序分量影響、鎖相不穩定以及穿越期間有功、無功功率控制的缺陷，提供一種單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法。技術方案為解決上述技術問題，本發明的單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法采用如下技術方案 一種單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法，其特征在于，包括以下步驟I)采集并網點三相交流母線電壓，將采樣得到的并網點三相電壓與存儲在DSP中的電壓與時間曲線進行比較；2)如果電壓低于所述電壓與時間曲線的電壓下限，關斷DSP的PWM信號，斷開并網逆變器；3)如果三相電壓同時跌落且在DSP存儲的跌落范圍內，當檢測到并網點電壓跌落時，直接采樣三相電網電壓進行鎖相，斷開MPPT環，有功電流給定值じ=0 ,無功電流給定值iI=P^CO < Y ^ 1)，繼續保持并網，DSP計時并實時讀取并網點電壓并與DSP中存儲的電壓與時間曲線對比；如果ー相電壓或兩相電壓跌落且在DSP存儲的跌落范圍內，當檢測到并網點電壓跌落吋，將采樣的三相電壓按照權利要求I所述的改進的正負序分離法進行分尚，分尚后的正序分量送入軟件鎖相環鎖相，負序分量與電流內環的控制量經反Park變換的結果相加后送入SVPWM環節；在并網點電壓跌落期間，斷開MPPT環，有功電流給定值く=0，無功電流給定值^=片^“0 < y ^ 1)，繼續保持并網，DSP計時并實時讀取并網點電壓并與DSP中存儲的電壓與時間曲線對比；4)如果在規定的時間內，三相并網點電壓恢復至額定要求值，切換電流內環有功電流給定值り= 和無功電流給定值り=0保持単位功率因數并網；反之，關斷DSP的PWM信號，斷開并網逆變器。其中，DSP(Digital Signal Processing,數字信號處理器)，是ー種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，全稱脈沖寬度調制，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的ー種非常有效的技術。SVPWM是空間矢量脈寬調制(Space Vector Pulse WidthModulation)的簡稱。SVPWM的主要思想是以三相對稱正弦波電壓供電時三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關模式作適當的切換，從而形成PWM波，以所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓。傳統的SPWM方法從電源的角度出發，以生成一個可調頻調壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統和異步電機看作ー個整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實時控制。有益效果本發明在電網不對稱故障下對電壓正負序分量分離，采用軟件鎖相環對正序分量進行精確鎖相，在SVPWM環節對負序分量進行補償，抑制了負序分量的影響。低電壓穿越期間逆變器只提供無功功率，很好的支撐了并網點電壓恢復，實現了逆變器的低電壓穿越。本發明能夠快速檢測出電網低電壓跌落，抑制不對稱跌落負序分量的影響，提供無功功率，支撐并網點電壓恢復，滿足大功率并網逆變器低電壓穿越的要求。
圖I引起非理想電壓的各原因所占的比列；圖2三相電壓同時等幅跌落的電網波形；圖3兩相電壓同時等幅跌落的電網波形；圖4單相電壓同時等幅跌落的電網波形；圖5大中型光伏電站的低電壓穿越能力要求；圖6逆變器并網矢量圖；
圖7帶濾波器的軟件鎖相環(SPLL)原理圖；圖8改進的正負序分離法；圖9單級式光伏并網逆變器控制結構圖；圖10低電壓穿越有功電流和無功電流控制流程圖；圖11不對稱電壓跌落的LVRT系統控制結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進ー步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。電網對稱故障下，三相電壓不存在負序分量，低電壓穿越期間常規軟件鎖相環即可實現準確的相位鎖定。而電網不對稱故障發生時，三相電壓中存在負序分量，常規鎖相環不能實現準確的相位鎖定，常規的做法是先對正序分量和負序分量進行分離。由于正、負序分量在與其同向旋轉的同步速坐標系中呈現為直流量，而在與其反向旋轉的同步速坐標系中呈現為2倍頻交流量。因此可以采用濾波器將同步旋轉坐標系中2倍的交流分量濾除，余下的直流分量即為正序分量或者負序分量。圖7為現有技術用于不對稱電壓故障的鎖相環，由于在鎖相環中引入了低通濾波器，嚴重影響了鎖相環的動態響應，導致其對基波電壓矢量正序分量頻率、相位和幅值檢測的滯后。不對稱電壓矢量Vatc經過三相靜止ABC坐標系到兩相靜止a ^坐標系變換之后可表示為式(4)
Va(f) Va+ (/) + Va — (t) Fh cos(atf + ^i) + V_ cos(-(Ot + &_)式中V+、V_分別是正、負序分量的幅值，Va +、Ve +和Va_、Ve_分別是正、負序分量在a、P軸上的投影。四分之一周期延時法將不對稱電壓矢量Vabc延時T/4得到式(5)
權利要求
1.一種改進的正負序分量分離方法，其特征在于，包括以下步驟 a、當檢測到并網點電壓跌落時開始計時，T為并網點電壓周期，t為時間，在跌落的四分之一個電網周期時間里，采用構造微分方程組的分離方法分離出并網點電壓的正負序分量; b、當t大于T/4后，切換成四分之一周期延時法分離出并網點電壓的正負序分量。
2.如權利要求I所述的改進的正負序分量分離方法，其特征在于，所述四分之一周期延時法為采用下式即可在兩相靜止a ^坐標系中計算出不對稱電壓Vabc的正、負序分量Va + (t)、Va_(t)、Ve + (t)、V卜⑴
3.如權利要求I所述的改進的正負序分量分離方法，其特征在于，所述構造微分方程組的分離方法為采用下列兩式即可在a ^坐標系中分離出不對稱電壓中的正、負序分量Va + (t)、Va_(t)、Ve + (t)、V卜⑴
4.一種單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法，其特征在于，包括以下步驟 1)采集并網點三相交流母線電壓，將采樣得到的并網點三相電壓與存儲在DSP中的電壓與時間曲線進行比較； 2)如果電壓低于所述電壓與時間曲線的電壓下限，關斷DSP的PWM信號，斷開并網逆變器； 3)如果三相電壓同時跌落且在DSP存儲的跌落范圍內，當檢測到并網點電壓跌落時，直接采樣三相電網電壓進行鎖相，斷開MPPT環，有功電流給定值^ = 0，，無功電流給定值 < Y ^ 1)，繼續保持并網，DSP計時并實時讀取并網點電壓并與DSP中存儲的電壓與時間曲線對比；如果一相電壓或兩相電壓跌落且在DSP存儲的跌落范圍內，當檢測到并網點電壓跌落時，將采樣的三相電壓按照權利要求1-3任一項所述的改進的正負序分離法進行分離，分離后的正序分量送入軟件鎖相環鎖相，負序分量與電流內環的控制量經反Park變換的結果相加后送入SVPWM環節；在并網點電壓跌落期間，斷開MPPT環，有功電流給定值<=0，，無功電流給定值<=片< y彡1)，繼續保持并網，DSP計時并實時讀取并網點電壓并與DSP中存儲的電壓與時間曲線對比； 4)如果在規定的時間內，三相并網點電壓恢復至額定要求值，切換電流內環有功電流給定值和無功電流給定值<二0，，保持單位功率因數并網；反之，關斷DSP的PWM信號，斷開并網逆變器。
5.如權利要求4所述的單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法，其特征在于，步驟I)中并網點三相交流母線電壓通過電壓互感器和霍爾傳感器采集。
全文摘要
本發明公開一種改進的正負序分量分離方法，不僅避免在不對稱故障發生和結束之后的四分之一周期內使用“四分之一周期延時”法存在的較大誤差，又很好地利用“四分之一周期延時”法方法簡單，檢測性能好等優點。本發明還公開了利用改進的正負序分量分離方法實現的單級式光伏并網逆變器低電壓穿越方法，本發明能夠快速檢測出電網低電壓跌落，抑制不對稱跌落負序分量的影響，提供無功功率，支撐并網點電壓恢復，滿足大功率并網逆變器低電壓穿越的要求。
文檔編號H02J3/38GK102761135SQ20121025034
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者劉皓明, 周素梅, 宋鵬飛, 范發靖, 袁曉玲 申請人:河海大學