專利名稱：一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電供電領(lǐng)域，具體涉及ー種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
近幾年來伴隨著光伏設(shè)備裝機(jī)容量的擴(kuò)大，太陽能發(fā)電供電比重越來越大，因此，必須考慮電網(wǎng)故障時(shí)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。電網(wǎng)三相不平衡故障中的單相跌落和雙相跌落對(duì)光伏并網(wǎng)的影響越來越嚴(yán)重。目前，隨著光伏電站發(fā)電量的逐年増大，一旦這些故障，就會(huì)導(dǎo)致光伏電站輸出的有功功率大量減少，増加整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)難度，甚至可能加劇故障，引起其他機(jī)組的解列，導(dǎo)致大規(guī)模停電。這就要求光伏發(fā)電系統(tǒng)必須具備低電壓穿越能力。然而，只有迅速準(zhǔn)確的檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落幅值和相位，才能為發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越提供必要的前提條件。為了保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在低電壓等三相不平衡情況下，能夠保持繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行，要求發(fā)電系統(tǒng)必須具備低電壓穿越能力。因此，三相不平衡鎖相技術(shù)是保證光伏發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂低電壓穿越技術(shù)(Low Voltage Ride-Through, LVRT)最早是在風(fēng)カ發(fā)電系統(tǒng)中提出的，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)是指當(dāng)光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)候，光伏電站能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。要實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，前提必須要保證能夠迅速準(zhǔn)確的檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落幅值和相位，這樣才能通過電流環(huán)控制保證光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行。目前的鎖相技術(shù)存在兩個(gè)方面問題。ー是常見的鎖相技術(shù)存在零點(diǎn)漂移問題。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)在光伏電站一般是采用三相四線制并網(wǎng)，也就是說直接采集到三相相電壓，然后基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸變換的控制策略，進(jìn)行并網(wǎng)控制，但是由于電網(wǎng)經(jīng)常存在不平衡現(xiàn)象，電壓波動(dòng)，會(huì)使三相四線制電網(wǎng)中線點(diǎn)零電位漂 移，導(dǎo)致對(duì)電壓幅值相角的檢測(cè)存在很大的誤差。另外，目前，通常三相并網(wǎng)逆變器輸出需要經(jīng)過ー個(gè)變壓器連接到電網(wǎng)，現(xiàn)在市場(chǎng)上最常見到的是△/Y型變壓器，這樣要求并網(wǎng)逆變器輸出是三相三線制，即沒有直流母線的中線。如果并網(wǎng)逆變器輸出是三相四線制的話，則需要特制Y/A型或Y/Y型變壓器，這樣就會(huì)額外的增加并網(wǎng)設(shè)備的成本。ニ是目前的檢測(cè)方法沒有考慮由測(cè)量電壓偏移給電壓檢測(cè)帶來的影響。這種電壓偏移通常是由測(cè)量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和電網(wǎng)電壓的參數(shù)估計(jì)誤差引入的。例如，基于定點(diǎn)DSP的光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變器在A\D轉(zhuǎn)換之前需要手動(dòng)設(shè)置一個(gè)偏移量，使輸入給A\D的信號(hào)是0到3V。經(jīng)A\D轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)數(shù)據(jù)類型是無符號(hào)整型，再變換成有符號(hào)整型。因此，很難找到ー種變換使前后完全的匹配。現(xiàn)有的鎖相環(huán)均是對(duì)三相相電壓進(jìn)行采集，沒有考慮測(cè)量電壓偏移給電壓檢測(cè)帶來的影響，同時(shí)都是應(yīng)用于風(fēng)カ發(fā)電領(lǐng)域的低電壓穿越技木，因此，亟需ー種可行性高、檢測(cè)準(zhǔn)確的三相不平衡電網(wǎng)檢測(cè)的鎖相環(huán)，滿足光伏并網(wǎng)低電壓穿越的需要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鎖相技術(shù)存在需考慮零點(diǎn)漂移的影響和現(xiàn)有的檢測(cè)方法沒有考慮由測(cè)量電壓偏移給電壓檢測(cè)帶來的影響的問題，提出了一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法。一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的具體過程如下:步驟Al:電網(wǎng)電壓V輸入到ニ階正交信號(hào)發(fā)生器，ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'，然后同時(shí)執(zhí)行步驟A2和步驟A3 ;步驟A2:對(duì)步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值Vems,將所述線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP，然后執(zhí)行步驟A4 ；步驟A3:將步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'輸入到鎖相環(huán)，對(duì)線電壓相位角Q1-行鎖定及檢測(cè)；將所述線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角e P，然后執(zhí)行步驟A4 ；步驟A4:根據(jù)步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0 p，利用逆變器電流控制策略進(jìn)行并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。本發(fā)明所提出的三相鎖相方法是ー種簡單可行性高的并網(wǎng)鎖相方法，可以有效地消除測(cè)量電壓偏差帶來的影響，使檢測(cè)到的電壓幅值及相位更加準(zhǔn)確、快速。此種三相鎖相方法，無需考慮變壓器中性點(diǎn)漂移的影響，同時(shí)無需額外特制Y/A型或Y/Y型變壓器，大大降低并網(wǎng)成本。此種三相鎖相方法，可以很好地適用于無中線三相不平衡光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低電壓穿越。


圖1是具體實(shí)施方式
ニ所述的現(xiàn)有的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是具體實(shí)施方式
ニ所述的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是具體實(shí)施方式
一所述的鎖相環(huán)電路單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是具體實(shí)施方式
一所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的控制原理框圖；圖5是具體實(shí)施方式
三所述的現(xiàn)有的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器的原理框圖；圖6是具體實(shí)施方式
三所述的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器的原理框圖；圖7是具體實(shí)施方式
四所述的基于正交信號(hào)發(fā)生器的同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)的原理框圖；圖8是三相線電壓和相電壓的向量圖；圖9是具體實(shí)施方式
一所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:參見圖3、圖4和圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的具體過程如下:步驟Al:電網(wǎng)電壓V輸入到ニ階正交信號(hào)發(fā)生器，ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'，然后同時(shí)執(zhí)行步驟A2和步驟A3 ;步驟A2:對(duì)步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值Vems,將所述線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP，然后執(zhí)行步驟A4 ；步驟A3:將步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'輸入到鎖相環(huán)，對(duì)線電壓相位角Q1-行鎖定及檢測(cè)；將所述線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角e P，然后執(zhí)行步驟A4 ； 步驟A4:根據(jù)步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0 P，利用逆變器電流控制策略進(jìn)行并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。本實(shí)施方式中V'與V具有相同的相位和幅值，電網(wǎng)電壓V經(jīng)過的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'，兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'進(jìn)行計(jì)算得到相電壓幅值Vkms和兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'輸入到鎖相環(huán)得到線電壓相位角Q1的整個(gè)電路組成了鎖相環(huán)電路單元，圖4中的OSG-PLL就是該鎖相環(huán)電路単元，線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值Vp和線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角0 p的整個(gè)計(jì)算過程組成了計(jì)算單元。
具體實(shí)施方式
ニ:參見圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的進(jìn)ー步限定，所述ニ階正交信號(hào)發(fā)生器為設(shè)置有低通濾波器的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器。本實(shí)時(shí)方式所述的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器是對(duì)現(xiàn)有的的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器(SOG1-OSG)進(jìn)行改迸，即通過加ー個(gè)低通濾波器，來消除電壓偏移的影響，如圖2所示。
具體實(shí)施方式
三:參見圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的進(jìn)ー步限定，所述步驟Al中的電網(wǎng)電壓V輸入到ニ階正交信號(hào)發(fā)生器，ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)ゲ和qv'的方法為:電網(wǎng)電壓V與ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)ゲ做差后，得到偏差信號(hào)e，該偏差信號(hào)e經(jīng)過放大器后，得到放大信號(hào)ke，該放大信號(hào)ke與信號(hào)qv'做差，得到的信號(hào)輸入到乘法器，乘法器將該信號(hào)與鎖相角頻率相乘，得到的信號(hào)經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到輸出信號(hào)ゲ，該輸出信號(hào)ゲ輸入到乘法器，乘法器將該信號(hào)與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號(hào)經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到信號(hào)qv/，放大信號(hào)ke輸入到低通濾波器，濾波后的信號(hào)與信號(hào)qv/做差，得到輸出信號(hào)qv'。本實(shí)施方式中的鎖相角頻率w '是經(jīng)鎖相環(huán)鎖定的電網(wǎng)角頻率反饋值。沒有低通濾波器的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器(SOG1-OSG)，如圖1所示，只是通過負(fù)反饋消除了輸出信號(hào)V'的直流分量，而qv'直接受到電壓偏移的影響，如圖5所示。由于v-v' = e，所以信號(hào)e包含所有直流偏移量，如圖6所示，本發(fā)明通過加ー個(gè)低通濾波器，來消除電壓偏移的影響。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法的進(jìn)ー步限定，所述步驟A2中的對(duì)步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)ゲ和qv'進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值Vkms的方法為:根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述方法的具體過程如下: 步驟Al:電網(wǎng)電壓V輸入到ニ階正交信號(hào)發(fā)生器，ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)ゲ和qv'，然后同時(shí)執(zhí)行步驟A2和步驟A3 ; 步驟A2:對(duì)步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值Vems，將所述線電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP，然后執(zhí)行步驟A4 ； 步驟A3:將步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'輸入到鎖相環(huán)，對(duì)線電壓相位角Q1進(jìn)行鎖定及檢測(cè)；將所述線電壓相位角Q1轉(zhuǎn)換為相電壓相位角9 ，然后執(zhí)行步驟八4; 步驟A4:根據(jù)步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0p，利用逆變器電流控制策略進(jìn)行并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述ニ階正交信號(hào)發(fā)生器為設(shè)置有低通濾波器的ニ階正交信號(hào)發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟Al中的電網(wǎng)電壓V輸入到ニ階正交信號(hào)發(fā)生器，ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'的方法為: 電網(wǎng)電壓V與ニ階正交信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)V'做差后，得到偏差信號(hào)e，該偏差信號(hào)e經(jīng)過放大器后，得到放大信號(hào)ke，該放大信號(hào)ke與信號(hào)qv/做差，得到的信號(hào)輸入到乘法器，乘法器將該信號(hào)與鎖相角頻率相乘，得到的信號(hào)經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到輸出信號(hào)ゲ，該輸出信號(hào)ゲ輸入到乘法器，乘法器將該信號(hào)與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號(hào)經(jīng)過積分環(huán)節(jié)后，得到信號(hào)qVi'，放大信號(hào)ke輸入到低通濾波器，濾波后的信號(hào)與信號(hào)qv/做差，得到輸出信號(hào)qv'。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A2中的對(duì)步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值Vems的方法為: 根據(jù)公式4小，'2 + qv12求解，得到線電壓幅值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述鎖相環(huán)為基于正交信號(hào)發(fā)生器的同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A3中的將步驟Al得到的兩個(gè)正弦信號(hào)V'和qv'輸入到鎖相環(huán)，對(duì)線電壓相位角Q1-行鎖定及檢測(cè)的方法為: 信號(hào)V' >qv/和Q1經(jīng)過a P/dq變換得到信號(hào)Vq和Vd，用V:減去信號(hào)Vq后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器，得到角頻率偏差，該角頻率偏差與電網(wǎng)角頻率相加后得到鎖相角頻率，該鎖相角頻率co'經(jīng)過ー個(gè)積分環(huán)節(jié)后，得到相電壓相位角G1，整個(gè)過程構(gòu)成ー個(gè)負(fù)反饋，即實(shí)時(shí)對(duì)線電壓相位角進(jìn)行檢測(cè)，并通過調(diào)節(jié)PI參數(shù)來精確鎖相。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A2中的將所述相電壓幅值Vkms轉(zhuǎn)換為相電壓幅值Vp的方法為: 定義線電壓Uab的幅值為Vab，線電壓ub。的幅值為Vb。，線電壓ua。的幅值為Va。，相電壓Ua的幅值為\，相電壓Ub的幅值為Vb，相電壓U。的幅值為V。，由三相相電壓和相電壓的向量關(guān)系，可以得到方程
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，其特征在于，所述步驟A5中將步驟A3得到的線電壓相位角轉(zhuǎn)換為相電壓相位角的方法為:定義線電壓Uab的相位角為eab，線電壓Ub。的幅值為eb。，線電壓Ua。的幅值為ea。，相電壓Ua的幅值為0a，相電壓Ub的幅值為0b，相電壓U。的幅值為0。，根據(jù)正弦定理
全文摘要
一種適于光伏并網(wǎng)低電壓穿越的三相鎖相環(huán)方法，涉及太陽能發(fā)電供電領(lǐng)域，具體涉及一種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環(huán)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的鎖相技術(shù)存在需考慮零點(diǎn)漂移的影響和現(xiàn)有的檢測(cè)方法沒有考慮由測(cè)量電壓偏移給電壓檢測(cè)帶來的影響的問題。過程為步驟A1電網(wǎng)電壓v輸入到二階正交信號(hào)發(fā)生器，輸出相位相差90°的兩個(gè)正弦信號(hào)v′和qv′；步驟A2對(duì)信號(hào)v′和qv′進(jìn)行計(jì)算，得到線電壓幅值VRMS，將所述相電壓幅值VRMS轉(zhuǎn)換為相電壓幅值VP；步驟A3將信號(hào)v′和qv′輸入到鎖相環(huán)，對(duì)線電壓相位角θl進(jìn)行鎖定及檢測(cè)；將所述線電壓相位角θl轉(zhuǎn)換為相電壓相位角θp；步驟A4根據(jù)相電壓幅值VP和相電壓相位角θp，利用逆變器電流控制策略進(jìn)行并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)低電壓穿越。本發(fā)明適用光伏電站。
文檔編號(hào)G01R25/00GK103105535SQ20131006604
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者丁寶, 張永明, 張功, 趙亮 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)