一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，傳感器實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)三相電壓有效值，并通過PID控制對電網(wǎng)三相電壓有效值的變化程度進(jìn)行計(jì)算分析，將三相電壓最小值作為控制量，檢測電網(wǎng)電壓狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V；將獲得的電網(wǎng)電壓有效值跌落率y和電網(wǎng)電壓跌落速度V兩個(gè)控制量輸入DSP控制器，分別對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。本發(fā)明采用電壓跌落程度和電壓跌落速度兩個(gè)控制因素對光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制，利用了兩個(gè)控制因素在電網(wǎng)電壓發(fā)生驟降時(shí)的相互補(bǔ)充作用，解決了光伏逆變器對電網(wǎng)可能發(fā)生的誤補(bǔ)償現(xiàn)象，提高了無功補(bǔ)償軟件的可靠性。
【專利說明】一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于并網(wǎng)光伏并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)無功補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種將電網(wǎng)電壓跌落程度和跌落速度共同用于控制光伏逆變器無功補(bǔ)償率的分段控制方法及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏逆變器作為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分，近年來受到社會多方面的關(guān)注。國家對光伏逆變器研制生產(chǎn)技術(shù)的要求也在不斷的提升。2010年，《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn)頒布，首次對并網(wǎng)光伏逆變器低電壓穿越能力提出了要求，該標(biāo)準(zhǔn)不但規(guī)定了光伏逆變器應(yīng)具備一定的耐受電網(wǎng)異常電壓的能力，同時(shí)還需要具備根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平調(diào)節(jié)無功輸出，參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的能力。
[0003]根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)中光伏逆變器低電壓穿越能力的描述，及低電壓穿越曲線的特點(diǎn)，光伏逆變器需要在不同的電網(wǎng)電壓下表現(xiàn)出與電壓值對應(yīng)的耐受能力。所以分段控制在光伏逆變器耐受異常電壓能力控制方面具有很大的優(yōu)勢。無功補(bǔ)償作為低電壓穿越的附屬性能，在控制結(jié)構(gòu)方面和低電壓穿越保持一致性，在節(jié)省DSP控制芯片的運(yùn)算空間，提升運(yùn)算速度方面具有良好的效果。
[0004]傳統(tǒng)的光伏逆變器無功補(bǔ)償率計(jì)算方法的不足是:1單一依靠電網(wǎng)電壓跌落程度進(jìn)行控制存在測試精度偏低的缺陷；2在電網(wǎng)電壓跌落程度較深，接近光伏逆變器斷網(wǎng)閥值且電壓跌落速度較快時(shí)，易造成誤補(bǔ)償現(xiàn)象。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提出了一種將電網(wǎng)電壓跌落程度和跌落速度同時(shí)作為無功補(bǔ)償率計(jì)算的控制因素的分段控制方法，在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下，對逆變器的無功補(bǔ)償率進(jìn)行不同的控制計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)控制因素在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下的互補(bǔ)，同時(shí)有效的避免了誤補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā)生，增加了低電壓穿越及無功補(bǔ)償控制算法的可靠性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，傳感器實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)三相電壓有效值，并通過PID控制對電網(wǎng)三相電壓有效值的變化程度進(jìn)行計(jì)算分析，將三相電壓最小值作為控制量，檢測電網(wǎng)電壓狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V;y= (Un-U) /UnV= (U-Uhi) /Ts
其中Un為電網(wǎng)額定電壓有效值，U為電網(wǎng)當(dāng)前電壓有效值，Uhi為上一采樣時(shí)刻電網(wǎng)電壓有效值，Ts為采樣周期；
將獲得的電網(wǎng)電壓有效值跌落率I和電網(wǎng)電壓跌落速度V兩個(gè)控制量輸入DSP控制器，分別對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。
[0007]在對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制方面，由電網(wǎng)電壓有效值跌落率的大小決定，當(dāng)當(dāng)前電網(wǎng)電壓有效值U < 20%Un時(shí)，離網(wǎng)開關(guān)斷開，光伏逆變器脫離電網(wǎng)；當(dāng)U彡20%Un時(shí)，光伏逆變器保持并網(wǎng)狀態(tài)，并向電網(wǎng)輸送無功補(bǔ)償，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行支撐。
[0008]在光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償率計(jì)算方面，將電壓跌落率y和電壓跌落速度V同時(shí)作為計(jì)算因素，在電壓跌落程度較小時(shí)為提高光伏逆變器無功補(bǔ)償速度，通過電網(wǎng)電壓跌落程度計(jì)算無功補(bǔ)償率，在電壓跌落程度較大，接近逆變器斷網(wǎng)閥值時(shí)，為提高無功補(bǔ)償精度及逆變器對電網(wǎng)電壓變化的反應(yīng)精度，則通過電壓跌落速度控制逆變器無功補(bǔ)償率。
[0009]光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦?
O當(dāng)電壓跌落率y >90%時(shí)，逆變器正常工作，不需對電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償；
2)當(dāng)90% > y彡Xl時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落率決定。
[0010]3)當(dāng)Xl >y 3X2時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落速度V決定，V= (U-Uhi)/Ts ；
①、當(dāng)V=O時(shí)，無功補(bǔ)償率r保持上一時(shí)刻補(bǔ)償率不變；
②、當(dāng)O< V < (0.3Un/ Ts)時(shí)，無功補(bǔ)償率r的計(jì)算公式為:r= [(2 X Ts X V)/Un] +0.4。
[0011]③、當(dāng)V彡(0.3Un/ Ts)時(shí)，說明此時(shí)電網(wǎng)電壓下降速度很快，已經(jīng)在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)從0.8Un下降至0.5Un以下，所以無功補(bǔ)償率r=100% ；
4)當(dāng)20%<X2時(shí)，逆變器無功補(bǔ)償率為100% ；
5)當(dāng)y< 20%時(shí)，逆變器離網(wǎng)停止無功補(bǔ)償，其中20%〈X2〈X1〈90%。
[0012]一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，它包括設(shè)置在電網(wǎng)三相線上的傳感器，傳感器將采集到的電網(wǎng)三相電壓有效值送入DSP控制器中，且在傳感器與DSP控制器之間設(shè)置離網(wǎng)開關(guān)單元；在所述的DSP控制器中，對電網(wǎng)三相電壓有效值和電壓實(shí)際跌落程度進(jìn)行計(jì)算，最終對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。
[0013]所述的DSP控制器包括:三相電壓有效值計(jì)算單元，它從傳感器中獲得電網(wǎng)三相電壓有效值；比較器單元，它將電網(wǎng)三相電壓有效值U與電網(wǎng)額定電壓有效值Un進(jìn)行比較，得到三相電壓最小值；DSP計(jì)算單元，它將三相電壓最小值作為控制量，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V ；DSP控制運(yùn)算器，根據(jù)計(jì)算得出的電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V，輸出逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制信號至離網(wǎng)開關(guān)單元中；并輸出逆變器對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償率r ;離網(wǎng)開關(guān)單元，用于電網(wǎng)和光伏逆變器的連接，以及當(dāng)電網(wǎng)電壓有效值跌落至電網(wǎng)額定有效值的20%以下時(shí)，對光伏逆變器實(shí)施斷網(wǎng)。
[0014]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，采用電壓跌落程度和電壓跌落速度兩個(gè)控制因素對光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制，利用了兩個(gè)控制因素在電網(wǎng)電壓發(fā)生驟降時(shí)的相互補(bǔ)充作用，解決了光伏逆變器對電網(wǎng)可能發(fā)生的誤補(bǔ)償現(xiàn)象，提高了無功補(bǔ)償軟件的可靠性。具體地說:
(I)分段控制方法符合國家標(biāo)準(zhǔn)中對低電壓穿越各狀態(tài)并網(wǎng)時(shí)間的控制特點(diǎn)，能夠在最為簡單的計(jì)算中對光伏逆變器實(shí)施控制，節(jié)省控制芯片的運(yùn)算空間。(2)采用無功補(bǔ)償率分段控制方法實(shí)現(xiàn)了和低電壓穿越控制算法的統(tǒng)一，在節(jié)省DSP控制芯片的運(yùn)算空間，提升運(yùn)算速度方面具有良好的效果，同時(shí)在一定程度上提高了控制軟件的可靠性。(3)將電網(wǎng)電壓跌落程度和跌落速度同時(shí)作為無功補(bǔ)償率計(jì)算的控制因素的分段控制方法，在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下，對逆變器的無功補(bǔ)償率進(jìn)行不同的控制計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)控制因素在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下的互補(bǔ)，同時(shí)有效的避免了誤補(bǔ)償現(xiàn)象的發(fā)生，增加了低電壓穿越及無功補(bǔ)償控制算法的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明中控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖2所示，一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，傳感器實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)三相電壓有效值，并通過PID控制對電網(wǎng)三相電壓有效值的變化程度進(jìn)行計(jì)算分析，將三相電壓最小值作為控制量，檢測電網(wǎng)電壓狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V;
y= (Un-U) /Un
V= (U-Uhi) /Ts
其中Un為電網(wǎng)額定電壓有效值，U為電網(wǎng)當(dāng)前電壓有效值，Uhi為上一采樣時(shí)刻電網(wǎng)電壓有效值，Ts為采樣周期；
將獲得的電網(wǎng)電壓有效值跌落率I和電網(wǎng)電壓跌落速度V兩個(gè)控制量輸入DSP控制器，分別對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。在對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制方面，由電網(wǎng)電壓有效值跌落率的大小決定，當(dāng)當(dāng)前電網(wǎng)電壓有效值U < 20%Un時(shí)，離網(wǎng)開關(guān)斷開，光伏逆變器脫離電網(wǎng)彡20%Un時(shí)，光伏逆變器保持并網(wǎng)狀態(tài)，并向電網(wǎng)輸送無功補(bǔ)償，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行支撐。在光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償率計(jì)算方面，將電壓跌落率y和電壓跌落速度V同時(shí)作為計(jì)算因素，在電壓跌落程度較小時(shí)為提高光伏逆變器無功補(bǔ)償速度，通過電網(wǎng)電壓跌落程度計(jì)算無功補(bǔ)償率，在電壓跌落程度較大，接近逆變器斷網(wǎng)閥值時(shí)，為提高無功補(bǔ)償精度及逆變器對電網(wǎng)電壓變化的反應(yīng)精度，則通過電壓跌落速度控制逆變器無功補(bǔ)償率。
[0018]上述的光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦?
O當(dāng)電壓跌落率y >90%時(shí)，逆變器正常工作，不需對電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償；
2)當(dāng)90% > y ^ Xl時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落率決定，無功補(bǔ)償率r，r=2 (l_y)。
[0019]3)當(dāng)Xl >y 3X2時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落速度V決定，V= (U-Uhi)/Ts ；
①、當(dāng)V=O時(shí)，無功補(bǔ)償率r保持上一時(shí)刻補(bǔ)償率不變；
②、當(dāng)O< V < (0.3Un/ Ts)時(shí)，無功補(bǔ)償率r的計(jì)算公式為:r= [(2 X Ts X V)/Un] +0.4。
[0020]③、當(dāng)V彡(0.3Un/ Ts)時(shí)，說明此時(shí)電網(wǎng)電壓下降速度很快，已經(jīng)在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)從0.8Un下降至0.5Un以下，所以無功補(bǔ)償率r=100% ；
4)當(dāng)20%<X2時(shí)，逆變器無功補(bǔ)償率為100% ；
5)當(dāng)y< 20%時(shí)，逆變器離網(wǎng)停止無功補(bǔ)償，其中20%〈X2〈X1〈90%。
[0021]一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，它包括設(shè)置在電網(wǎng)三相線上的傳感器，傳感器將采集到的電網(wǎng)三相電壓有效值送入DSP控制器中，且在傳感器與DSP控制器之間設(shè)置離網(wǎng)開關(guān)單元；在所述的DSP控制器中，對電網(wǎng)三相電壓有效值和電壓實(shí)際跌落程度進(jìn)行計(jì)算，最終對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。
[0022] DSP控制器包括:
三相電壓有效值計(jì)算單元，它從傳感器中獲得電網(wǎng)三相電壓有效值；
比較器單元，它將電網(wǎng)三相電壓有效值U與電網(wǎng)額定電壓有效值Un進(jìn)行比較，得到三相電壓最小值；
DSP計(jì)算單元，它將三相電壓最小值作為控制量，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V;
DSP控制運(yùn)算器，根據(jù)計(jì)算得出的電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V，輸出逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制信號至離網(wǎng)開關(guān)單元中；并輸出逆變器對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償率r ;
離網(wǎng)開關(guān)單元，用于電網(wǎng)和光伏逆變器的連接，以及當(dāng)電網(wǎng)電壓有效值跌落至電網(wǎng)額定有效值的20%以下時(shí)，對光伏逆變器實(shí)施斷網(wǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于:傳感器實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)三相電壓有效值，并通過PID控制對電網(wǎng)三相電壓有效值的變化程度進(jìn)行計(jì)算分析，將三相電壓最小值作為控制量，檢測電網(wǎng)電壓狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V;
y= (Un-U) /Un
V= (U-Uhi) /Ts 其中Un為電網(wǎng)額定電壓有效值，U為電網(wǎng)當(dāng)前電壓有效值，Uhi為上一采樣時(shí)刻電網(wǎng)電壓有效值，Ts為采樣周期； 將獲得的電網(wǎng)電壓有效值跌落率I和電網(wǎng)電壓跌落速度V兩個(gè)控制量輸入DSP控制器，分別對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于:在對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制方面，由電網(wǎng)電壓有效值跌落率的大小決定，當(dāng)當(dāng)前電網(wǎng)電壓有效值U < 20%Un時(shí)，離網(wǎng)開關(guān)斷開，光伏逆變器脫離電網(wǎng)；當(dāng)U彡20%Un時(shí)，光伏逆變器保持并網(wǎng)狀態(tài)，并向電網(wǎng)輸送無功補(bǔ)償，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于:在光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償率計(jì)算方面，將電壓跌落率y和電壓跌落速度V同時(shí)作為計(jì)算因素，在電壓跌落程度較小時(shí)為提高光伏逆變器無功補(bǔ)償速度，通過電網(wǎng)電壓跌落程度計(jì)算無功補(bǔ)償率，在電壓跌落程度較大，接近逆變器斷網(wǎng)閥值時(shí)，為提高無功補(bǔ)償精度及逆變器對電網(wǎng)電壓變化的反應(yīng)精度，則通過電壓跌落速度控制逆變器無功補(bǔ)償率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于:光伏逆變器向電網(wǎng)提供無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦? O當(dāng)電壓跌落率y > 90%時(shí)，逆變器正常工作，不需對電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償； 2)當(dāng)90%> y彡Xl時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落率決定； 3)當(dāng)Xl> y彡X2時(shí)，無功補(bǔ)償率由電網(wǎng)電壓跌落速度V決定，V= (U-Uhi)/Ts ； ①、當(dāng)V=O時(shí)，無功補(bǔ)償率r保持上一時(shí)刻補(bǔ)償率不變； ②、當(dāng)0<V<(0.3Un/Ts)時(shí)，無功補(bǔ)償率r的計(jì)算公式為:r=[(2XTsXV)/Un]+0.4 ； ③、當(dāng)V彡(0.3Un/ Ts)時(shí)，說明此時(shí)電網(wǎng)電壓下降速度很快，已經(jīng)在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)從0.8Un下降至0.5Un以下，所以無功補(bǔ)償率r=100% ； 4)當(dāng)20%<X2時(shí)，逆變器無功補(bǔ)償率為100% ； 5)當(dāng)y< 20%時(shí)，逆變器離網(wǎng)停止無功補(bǔ)償，其中20%〈X2〈X1〈90%。
5.一種光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括設(shè)置在電網(wǎng)三相線上的傳感器，傳感器將采集到的電網(wǎng)三相電壓有效值送入DSP控制器中，且在傳感器與DSP控制器之間設(shè)置離網(wǎng)開關(guān)單元；在所述的DSP控制器中，對電網(wǎng)三相電壓有效值和電壓實(shí)際跌落程度進(jìn)行計(jì)算，最終對光伏逆變器離網(wǎng)開關(guān)和光伏逆變器無功補(bǔ)償率進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏并網(wǎng)逆變器動態(tài)無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP控制器包括: 三相電壓有效值計(jì)算單元，它從傳感器中獲得電網(wǎng)三相電壓有效值； 比較器單元，它將電網(wǎng)三相電壓有效值U與電網(wǎng)額定電壓有效值Un進(jìn)行比較，得到三相電壓最小值； DSP計(jì)算單元，它將三相電壓最小值作為控制量，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V; DSP控制運(yùn)算器，根據(jù)計(jì)算得出的電網(wǎng)電壓有效值跌落率y以及電網(wǎng)電壓跌落速度V，輸出逆變器離網(wǎng)開關(guān)控制信號至離網(wǎng)開關(guān)單元中；并輸出逆變器對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償率r ; 離網(wǎng)開關(guān)單元，用于電網(wǎng)和光伏逆變器的連接，以及當(dāng)電網(wǎng)電壓有效值跌落至電網(wǎng)額定有效值的20%以下時(shí)，對光伏逆變器實(shí)施斷網(wǎng)。
【文檔編號】H02J3/18GK104426152SQ201310394521
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】張蕾, 謝戰(zhàn)洪, 王笑非, 王大鵬, 高瑛 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所