一種快速可靠的低電壓穿越判定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速可靠的低電壓穿越判定方法，所述方法采用三相電壓瞬時(shí)值對應(yīng)的正序電壓d軸分量結(jié)合來進(jìn)行判定，式中為電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值的d軸正序分量，為電三相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值的d軸負(fù)序分量，為常數(shù)；當(dāng)計(jì)算出小于或者值小于時(shí)，判定電網(wǎng)電壓發(fā)生了跌落，當(dāng)?shù)碗妷捍┰桨l(fā)生時(shí)，本發(fā)明的方法所用時(shí)間較短，從而使逆變器迅速動(dòng)作，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速性。
【專利說明】-種快速可靠的低電壓穿越判定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏逆變器和風(fēng)機(jī)變流器的低電壓穿 越的判定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》和《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場接入電網(wǎng)技 術(shù)規(guī)定》中對光伏發(fā)電站和風(fēng)電場的低電壓穿越要求如下：大型和中型光伏電站或風(fēng)電場 應(yīng)具備一定的耐受電壓異常的能力，避免在電網(wǎng)異常時(shí)脫網(wǎng)，引起電網(wǎng)電源的損失。
[0003] 當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)在圖1中電壓輪廓線W下時(shí)，允許光伏電站或者風(fēng)電場停止向電網(wǎng)線路 送電。參考圖1，Uw為運(yùn)行的最低電壓限制，取0.9倍額定電壓，Uu為需要耐受的電壓下 限，Tl為電壓跌落到Uu時(shí)需要保持并網(wǎng)的時(shí)間，Ts為電壓跌落到Uw時(shí)需要保持并網(wǎng)的時(shí) 間。光伏電站接入標(biāo)準(zhǔn)中，Ulo取0.9倍額定電壓，Uli取0.2倍額定電壓，Tl取Is, Ts取3s ; 風(fēng)電場接入標(biāo)準(zhǔn)中，化。取0. 9倍額定電壓，Uu取0. 2倍額定電壓，Tl取0. 625s，T2取3s。
[0004] 現(xiàn)有的低電壓穿越判定方法為判定H相電壓的幅值是否低于0. 9倍額定電壓，但 是此種方法需要至少需要一個(gè)工頻周期的電壓信息，才能計(jì)算出H相電壓的額定值，因此 時(shí)間上至少滯后0. 02s，使系統(tǒng)在電壓異常時(shí)的快速性受到限制。傳統(tǒng)的跌落方式判斷中， 依據(jù)瞬時(shí)值進(jìn)行判斷時(shí)，快速性要求能達(dá)到要求，但是在淺度跌落時(shí)（90%不平衡跌落W及 80%不平衡跌落）由于發(fā)生誤判的概率較大，從而影響低電壓穿越算法的運(yùn)行及電網(wǎng)的質(zhì) 量。
[0005] 另有中國專利公布號為；CN102854421A，公布日為2013. 1. 2公開了一種光伏逆變 器低電壓穿越的快速判定方法，所述方法采用公式U=Ua啡a+Ub啡b+Uc啡C進(jìn)行計(jì)算，式中 Ua,化，化分別為A，B，C H相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值，根據(jù)計(jì)算得到的U值來判斷：當(dāng)計(jì)算出U值 小于闊值Ul時(shí)，判定電網(wǎng)電壓發(fā)生了跌落；當(dāng)計(jì)算出U值小于闊值U2時(shí)，則判定電網(wǎng)電壓 低于需要耐受的電壓下限，逆變器斷開電網(wǎng)，停止運(yùn)行。該種判斷方法由于是采用瞬時(shí)值進(jìn) 行判斷，判斷的及時(shí)性基本滿足要求，但是容易出現(xiàn)誤判，比如電網(wǎng)出現(xiàn)諧波含量較大時(shí)， 或者電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變和跳變時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)誤判的現(xiàn)象，同時(shí)淺度跌落時(shí)容易出現(xiàn)誤判，判 斷精度不高，本文所述專利能完全克服此類誤判現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了克服系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓異常情況的處理快速性和準(zhǔn)確性上的制約，縮短 判定的時(shí)間W及提高判據(jù)的準(zhǔn)確性，提出一種快速可靠的低電壓穿越判定方法，減少了系 統(tǒng)處于淺度跌落時(shí)誤判。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：所述方法采用H相電壓瞬時(shí)值對 應(yīng)的正序電壓d軸分量苗結(jié)合U =苗/(皆牛Q來進(jìn)行判定，式中苗為電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值的d 軸正序分量，gf為電H相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值的d軸負(fù)序分量，C為常數(shù)；當(dāng)計(jì)算出苗小于％ 或者U值小于巧^時(shí)，判定電網(wǎng)電壓發(fā)生了跌落，光伏逆變器系統(tǒng)能準(zhǔn)確且快速地做出動(dòng) 作。
[0008] 進(jìn)一步的，％和巧S為跌落至正常運(yùn)行的最低限制時(shí)，根據(jù)上述公式計(jì)算出來的 闊值。
[0009] 進(jìn)一步的，6s和叫為電網(wǎng)電壓單相跌落至額定電壓的0. 9倍時(shí)計(jì)算出來的闊值。
[0010] 進(jìn)一步的，跌落判據(jù)采用％和巧A相結(jié)合的方式，兩個(gè)判據(jù)條件采用或的方式，可 避免在不平衡的淺度跌落時(shí)發(fā)生誤判。
[0011] 進(jìn)一步的，在叫^值小于^或者^小于的6時(shí)，光伏逆變器進(jìn)入低電壓穿越控制算 法，進(jìn)行低電壓穿越控制，繼續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。
[0012] 進(jìn)一步的，電網(wǎng)電壓跌落分為單相不對稱跌落、兩相不對稱跌落、H相對稱跌落。
[0013] 進(jìn)一步的，電網(wǎng)電壓跌落的檢測時(shí)間一個(gè)控制周期為200US。
[0014] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)?shù)碗妷捍┰桨l(fā)生時(shí)，本發(fā)明的方法所用時(shí)間較短，從而使 逆變器迅速動(dòng)作，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速性；而公布號為；CN102854421A的專利，在電 網(wǎng)諧波較大、電壓出現(xiàn)閃變或者跳變的情況下，容易出現(xiàn)誤判，同時(shí)在淺度跌落時(shí)，判斷的 精度不夠，本發(fā)明克服了此類問題，提高了系統(tǒng)判定的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明中國家電網(wǎng)公司對大中型光伏電站和風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)接入的要求規(guī) 定示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明中電網(wǎng)電壓的采集及處理流程。
[0017] 圖3為本發(fā)明的A相電網(wǎng)電壓在1砂處發(fā)生不對稱跌落至0.9倍額定電壓時(shí)的 6重值、U值W及皆值的示意圖，黑色細(xì)實(shí)線代表苗值、黑色粗虛線代表U值、黑色粗實(shí)線 代表進(jìn)值，C取值為5。
[0018] 圖4為本發(fā)明的A、B、CH相電網(wǎng)電壓對稱跌落至0. 9倍額定電壓時(shí)的苗值、U值、 值的示意圖，黑色細(xì)實(shí)線代表苗值、黑色粗虛線代表U值、黑色粗實(shí)線代表ef值，C取值 為5。

【具體實(shí)施方式】 [001引 實(shí)施例1 一種快速可靠的低電壓穿越判定方法，參考圖2,通過電網(wǎng)電壓采集電路和電壓處理電 路，將電壓信號送入數(shù)字處理器的AD轉(zhuǎn)換單元，采集到H相電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值。原理如下： 電網(wǎng)電壓采集電路將電網(wǎng)電壓(大電壓）轉(zhuǎn)換成小電壓信號，電壓處理電路將小電壓信號處 理通過運(yùn)算放大器、跟隨器、電阻、電容，W提高采樣阻抗，提高帶負(fù)載的能力；采用電阻電 容組成的一階低通濾波器和二階己特斯沃低通濾波器，可得到較為平滑的電網(wǎng)電壓采樣信 號（OV - 3V的小電壓）；將采樣輸出信號送入數(shù)字處理器的AD轉(zhuǎn)換管腳，進(jìn)行瞬時(shí)值的計(jì) 算。
[0020] 通過外部電路將H相電壓采集到數(shù)字處理器后，得到H相瞬時(shí)值U。、A、巧，電 壓量可分解為正序應(yīng)"、負(fù)序爐'和零序滬，在沒有中性點(diǎn)的系統(tǒng)中，系統(tǒng)可分解為正序和 負(fù)序兩個(gè)對稱分量，即忍D =0,本發(fā)明專利基于無中性點(diǎn)的系統(tǒng)。
[0021] 參考式（1)，式中將H相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值分解為正序電壓和負(fù)序電壓之和的形 式，6。、嗎、e,分別代表H相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值，巧;P、巧分別為電網(wǎng)相電壓正序、負(fù)序基波峰 值。
[0022] 參考式（2)，分別為電網(wǎng)電壓的dq軸分量，苗、、進(jìn)、皆分別代表電網(wǎng)電 壓正負(fù)序的dq分量。式2表明，電網(wǎng)電壓d軸分量由兩部分組成，第一步部分e言為直流量， 第二部分％-2舶)*皆為100監(jiān)交流量。 / \ / \ ^賃 S MS(Wt) COS(WJ) 氣=巧 cos(wr -苦）+ 左f cos(W +字）...............CO 、' G日S(W+些） 圓(1械-些） \ 3 / \ 3 J /%、 { .X\ (\ 輕d 霞沒 ri/ 巧 弦讀 ^ =P + 刮一2Wf)封................(2) UJ LgJ C/ = e'f/(ef + C)................(3)
[0023] 電網(wǎng)電壓跌落分為H相對稱跌落和H相不對稱跌落，H相不對稱跌落分為單相不 對稱跌落和兩相不對稱跌落。當(dāng)H相對稱跌落發(fā)生時(shí)，正序d軸分量ef減小，因此^中的 4會(huì)迅速減小至一直流量，如圖3所示；H相不對稱跌落時(shí)，電網(wǎng)電壓d軸出現(xiàn)負(fù)序分量進(jìn) ，正序d軸分量苗減小，因此^中的苗會(huì)迅速減小至一直流量。實(shí)際上，由于受電網(wǎng)的跌落 方式差異和采樣誤差等的影響，電網(wǎng)在跌落瞬間，該直流量會(huì)出現(xiàn)微小波動(dòng)，在判斷淺度跌 落時(shí)，出現(xiàn)誤判幾率較大，結(jié)合U = 4 / (ef +巧進(jìn)行判斷，可解決該一問題。
[0024] 電網(wǎng)H相對稱跌落時(shí)，U =苗/(皆+〇,皆保持不變，苗迅速減小至一定值，貝U U迅速減小至一定值；電網(wǎng)H相不平衡跌落時(shí)，U =苗/知f+ Q，ef迅速增大至一定值， 迅速減小至一定值，則[/迅速減小至一個(gè)定值。
[00巧]參見圖4,為A、B、C H相電網(wǎng)（平衡跌落)在0. 1砂跌落至0. 9倍額定電壓時(shí)的值， 參考圖3,為A相電網(wǎng)（平衡跌落）在0. 1砂處跌落至0. 9倍額定電壓時(shí)的值，此時(shí)數(shù)字處 理器可W再一個(gè)控制周期200US內(nèi)檢測到和U值得變化，將執(zhí)行低電壓穿越邏輯控制算 法，并使逆變器做出相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)?shù)渖疃雀顣r(shí)，此時(shí)對應(yīng)的值與闊值的差更大，更加容 易判斷。
[0026] 本發(fā)明采用電網(wǎng)電壓正序d軸分量苗與U =苗/(皆+巧相結(jié)合的方法進(jìn)行判據(jù)， 兩判據(jù)條件之間為或的關(guān)系，該判據(jù)條件計(jì)算簡單，并且在工程上易于實(shí)施。
[0027] 具體計(jì)算方法： 通過電網(wǎng)電壓采集電路，A/D轉(zhuǎn)換單元，將H相電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值采集到數(shù)字處理器 中，將H相電壓瞬時(shí)值通過坐標(biāo)變換方式轉(zhuǎn)換到d-q坐標(biāo)系下，按照公式2原理將電壓矢量 分解成正負(fù)序分量下的d-q軸分量，得到正序d軸分量，并通過公式3計(jì)算得到U值。
[0028] 計(jì)算出平衡跌落和不平衡跌落至正常運(yùn)行的最低電壓限制(取0.9倍額定電壓)時(shí) ef和U的值，在單相不平衡跌落、兩相不平衡跌落和H相平衡跌落幾種跌落方式下，單相 跌落時(shí)的苗最大，在單相不平衡跌落、兩相不平衡跌落工況下，單相跌落時(shí)U最大，將此值 設(shè)定為闊值6S和巧6。
[0029] 將計(jì)算得到的苗值和U值與闊值比較，當(dāng)苗小于闊值％或者U小于闊值&時(shí)， 認(rèn)為電網(wǎng)電壓發(fā)生了跌落，判定為低電壓穿越工況，系統(tǒng)執(zhí)行低電壓穿越流程，繼續(xù)并網(wǎng)發(fā) 電，結(jié)合U值來判斷，旨在解決在淺度不平衡跌落時(shí)的誤判現(xiàn)象。
[0030] 通過該發(fā)明所采取的判據(jù)方法，能取得較好的效果。W 500KW光伏逆變器為例，采 用傳統(tǒng)的H相電網(wǎng)的幅值的方法時(shí)，當(dāng)?shù)碗妷捍┰桨l(fā)生時(shí)，檢測到該一狀況所需時(shí)間至少 為一個(gè)工頻周期（0.02s)，當(dāng)采用瞬時(shí)值來進(jìn)行判斷時(shí)，由于電壓跌落方式差異和采樣誤差 等的影響，會(huì)發(fā)生誤判，采用本發(fā)明的方法時(shí)，經(jīng)歷一個(gè)控制周期（200 U S)，就能快速進(jìn)行 判據(jù)，且在淺度跌落時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤判情況，有利于提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性控 制。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：所述方法采用三相電壓瞬時(shí)值 對應(yīng)的正序電壓d軸分量4結(jié)合= +Q來進(jìn)行判定，式中4為電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值 的d軸正序分量，為電三相電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值的d軸負(fù)序分量，Ci為常數(shù)；當(dāng)計(jì)算出 < 小 于^或者t/值小于K6時(shí)，判定電網(wǎng)電壓發(fā)生了跌落。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：％和Uii為 跌落至正常運(yùn)行的最低限制時(shí)，根據(jù)上述公式計(jì)算出來的閾值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：?和為 電網(wǎng)電壓單相跌落至額定電壓的0. 9倍時(shí)計(jì)算出來的閾值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：跌落判據(jù)采 用4和相結(jié)合的方式，兩個(gè)判據(jù)條件采用或的方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：在4值小于 %或者U小于時(shí)，光伏逆變器進(jìn)入低電壓穿越控制算法，進(jìn)行低電壓穿越控制，繼續(xù)并 網(wǎng)發(fā)電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：電網(wǎng)電壓跌 落分為單相不對稱跌落、兩相不對稱跌落、三相對稱跌落。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速可靠的低電壓穿越判定方法，其特征在于：電網(wǎng)電壓跌 落的檢測時(shí)間一個(gè)控制周期為200μs。
【文檔編號】G01R31/00GK104237711SQ201410542146
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】張躍火, 閔澤生, 陳建國, 蔣馳雷, 徐純科, 陳輝 申請人:四川東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司