級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制方法，特別是提供了一 種在網(wǎng)側(cè)電壓出現(xiàn)不對稱故障時，實(shí)現(xiàn)級聯(lián)型光伏逆變器柔性并網(wǎng)的方法，屬于光伏并網(wǎng) 發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，光伏發(fā)電技術(shù)在我國發(fā)展迅猛，裝機(jī)容量大幅上升，光伏并網(wǎng)發(fā)電接入電 網(wǎng)的比例越來越大，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間的相互影響不容忽視。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生 故障造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時，一旦光伏電站發(fā)生大范圍脫網(wǎng)，就可能造成電網(wǎng)電壓與頻率 崩潰，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性。因此，對于大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)， 要求光伏并網(wǎng)系統(tǒng)具備低電壓穿越能力，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，應(yīng)保證光伏發(fā)電系統(tǒng)不脫網(wǎng)， 維持電網(wǎng)電壓與頻率的穩(wěn)定，提高并網(wǎng)發(fā)電的電能質(zhì)量。
[0003]目前光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要采用超級電容和改進(jìn)控制策略 兩種方法。使用超級電容能夠短時間內(nèi)快速充放電，用于抑制電網(wǎng)故障期間的功率不平衡 與電網(wǎng)電流沖擊，并有助于提高逆變器輸出性能、改善輸出電能質(zhì)量，但超級電容器增加了 逆變器的硬件成本和裝置控制的復(fù)雜度。通過改進(jìn)控制策略來實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓 穿越無須額外的硬件開銷，由于光伏電池板輸出的特性決定了光伏發(fā)電系統(tǒng)不存在大慣性 環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)控制策略，限制逆變器的輸出電流，可以獲得光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越能 力。比較經(jīng)典的方法為矢量控制，矢量控制方法需要對并網(wǎng)點(diǎn)電壓與并網(wǎng)電流分別進(jìn)行正 負(fù)序分量提取和坐標(biāo)變換，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的 低電壓穿越控制方法，該方法可以在網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生故障時不發(fā)生直流側(cè)電壓突變，并保證 三相電流對稱和單位功率因數(shù)輸入，實(shí)現(xiàn)無縫切換，大大增強(qiáng)裝置的可靠性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] -種級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制方法，包括以下步驟：
[0007] S1、建立不對稱電網(wǎng)故障條件下網(wǎng)側(cè)電壓的數(shù)學(xué)模型，得出各故障條件下三相網(wǎng) 側(cè)電壓幅值與相位之間的規(guī)律，并基于所得規(guī)律推導(dǎo)出故障條件下級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器 的控制方法；
[0008] S2、采用總的直流側(cè)電壓與網(wǎng)側(cè)電流解耦控制，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的有功和無功功 率控制；
[0009] S3、在保證三相總的有功不變的條件下，采用相間功率平衡控制；
[0010] S4、采用相內(nèi)功率平衡控制，保證每個功率單元直流側(cè)電壓穩(wěn)定；
[0011] S5、網(wǎng)側(cè)電壓故障時，采用基于旁路原理的低電壓穿越控制。
[0012] 進(jìn)一步地，在步驟S1中，得出各故障條件下三相網(wǎng)側(cè)電壓幅值與相位之間的規(guī) 律，具體為：
[0013] 規(guī)律一：當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，零序與負(fù)序分量的幅值是電壓跌落深度的1/3 ; 當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，相電壓正序分量初相位為〇度，零序和負(fù)序分量初相位均為180 度，艮Ρ θ η= Θ z=冗；
[0014] 規(guī)律二：當(dāng)發(fā)生相間短路時，相電壓負(fù)序分量的幅值是電壓跌落深度的1/2,當(dāng)eb。 減小為〇時，負(fù)序分量與正序分量幅值相等；當(dāng)發(fā)生相間短路時，相電壓正序和負(fù)序分量初 相位均為0度，即θ n= 0,不存在零序分量。
[0015] 進(jìn)一步地，在步驟S3中，相間功率平衡控制具體為，通過利用三相差值功率APa、 APb、ΔΡ。來計算需要注入的零序電壓分量uz，并滿足ΔΡ'ΔΡ'ΔΡ。：。，uz用于調(diào)節(jié)正 常運(yùn)行或網(wǎng)側(cè)電壓故障時的相間功率不平衡。
[0016] 進(jìn)一步地，在步驟S4中，相內(nèi)功率平衡控制具體為，根據(jù)每個功率單元MPPT輸出 的參考電壓與直流側(cè)實(shí)際電壓\^的差值通過一個PI控制器得到各自Η橋的占空比 有功修正值A(chǔ) ddk，Δ ddk與初始的占空比值d相加，得到每個功率單元最終的占空比指令值 ddk，從而實(shí)現(xiàn)相內(nèi)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定。
[0017] 進(jìn)一步地，在步驟S5中，網(wǎng)側(cè)故障電壓控制具體為，
[0018] 首先，判斷網(wǎng)側(cè)電壓故障類型，依據(jù)判斷的網(wǎng)側(cè)電壓故障類型進(jìn)行如下控制：當(dāng)發(fā) 生單相接地短路故障時，采用基于零序電壓注入的故障容錯控制；當(dāng)發(fā)生相間短路故障時， 采用基于負(fù)序電壓注入的故障容錯控制；
[0019] 然后，根據(jù)網(wǎng)側(cè)電壓跌落深度分別計算出需要旁路的單元數(shù)；
[0020] 最后，根據(jù)旁路單元數(shù)計算出需要注入的零序指令電壓Uc]或負(fù)序指令電壓（u an、 Ubn、Ucn)。
[0021] 進(jìn)一步地，在步驟S2中，總的直流側(cè)電壓及電流解耦控制具體為，各相鏈節(jié)的輸 出電壓指令值《!、<、％經(jīng)過相內(nèi)功率平衡控制模塊得出各個功率單元的輸出電壓調(diào)制 波.《i、<、<，最后通過載波移相PWM調(diào)制模塊生成Η橋各個開關(guān)器件的脈沖信號。
[0022] 進(jìn)一步地，各相鏈節(jié)的輸出電壓指令值由輸出的各相鏈節(jié)電壓指令 值ua、ub、u。和相間功率平衡控制輸出的零序電壓u 2以及網(wǎng)側(cè)故障控制輸出的零序指令電 壓u。共同構(gòu)成。
[0023] 進(jìn)一步地，各相鏈節(jié)的輸出電壓指令值由輸出的各相鏈節(jié)電壓指令值 ua、ub、u。和相間功率平衡控制輸出的零序電Suz以及網(wǎng)側(cè)故障控制輸出的負(fù)序指令電壓 uan、ubn、ucn共同構(gòu)成。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 一、該種級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制方法不僅可以保證級聯(lián)型光伏 并網(wǎng)逆變器繼續(xù)運(yùn)行，并且使繼續(xù)運(yùn)行的功率單元維持在最大功率跟蹤狀態(tài)。
[0026] 二、在網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生不對稱故障時，本發(fā)明可以快速實(shí)現(xiàn)相間功率平衡和直流側(cè) 電壓穩(wěn)定。
[0027] 三、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)零電壓穿越控制，并旁路較少的功率單元數(shù)，實(shí)現(xiàn)了逆變器輸 出功率的最大化。
[0028] 四、本發(fā)明不需要額外的旁路開關(guān)設(shè)備，只需要設(shè)置每個橋臂功率器件的開關(guān)狀 態(tài)就可以旁路功率單元，響應(yīng)速度較快，比較適合于網(wǎng)側(cè)電壓出現(xiàn)暫態(tài)故障時快速旁路功 率單元，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越控制。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖2是不對稱故障時網(wǎng)側(cè)相電壓矢量圖，其中（a)為a相接地短路故障矢量圖， (b)為be相間短路故障矢量圖；
[0031] 圖3是低電壓穿越總控制框圖；
[0032] 圖4是網(wǎng)側(cè)故障時電壓控制框圖；
[0033] 圖5是功率單元旁路示意圖；
[0034] 圖6是相間發(fā)生短路故障時的仿真波形。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 該種級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越的控制方法，以兩種常見不對稱電網(wǎng)故障 條件下網(wǎng)側(cè)電壓的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，總結(jié)出不同故障條件下三相網(wǎng)側(cè)電壓幅值與相位之間 的規(guī)律。
[0038] 基于上述規(guī)律推導(dǎo)出不同故障條件下級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法：（1)在 發(fā)生單相接地短路故障時，采用基于零序電壓注入的故障容錯控制；（2)兩相發(fā)生相間短 路故障時，采用基于負(fù)序電壓注入的故障容錯控制。
[0039] 通過設(shè)置Η橋功率器件的開關(guān)狀態(tài)旁路功率單元實(shí)現(xiàn)級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的 低電壓穿越控制，旁路時重新計算正常運(yùn)行單元的最優(yōu)調(diào)制比，并調(diào)整載波移相模塊生產(chǎn) 新的PWM脈沖信號。
[0040] 實(shí)施例方法可保證光伏并網(wǎng)逆變器在網(wǎng)側(cè)電壓故障期間輸出對稱的三相電流，實(shí) 現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器單位功率因數(shù)運(yùn)行，對光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)后保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 具有重要意義。
[0041] 實(shí)施例用于級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越控制，圖1為級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆 變器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中各單相分別由Ν個Η橋單元串聯(lián)組成，三相之間采用星型接線方 式，Ν為星型接線的中性點(diǎn)。
[0042] 如圖3所示，整體直流側(cè)電壓及電流解耦控制模塊輸出的各相鏈節(jié)電壓指令值 ua、ub、u。和相間功率平衡控制輸出的零序電Suz以及網(wǎng)側(cè)故障控制輸出的零序指令電壓 I(或負(fù)序指令電壓uan、ubn、um)共同構(gòu)成了各相鏈節(jié)的輸出電壓指令值《!、<、心再經(jīng) 過相內(nèi)功率平衡控制模塊得出各個功率單元的輸出電壓調(diào)制波《1、最后通過載 波移相PWM調(diào)制模塊生成Η橋各個開關(guān)器件的脈沖信號。
[0043] 本發(fā)明針對級聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器提出了一種基于旁路原理的低電壓穿越控制 策略，包括以下步驟：
[0044] 1)建立兩種不對稱電網(wǎng)故障條件下網(wǎng)側(cè)電壓的數(shù)學(xué)模型，總結(jié)出不同故障條件下 三相網(wǎng)側(cè)電壓幅值與相位之間的規(guī)律；
[0045] 1. 1)當(dāng)發(fā)生單相接地短路時：
[0046] a.零序與負(fù)序分量的幅值是電壓跌落深度的1/3 ;
[0047] b.相電壓正序分量初相位為0度，零序和負(fù)序分量初相位均為180度，8卩θ n = θ ζ= π。
[0048] 1.2)當(dāng)發(fā)生相間短路時：
[0049] a.相電壓負(fù)序分量的幅值是電壓跌落深度的1/2,當(dāng)eb。減小為0時，負(fù)序分量與 正序