一種光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制的基礎(chǔ)上，還包括低電壓穿越控制模塊和子模塊電容電壓控制模塊；當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，低電壓控制模塊用于無功電流注入和限制有功電流，子模塊電容電壓控制模塊通過橋臂環(huán)流優(yōu)化單元和/或子模塊電容參考電壓調(diào)整單元控制發(fā)出無功功率時(shí)子模塊電容電壓波動(dòng)范圍。該系統(tǒng)解決了在采用無功注入低電壓穿越時(shí)子模塊電容電壓波動(dòng)會(huì)造成不能順利穿越的問題，一些逆變器不能很好的實(shí)現(xiàn)低電壓穿越問題，不需要增加額外的外電力設(shè)備裝置，低成本就能實(shí)現(xiàn)基于MMC的光伏逆變系統(tǒng)的低電壓穿越，保證光伏安全并網(wǎng)運(yùn)行。
【專利說明】
一種光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及光伏并網(wǎng)逆變的低電壓穿越控制領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電比重的快速增加，光伏電站并網(wǎng)也會(huì)給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來安全穩(wěn)定 的問題，特別是在系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生故障導(dǎo)致電壓跌落情況下，給光伏電站并網(wǎng)帶來了低電 壓穿越問題?，F(xiàn)在面臨的這一低電壓穿越問題已經(jīng)成為了新能源并網(wǎng)技術(shù)中的難點(diǎn)以及研 究熱點(diǎn)。目前大多是基于傳統(tǒng)的VSC的光伏并網(wǎng)逆變的低電壓穿越技術(shù)的研究，但隨著新型 的逆變器不斷出現(xiàn)，如MMC (模塊化多電平逆變器)等，基于VSC的低電壓穿越方法在移用的 時(shí)候多少會(huì)出現(xiàn)不適應(yīng)，如基于MMC的系統(tǒng)在采用無功注入方法時(shí)子模塊電容電壓波動(dòng)會(huì) 受無功功率大小影響，當(dāng)MMC發(fā)出無功功率到達(dá)一定值時(shí)，子模塊電容電壓波動(dòng)可能超過規(guī) 定值，從而限制了無功功率發(fā)出的大小。因此，需要先克服新型逆變器的子模塊電容電壓波 動(dòng)，防止器件損壞的問題，以提高其發(fā)出無功功率能力，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的低電壓穿越。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)，采用無 功電流注入和有限電流限制實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的同時(shí)，并結(jié)合對(duì)子模塊電容電壓控制，實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定、安全的低電壓穿越，保證了光伏并網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0004] 本發(fā)明所述的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)如下：
[0005] 在傳統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入了低電壓穿越 控制模塊和子模塊電容電壓控制模塊；當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，低電壓控制模塊用于 無功電流注入和限制有功電流，子模塊電容電壓控制模塊用于發(fā)出無功功率時(shí)控制子模塊 電容電壓波動(dòng)范圍，從而實(shí)現(xiàn)低電壓順利穿越，保證光伏安全并網(wǎng)運(yùn)行。
[0006] 所述的低電壓控制模塊包括無功電流注入單元和有功電流限制單元；當(dāng)檢測(cè)到并 網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，無功電流注入單元用于通過判斷電壓跌落程度來重新分配無功電流指令 值/f，以實(shí)現(xiàn)無功電流注入，有功電流限制單元用于引入新的有功電流指令值來限制有功 電流;其中，無功電流注入單元包括無功外環(huán)、計(jì)算模塊1和控制邏輯1，無功外環(huán)用于光伏 逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的輸出設(shè)置，控制邏輯1用于判斷電網(wǎng)是否發(fā)生跌落，通過電壓跌落程 度判斷系統(tǒng)是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是處于故障情況下的低電壓運(yùn)行狀態(tài)，并切換相應(yīng)的運(yùn) 行方式，計(jì)算模塊1用于根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度，計(jì)算并重新分配新的無功電流指令值 有功電流限制單元包括計(jì)算模塊2和控制邏輯2,限制有功電流，計(jì)算模塊2用來計(jì)算新的有 功電流指令值，控制邏輯2用來比較新的有功電流指令值和和電壓外環(huán)有功電流指令 值^ 71的大小，并切換相應(yīng)的運(yùn)行方式。
[0007] 其中，無功電流注入單元的邏輯控制模塊1包括開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3;通過控制邏 輯1判斷，若光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)1和開關(guān)2相連，取無功外環(huán)無功指令值if 1 作為輸出；若光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，開關(guān)1和開關(guān)3相連，閉鎖無功外環(huán)，計(jì)算模塊1計(jì)算無 功電流值指令值if，注入無功電流使逆變器發(fā)出無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功支撐能力。
[0008] 邏輯控制模塊1判斷光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)標(biāo)幺值Ut所處的范圍，對(duì)
[0009] 無功電流指令值Cr進(jìn)行重新分配，分配方法如下：
[0010]
[0011] 式中，Ut表示光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓的標(biāo)么值，In表示逆變器的額定電流。
[0012] 所述的有功限制單元的邏輯控制模塊2包括開關(guān)4、開關(guān)5和開關(guān)6,計(jì)算模塊2計(jì)算 有功電流值指令值if后，若控制邏輯2判斷電壓外環(huán)有功電流指令值小于有功電流值指 令值，開關(guān)5與開關(guān)4相連，閉鎖計(jì)算模塊2，有功電流指令值按照輸出；若控制邏輯2判 斷i'f 1大于等于時(shí)，開關(guān)5和開關(guān)6相連，有功電流指令按照新的有功電流指令值輸出， 閉鎖電壓外環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)有功電流限制。
[0013] 當(dāng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，規(guī)定并網(wǎng)點(diǎn)電流i不能超過額定電流In 的1.5倍，計(jì)算模塊2計(jì)算新的有功電流值指令值/f公式如下：
[0014]
[0015] 式中，:^表示有功電流，iq表示無功電流，In表示額定電流。
[0016]進(jìn)一步的，為控制子模塊電容電壓波動(dòng)，所述的子模塊電容電壓控制模塊包括橋 臂環(huán)流優(yōu)化單元，橋臂環(huán)流優(yōu)化單元通過優(yōu)化橋臂環(huán)流來減小或消除二倍頻電容電壓以增 加逆變器發(fā)出無功功率能力，并保證逆變器子模塊電容電壓波動(dòng)量在允許范圍之內(nèi)。
[0017]其中，橋臂環(huán)流Ica的優(yōu)化方法是：電網(wǎng)中，有A，B，C三相，以A相作為代表，同理可得 B、C相；原麗C橋臂電流IΜ大小為
，式中，Id。為直流側(cè)電流，12f為二 次環(huán)流幅值，將橋臂電流Ua通過公式優(yōu)化后得到新的橋臂環(huán)流4 ,優(yōu)化公式為：
式中，Id。為直流側(cè)電流，K為電壓調(diào)制系數(shù)，Im為輸出基頻電流幅 值；[0018] 并得到優(yōu)化后的MMC子模塊電容電壓：
[0019]
[0020]
[0021] 式中，為MMC逆變器上子模塊電容電壓，為下子模塊電容電壓，Ud。為直流側(cè) 電壓，Pd。為直流側(cè)功率，K為電壓調(diào)制系數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步，還可以通過控制子模塊電容參考電壓Ucref來控制子模塊電容電壓波動(dòng)。
[0023] 所述的子模塊電容電壓控制模塊可增加子模塊電容參考電壓調(diào)整單元，通過引入 子模塊電容參考電壓調(diào)整系數(shù)λ來調(diào)整子模塊電容參考電壓U CTe3f，進(jìn)一步控制子模塊電 容電壓波動(dòng)范圍，引入λ后的關(guān)系式為AUcrrf+ Δ usm。< Umax，式中，λ表示參考電壓調(diào)整系數(shù)， 其取值范圍為0.9~1.1，Ausm。表示子模塊電容電壓波動(dòng)量，Umax表示電容電壓上限。
[0024] 為更好的控制子模塊電容電壓波動(dòng)，子模塊電容電壓控制模塊可同時(shí)包括橋臂環(huán) 流優(yōu)化單元和子模塊電容參考電壓調(diào)整單元。
[0025] 進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括光伏陣列、Boost斬波電路、逆變器，光伏陣列采用擾動(dòng)觀 察法，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，Boost斬波電路用于將光伏輸出電壓進(jìn)行升壓;其特征在于:逆變 器采用MMC模塊化多電平逆變器，用于將直流逆轉(zhuǎn)換成交流。
[0026] 有益效果：
[0027] 1)在傳統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過低電壓控制模 塊和子模塊電容電壓控制模塊，解決了新型逆變器，特別是MMC逆變器，在采用無功注入時(shí) 會(huì)引起子模塊電容電壓波動(dòng)，不能很好的實(shí)現(xiàn)低電壓穿越問題；
[0028] 2)子模塊電容電壓控制模塊創(chuàng)新采用橋臂環(huán)流優(yōu)化單元，能抑制電容電壓波動(dòng)， 增大輸出無功功率，有效解決了采用無功注入的低電壓穿越方法子模塊電容電壓波動(dòng)越限 的問題；
[0029] 3)子模塊電容電壓控制模塊創(chuàng)新引入子模塊電容參考電壓調(diào)整單元，通過控制子 模塊參考電壓，優(yōu)化子模塊電容電壓波動(dòng)范圍，使子模塊電容電壓波動(dòng)范圍進(jìn)一步得到控 制，從而進(jìn)一步防止子模塊電容電壓波動(dòng)越限；
[0030] 4)可將橋臂環(huán)流優(yōu)化單元和子模塊電容參考電壓調(diào)整單元結(jié)合起來使用，能更好 的減小子模塊電容電壓波動(dòng)，方法簡(jiǎn)單有效、易實(shí)現(xiàn)，且不需要增加額外的外電力設(shè)備裝 置，低成本就能實(shí)現(xiàn)基于MMC的光伏逆變系統(tǒng)的低電壓穿越，保證光伏安全并網(wǎng)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0031] 圖1光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越系統(tǒng)框圖
[0032] 圖2光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越系統(tǒng)中的低電壓控制模塊框圖
[0033] 圖3光伏并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越方法的流程圖
[0034] 圖4-1光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓仿真圖
[0035] 圖4-2采用本發(fā)明的低電壓穿越控制方法的MMC逆變器的輸出電流仿真圖
[0036] 圖4-3無功電流實(shí)際值和指令值仿真圖
[0037] 圖4-4基于MMC的光伏并網(wǎng)逆變器輸出的無功功率仿真圖
[0038] 圖4-5未優(yōu)化子模塊電容電壓仿真圖
[0039] 圖4-6優(yōu)化后子模塊電容電壓波動(dòng)仿真圖 實(shí)施例
[0040] 以MMC模塊化多電平逆變器為例：如圖1所示，本發(fā)明所述的光伏并網(wǎng)逆變器低電 壓穿越控制系統(tǒng)如下：在傳統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入 了低電壓穿越控制模塊和子模塊電容電壓控制模塊；當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，低電壓 控制模塊用于無功電流注入和限制有功電流，子模塊電容電壓控制模塊用于發(fā)出無功功率 時(shí)控制子模塊電容電壓波動(dòng)范圍。
[0041] 如圖2所示，低電壓控制模塊包括無功電流注入單元和有功電流限制單元；當(dāng)檢測(cè) 到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，無功電流注入單元用于通過判斷電壓跌落程度來重新分配無功電流 指令值以實(shí)現(xiàn)無功電流注入，有功電流限制單元用于引入新的有功電流指令值來限制 有功電流;其中，無功電流注入單元包括無功外環(huán)、計(jì)算模塊1和控制邏輯1，無功外環(huán)用于 光伏逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的輸出設(shè)置，控制邏輯1用于判斷電網(wǎng)是否發(fā)生跌落，通過電壓跌 落程度判斷系統(tǒng)是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是處于故障情況下的低電壓運(yùn)行狀態(tài)，并切換相應(yīng) 的運(yùn)行方式，計(jì)算模塊1用于根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落程度，計(jì)算并重新分配新的無功電流指令值 ^ :有功電流限制單元包括計(jì)算模塊2和控制邏輯2,限制有功電流，計(jì)算模塊2用來計(jì)算新 的有功電流指令值if，控制邏輯2用來比較新的有功電流指令值if和和電壓外環(huán)有功電流 指令值/f1的大小，并切換相應(yīng)的運(yùn)行方式。
[0042] 其中，無功電流注入單元的邏輯控制模塊1包括開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3;通過控制邏 輯1判斷，若光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)1和開關(guān)2相連，取無功外環(huán)無功指令值if 1 作為輸出；若光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，開關(guān)1和開關(guān)3相連，閉鎖無功外環(huán)，計(jì)算模塊1計(jì)算無 功電流值指令值，注入無功電流使逆變器發(fā)出無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功支撐能力。
[0043] 邏輯控制模塊1判斷光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)標(biāo)幺值Ut所處的范圍，對(duì)
[0044] 無功電流指令值進(jìn)行重新分配，分配方法如下：
[0045]
[0046] 式中，Ut表示光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓的標(biāo)幺值，In表示逆變器的額定電流。
[0047] 所述有功限制單元的邏輯控制模塊2包括開關(guān)4、開關(guān)5和開關(guān)6,計(jì)算模塊2計(jì)算有 功電流值指令值if后，若控制邏輯2判斷電壓外環(huán)有功電流指令值小于有功電流值指 令值if，開關(guān)5與開關(guān)4相連，閉鎖計(jì)算模塊2,有功電流指令值按照輸出;若控制邏輯2判 斷^^ 1大于等于if時(shí)，開關(guān)5和開關(guān)6相連，有功電流指令按照新的有功電流指令值^輸出， 閉鎖電壓外環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)有功電流限制。
[0048] 當(dāng)采用MMC光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓沒有發(fā)生跌落時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電流可用下 式表達(dá)：
[0049]
[0050] 式中，id表示有功電流，iq表示無功電流。
[0051] 當(dāng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，根據(jù)行業(yè)習(xí)慣規(guī)定并網(wǎng)點(diǎn)電流i不能超 過額定電流In的1.5倍，計(jì)算模塊2計(jì)算新的有功電流值指令值(f公式如下：
[0052]
[0053] 式中，id表示有功電流，iq表示無功電流，In表示額定電流。
[0054]進(jìn)一步的，為控制子模塊電容電壓波動(dòng)，所述的子模塊電容電壓控制模塊包括橋 臂環(huán)流優(yōu)化單元，橋臂環(huán)流優(yōu)化單元通過優(yōu)化橋臂環(huán)流來減小或消除二倍頻電容電壓以增 加逆變器發(fā)出無功功率能力，并保證逆變器子模塊電容電壓波動(dòng)量在允許范圍之內(nèi)。
[0055] 在電網(wǎng)中，有A，B，C三相，以A相作為代表，同理可得到B、C相的相應(yīng)公式及對(duì)應(yīng)值； MMC子模塊電容電壓大小為：
[0056]
[0057]
[0058] 式中，Ucpa為優(yōu)化前A相上子模塊電容電壓，Ucna為優(yōu)化前A相下子模塊電容電壓，Ud c 為直流側(cè)電壓，Pd。為直流側(cè)功率，K為電壓調(diào)制系數(shù)，go印為功率因數(shù)。
[0059] 由上式分析可知，在保持傳輸功率不變、子模塊電容值以及直流電壓恒定的情況 下，子模塊電容電壓波動(dòng)主要受功率因數(shù)?QS令影響，功率因數(shù)越小表示MMC發(fā)出無功功率越 大，則子模塊電容電壓的基頻和二倍頻電容電壓波動(dòng)越大。在光伏逆變低電壓穿越期間， MMC逆變器需要發(fā)出無功功率，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，從而子模塊電容電壓波動(dòng)量很 大，可能超過規(guī)定波動(dòng)的最大值，導(dǎo)致?lián)p壞器件，所以在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越期間必 須保持子模塊電容電壓波動(dòng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，滿足小于子模塊電容參考電壓10%的要求。
[0060] A相原麗C橋臂電流Ica大小為：
[0061]
[0062]式中，Id。為直流側(cè)電流，I2f為二次環(huán)流幅值。
[0063]橋臂環(huán)流1。3的優(yōu)化方法是：
[0064] 將橋臂電流Ira通過公式優(yōu)化后得到新的橋臂環(huán)流C，優(yōu)化公式為：
[0065]
[0066] 式中，Id。為直流側(cè)電流，K為電壓調(diào)制系數(shù)，1?為輸出基頻電流幅值；[0067] 并徨？丨丨優(yōu)仆,后的MM「子摁±#由窮由壓.
[0068]
[0069]
[0070] 式中，^為MMC逆變器上子模塊電容電壓，C,.為下子模塊電容電壓，Udd直流側(cè) 電壓，Pd。為直流側(cè)功率，K為電壓調(diào)制系數(shù)。
[0071] 進(jìn)一步，還可以通過控制子模塊電容參考電壓Ucref來控制子模塊電容電壓波動(dòng)。
[0072] 當(dāng)MMC的子模塊數(shù)量到達(dá)一定數(shù)量時(shí)，對(duì)于子模塊電容電壓波動(dòng)量有以下公式：
[0073]
[0074] 式中，N表不上橋臂于模塊數(shù)，Ucref表不子模塊參考電壓，C為電容，Δ Usmc_pa表不上 橋臂電容電壓波動(dòng)量，？03表示上橋臂有功功率。
[0075]從上式分析可知，在上橋臂子模塊數(shù)、電容和功率一定時(shí)，子模塊參考電壓為Ucref 的改變會(huì)影起電容電壓波動(dòng)，即，子模塊參考電壓變大，則電容電壓波動(dòng)△ Usmc；_pa減小； 子模塊參考電壓Ucrrf變小，則電容電壓波動(dòng)A Usmc^pa變大。子模塊電容電壓由電容參考電壓 Ucref和波動(dòng)量Δ IW組成，即Ucref + Δ IW。因此，也可通過控制子模塊電容參考電壓Ucref來控 制波動(dòng)量△ Usmc，以保證子模塊電容電壓在合理范圍內(nèi)。
[0076]故，本發(fā)明還可以通過添加子模塊電容參考電壓調(diào)整單元，引入子模塊電容參考 電壓Uae3f調(diào)整系數(shù)λ來調(diào)整子模塊電容參考電壓Uarf，進(jìn)一步控制子模塊電容電壓波動(dòng)范 圍，引入λ后的關(guān)系式為：
[0077 ] AUcref+Δ Usmc ^ Umax
[0078] 式中，λ表示參考電壓調(diào)整系數(shù)，其取值范圍為0.9~1.1，Ausmc表示子模塊電容電 壓波動(dòng)量，Umax表示電容電壓上限。
[0079] 為更好的控制子模塊電容電壓波動(dòng)，子模塊電容電壓控制模塊可同時(shí)包括橋臂環(huán) 流優(yōu)化單元和子模塊電容參考電壓調(diào)整單元。
[0080] 進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括光伏陣列、Boost斬波電路、MMC逆變器，光伏陣列采用擾 動(dòng)觀察法，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，Boost斬波電路用于將光伏輸出電壓進(jìn)行升壓，MMC用于將直 流逆轉(zhuǎn)換成交流。
[0081 ]基于上述系統(tǒng)，在Mat lab/Simul ink仿真軟件中搭建的低電壓穿越的控制系統(tǒng)，參 數(shù)如下表1，仿真采用MMC光伏并網(wǎng)系統(tǒng)如圖1，
[0083]表1仿真主要參數(shù)
[0084]聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)在1.3s發(fā)生三相短路故障，1.925s故障消失，系統(tǒng)的故障維持時(shí) 間是0.625s，設(shè)置的故障電阻大小為0.0013 Ω，接地電阻大小為〇.001 Ω，三相電壓降至額 定電壓的20%左右，1.925s三相電壓開始恢復(fù)。本系統(tǒng)額定電流為80A。
[0085]由圖4-1和圖4-2,并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流恢復(fù)正常，光伏電站實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越。并由 圖4-2可知，并網(wǎng)點(diǎn)電流成功限制在1.5倍額定電流內(nèi)，即120A，保證光伏系統(tǒng)安全運(yùn)行。圖 4-3為無功電流實(shí)際值和指令值，在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，計(jì)算出無功指令值，其中圖4-3中虛線 代表無功電流指令值，實(shí)線代表無功電流實(shí)際值，從圖中可以看出無功電流實(shí)際值能夠準(zhǔn) 確跟蹤指令值，無功電流值由正常運(yùn)行期間的OA變?yōu)?0A，成功實(shí)現(xiàn)無功電流的注入，并由 圖4-4可知，MMC逆變器發(fā)出無功功率約為8.5kvar。由圖4-5分析可知，在MMC發(fā)出無功功率 期間，無優(yōu)化子模塊電容電壓波動(dòng)范圍約為22.5 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MMC逆變器10 %的規(guī)定值，由 圖4-6分析可知，采用優(yōu)化后子模塊電容電壓波動(dòng)后，子模塊波動(dòng)范圍約為7.5%，符合MMC 逆變器正常運(yùn)行要求。
[0086]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:在電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙 閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括低電壓穿越控制模塊和子模塊電容電壓控制模塊；當(dāng) 檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，低電壓控制模塊用于無功電流注入和限制有功電流，子模塊電 容電壓控制模塊用于發(fā)出無功功率時(shí)控制子模塊電容電壓波動(dòng)范圍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:低電壓控制模塊包括無功 電流注入單元和有功電流限制單元；當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，無功電流注入單元用于 通過判斷電壓跌落程度來重新分配無功電流指令值，W實(shí)現(xiàn)無功電流注入，有功電流限 制單元用于引入新的有功電流指令值來限制有功電流;其中，無功電流注入單元包括無功 外環(huán)、計(jì)算模塊（1)和控制邏輯(1)，無功外環(huán)用于光伏逆變系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的輸出設(shè)置，控 制邏輯（1)用于判斷電網(wǎng)是否發(fā)生跌落，通過電壓跌落程度判斷系統(tǒng)是處于正常運(yùn)行狀態(tài) 還是處于故障情況下的低電壓運(yùn)行狀態(tài)，并切換相應(yīng)的運(yùn)行方式，計(jì)算模塊（1)用于根據(jù)電 網(wǎng)電壓跌落程度，計(jì)算并重新分配新的無功電流指令值if ;有功電流限制單元包括計(jì)算模 塊(2)和控制邏輯(2)，限制有功電流，計(jì)算模塊(2)用來計(jì)算新的有功電流指令值//，控制 邏輯(2)用來比較新的有功電流指令值z(mì)'f和和電壓外環(huán)有功電流指令值巧的大小，并切 換相應(yīng)的運(yùn)行方式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:子模塊電容電壓控制模塊 包括橋臂環(huán)流優(yōu)化單元，橋臂環(huán)流優(yōu)化單元通過優(yōu)化橋臂環(huán)流來減小或消除二倍頻電容電 壓W增大逆變器發(fā)出無功功率能力，并保證逆變器子模塊電容電壓波動(dòng)量在允許范圍之 內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于：橋臂環(huán)流1。3的優(yōu)化方法 是： 電網(wǎng)中，有A，B，CS相，WA相作為代表，同理可得B、討目；原歷C橋臂電流Ica大小為：，式中，Id。為直流側(cè)電流，l2f為二次環(huán)流幅值，將橋臂電流1。3通過公 式優(yōu)化后得到新的橋臂環(huán)流在，優(yōu)化公式為式中，Id。為直流側(cè)電 流，K為電壓調(diào)制系數(shù)，Im為輸出基頻電流幅值； 并得到優(yōu)化后的子模塊電容電壓：式中，Utp,為逆變器上子模塊電容電壓，CC為下子模塊電容電壓，Udc為直流側(cè)電壓，Pdc 為直流側(cè)功率，K為電壓調(diào)制系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:子模塊電容電壓控制模塊 包括子模塊電容參考電壓調(diào)整單元，通過引入子模塊電容參考電壓Ucref調(diào)整系數(shù)A來調(diào)整 子模塊電容參考電壓Ucref,進(jìn)一步控制子模塊電容電壓波動(dòng)范圍，引入A后的關(guān)系式為:A Ucref+ A Usmc < Umax，式中，A表示參考電壓調(diào)整系數(shù)，其取值范圍為O . 9~1 . 1，A Usmc表示子模 塊電容電壓波動(dòng)量，Umax表示電容電壓上限。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:無功電流注入單元的邏輯 控制模塊（1)包括開關(guān)（1)、開關(guān)(2)和開關(guān)(3);通過控制邏輯（1)判斷，若光伏并網(wǎng)逆變系 統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)（1)和開關(guān)(2)相連，取無功外環(huán)無功指令值作為輸出；若光伏并網(wǎng) 點(diǎn)電壓跌落時(shí)，開關(guān)（1)和開關(guān)(3)相連，閉鎖無功外環(huán)，計(jì)算模塊（1)計(jì)算無功電流值指令 值，注入無功電流使逆變器發(fā)出無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功支撐。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:有功限制單元的邏輯控制 模塊(2)包括開關(guān)(4)、開關(guān)巧)和開關(guān)(6)，計(jì)算模塊(2)計(jì)算有功電流值指令值z(mì)f后，若控 審?fù)容?2)判斷電壓外環(huán)有功電流指令值z(mì)'f小于有功電流值指令值z(mì)'f開關(guān)(5)與開關(guān)(4) 相連，閉鎖計(jì)算模塊(2)，有功電流指令值按照護(hù)1輸出；若控制邏輯（2)判斷皆"大于等于 zf時(shí)，開關(guān)(5)和開關(guān)(6)相連，有功電流指令按照新的有功電流指令值if輸出，閉鎖電壓 外環(huán)，實(shí)現(xiàn)有功電流限制。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于:通過邏輯控制模塊（1)判 斷光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)標(biāo)么值化所處的范圍，對(duì)無功電流指令值if進(jìn)行重新分配，分配 方法如下：式中，化表示光伏并網(wǎng)巧電化的杯么但，In巧不化艾滯的娜足電施。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)電 壓發(fā)生跌落時(shí)，規(guī)定并網(wǎng)點(diǎn)電流i不能超過額定電流In的1.5倍，計(jì)算模塊(2)計(jì)算新的有功 電流值指令值滬公式如下：式中，id表示有功電流，iq表示無功電流，In表示額定電流。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的低電壓穿越控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括光伏陣列、 Boost斬波電路、逆變器，光伏陣列采用擾動(dòng)觀察法，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出，Boost斬波電路用 于將光伏輸出電壓進(jìn)行升壓;其特征在于:逆變器采用MMC模塊化多電平逆變器，用于將直 流逆轉(zhuǎn)換成交流。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK105914788SQ201610361614
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】李先允, 姜婷婷, 倪喜軍, 王書征
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院