一种大功率光伏并网逆变器低电压穿越控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低电压穿越控制方法，具体说是一种大功率光伏并网逆变器低电压穿 越控制方法。尤指一种大功率光伏并网逆变器在电压瞬时跌落至ον时的低电压穿越控制 方法。
【背景技术】
[0002] 专利201310380141. 6公开光伏并网逆变器兼容低电压穿越的正负序解耦控制方 法，其技术方案如下：
[0003] ①、采用正负序解耦方法将检测到的电网电压分解为正序分量和负序分量，将逆 变器输出电流也分为正序分量和负序分量，对其分别控制；
[0004] ②、使逆变器输出电流的正序分量跟踪电网电压的正序分量，将逆变器输出电流 的负序分量控制为零，从而使逆变器实时根据电网电压的跌落情况正确计算电网电压相位 角，实现输出电流相位控制。
[0005] 该技术方案通过正负序解耦的方法检测出低电压穿越时电网电压的真实相位，同 时控制电流的正序和负序分量，精确控制逆变器在低电压穿越时输出的功率因数。在低电 压时可以输出和正常运行时一样的有功电流，输出功率保持不变，最大程度保持电网的稳 定性。
[0006] 上述技术方案的缺点在于：采用正负序解耦的双dq旋转坐标系控制方法，其计算 量大、控制繁琐。
[0007] 在实际应用中，当电网电压发生瞬时跌落时，特别是瞬时零电压跌落时，锁相方法 的稳定性及精确性受到极大挑战。现有技术中的锁相方法，在跌落过程中检测到的电压相 位角θ2与实际电压相位角Θ:会存在一个较大偏差；另外，电网跌落与恢复瞬间，逆变器来 不及调整输出电压，此时，输出电压与并网电压间会存在一个很大的幅值差。幅值和相位 角的差异，如果不采取特殊处理手段，尤其是当逆变器正在大功率运行时，就很容易导致逆 变器产生一个数倍于额定值的瞬时冲击电流，逆变器瞬间即会过流保护而脱网，低电压穿 越失败。逆变器不仅不能对此时的电网有一个无功电流的支撑，以辅助电压恢复，还会对电 网有一个冲击伤害。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大功率光伏并网逆变器 低电压穿越控制方法，简单、稳定地克服了零电压状态下的锁相难题，以及电压跌落和恢复 瞬间容易产生冲击电流而脱网的问题，保证逆变器能够在大功率运行工况下，平稳实现低 (零）电压穿越，并按要求给电网提供足够的无功电流支撑，提高逆变器及电网运行的稳定 性。
[0009] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
[0010] 一种大功率光伏并网逆变器低电压穿越控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011] (1)电压跌落与电压正常两种状态的识别；
[0012] (2)根据步骤（1)的识别结果决定逆变器控制策略：正常控制模式或低电压穿越 控制模式，正常控制模式转步骤（3)，低电压穿越控制模式转步骤（4);
[0013] (3)正常控制模式：直流电压外环指令值UdcRef由最大功率点跟踪MPPT算法决 定，直流电压外环指令值UdcRef与直流电压Udc的实际值比较，经PI控制器得到电流内环 的d轴电流指令值IdRef，保证逆变器运行在光伏电池板的最大功率输出点；q轴电流指令 值IqRef由系统要求的无功功率输出决定；
[0014] (4)低电压穿越控制模式：实时计算并网点电压幅值Em，根据Em与并网电压幅值 的额定值VN，求得跌落深度k: EmPos
[0015] :^' ?
[0016] 然后，根据跌落深度k的大小、国家光伏逆变器行业标准要求的电压跌落期间的 无功电流需求、逆变器容量，设定无功电流指令值IqRef和有功电流指令值IdRef。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（1)中，判定电压跌落的方法有三种，同时复 合使用，具体包括：
[0018] ④电网电压的幅值Em小于90%额定值；
[0019] ⑤三相电网电压任意一相的前一个周期的瞬时值与后一个周期的瞬时值之差超 过限定值1 ;
[0020] ⑥三相交流电流任意一相的瞬时值超过限定值，所述超过限定值是指电流值过 大，但小于交流过流保护值；
[0021] 当以上三个条件有任意一个满足时，则判定为电压跌落，逆变器进入低电压穿越 控制模式。
[0022] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（1)中，判定电压恢复的方法有三种，同时复 合使用，具体包括：
[0023] ④三相电网电压任意一相的有效值大于UmRe;
[0024] ⑤电压幅值Em前后两个周期的差值大于设定值；
[0025] ⑥三相电网电压任意一相的前一个周期的瞬时值与后一个周期的瞬时值之差超 过限定值2;
[0026] 当以上三个条件有任意一个满足时，则判定为电压恢复，逆变器进入正常控制模 式。
[0027] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（2)中，逆变器控制策略具体包括：
[0028] ④当逆变器处于正常控制模式时，采用直流电压外环、交流电流内环的双闭环控 制策略；
[0029] ⑤当逆变器处于低电压穿越控制模式时，则去掉直流电压外环，仅采用交流电流 单内环控制策略；
[0030] ⑥电网电压跌落瞬间和电网电压恢复瞬间，立即封脉冲2~3个开关周期Ts，有效 避免暂态切换中，因输出电压与并网点电压幅值差异所导致的数倍于额定值的冲击电流， 保证前两种控制策略之间自动、平滑切换。
[0031] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（2)中的两种控制，均需要电压相位角Θ来 完成输出电压及输出电流的abc/dq旋转坐标系变换及反变换，具体按以下方法计算：
[0032]③正常运行模式：由硬件过零检测、软件锁相环得到相位角Θi，并一直存储其前2 个工频周期的相位值θη;
[0033] ④低电压穿越模式：第一个开关周期的相位角θ2=θη，从第二个开关周期开始 θ2=θ2+η，其中：
[0034]fs为逆变器开关频率，
[0035]f。为电网电压频率50Hz; fs
[0036] n p f〇
[0037] 本发明所述的大功率光伏并网逆变器低电压穿越控制方法，简单、稳定地克服了 零电压状态下的锁相难题，以及电压跌落和恢复瞬间容易产生冲击电流而脱网的问题，保 证逆变器能够在大功率运行工况下，平稳实现低（零）电压穿越，并按要求给电网提供足够 的无功电流支撑，提高逆变器及电网运行的稳定性。其技术关键点在于：
[0038] ①判定电压跌落与恢复的方法：三种方法复合使用，兼顾检测的快速性与准确性， 可有效避免单一判定方法的迟判与误判现象，提高逆变器运行的稳定性；
[0039] ②电压跌落与恢复瞬间，封脉冲的技术处理手段：这一处理有效避免了切换暂态 的电流冲击，保证逆变器不同运行模式间的平滑切换；
[0040] ③电压跌落发生后电压相位角计算方法：本发明提供的方法，尤其攻克了零电压 跌落期间锁相不稳不准的难题，相位稳定是逆变器稳定运行的前提，可充分保证零电压穿 越顺利通过。
【附图说明】
[0041] 本发明有如下附图：
[0042] 图1 :三相对称零电压跌落时逆变器运行状态分析图；
[0043] 图2 :三相对称零电压跌落时逆变器电压电流瞬时波形；
[0044] 图3 :A相不对称零电压跌落时逆变器电压电流瞬时波形。
【具体实施方式】
[0045] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0046] 本发明所述的大功率光伏并网逆变器低电压穿越控制方法，包括如下步骤：
[0047](1)电压跌落与电压正常两种状态的识别；电压正常指电压恢复；
[0048] (2)根据步骤（1)的识别结果决定逆变器控制策略：正常控制模式或低电压穿越 控制模式，正常控制模式转步骤（3)，低电压穿越控制模式转步骤（4);
[0049] (3)正常控制模式：直流电压外环指令值UdcRef由最大功率点跟踪MPPT算法决 定，直流电压外环指令值UdcRef与直流电压Udc的实际值比较，经PI控制器得到电流内环 的d轴电流指令值IdRef，保证逆变器运行在光伏电池板的最大功率输出点；q轴电流指令 值IqRef由系统要求的无功功率输出决定；
[0050] (4)低电压穿越控制模式：实时计算并网点电压幅值Em，根据Em与并网电压幅值 的额定值VN，求得跌落深度k: .EmPos
[0051] 鉍=-- V，
[0052] 然后，根据跌落深度k的大小、国家光伏逆变器行业标准要求的电压跌落期间的 无功电流需求、逆变器容量，设定无功电流指令值IqRef和有功电流指令值IdRef。
[0053] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（1)中，判定电压跌落的方法有三种，同时复 合使用，兼顾判断的快速性与准确性，避免迟判和误判，具体包括：
[0054] ①电网电压的幅值Em小于90%额定值；
[0055] ②三相电网电压任意一相的前一个周期的瞬时值与后一个周期的瞬时值之差超 过限定值1 ;
[0056] ③三相交流电流任意一相的瞬时值超过限定值，所述超过限定值是指电流值过 大，但小于交流过流保护值；
[0057] 当以上三个条件有任意一个满足时，则判定为电压跌落，逆变器进入低电压穿越 控制模式。
[0058] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（1)中，判定电压恢复的方法有三种，同时复 合使用，兼顾判断的快速性与准确性，避免迟判和误判，具体包括：
[0059] ①三相电网电压任意一相的有效值大于UmRe;
[0060] ②电压幅值Em前后两个周期的差值大于设定值；
[0061] ③三相电网电压任意一相的前一个周期的瞬时值与后一个周期的瞬时值之差超 过限定值2;
[0062] 当以上三个条件有任意一个满足时，则判定为电压恢复，逆变器进入正常控制模 式。
[0063] 在上述技术方案的基础上，所述步骤（