基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法，该方法包括光伏阵列将太阳能转化为电能，DC-DC变换器进行光伏发电系统的最大功率跟踪，逆变器将直流电逆变为高质量交流电送往电网；检测电网是否跌落，若否，前级控制器中的MPPT控制器进行工作，从光伏阵列获得最多的能量；若是，前级控制器中的MPPT停止工作，第一PI控制器进行工作，保持直流母线电压在低电压穿越过程中维持稳定，并网电流给定单元提供无功电流，保持并网电流幅值恒定。本发明可以减少直流母线电压在低电压穿越过程中剧烈突变，防止并网电流超过流值。
【专利说明】基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电系统【技术领域】，特别是涉及一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]在过去的几年中，光伏并网发电系统无论是在安装的数量上还是规模上都得到了长足的发展，光伏发电量在电网中所占比重逐年上升。受到光伏并网系统蓬勃发展的推动，许多国家都修订了新的电网规范。在中国国家电网公司2011年5月6日发布实施的《光伏电站接入电网技术规定》中首次明确对大中型光伏电站提出低电压穿越(LVRT)方面的要求。由此可见，具备低电压穿越能力的光伏系统将会是未来的发展趋势。
[0003]《光伏电站接入电网技术规定》对于低电压穿越的要求主要有如下几点:
[0004](I)电力系统发生不同类型故障时，当光伏电站并网点考核电压在图1所示的电压轮廓线以上区域时，光伏电站应保证不间断并网运行，否则停止向电网线路送电；
[0005](2)对电力系统故障期间没有切出的光伏电站，其有功功率在故障清除后应该快速恢复；
[0006](3)低电压穿越过程中光伏电站宜提供动态无功支撑。
[0007]德国的E.0N标准要求:电压丢落到90%以下，光伏并网系统就需要提供无功电流来支持电网恢复；当电压跌落到50%以下，需要提供100%无功电流(参图2所示)。
[0008]目前，有关低电压穿越的研究主要针对的是风力发电系统，光伏系统尤其是单相系统的研究比较少。学者Frede Blaabjerg在单相光伏系统低电压穿越方面做了较为细致的石开究° 文献(Y.Yang, F.Blaabjerg, and Z.Zou, Benchmarking of Grid Fault Modesin Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic Systems[J].1EEE Transactions onIndustry Applications, 2013, 49 (5): 2167-2176.)将单级式系统作为研究对象,但单级式系统与两级式系统相比，输入电压范围小且控制较为复杂。从光伏阵列传输到电网的有功功率取决于光伏阵列的工作状态，当电网未发生故障时，要求光伏阵列工作于最大功率点跟踪(MPPT)状态。一旦电网跌落，并网逆变器的输入功率远大于输出功率，光伏阵列产生的额外功率将堆积在直流母线电容上，导致母线电压升高。此时逆变部分若采用传统的双闭环控制策略(直流电压外环，并网电流内环)，并网电流给定势必会随着母线电压的上升而增力口。文献(P.Rodriguez, A.V.Timbus, and R.Teodorescu et al., Flexible activepower control of distributed power generation systems during grid faults[J].1EEETransactions on Industrial Electronics, 2007，54 (5): 2583-2592.)米用的恒定有功电流控制策略，在电网跌落较深时可能会触发过流保护。因此在低电压穿越阶段，如何解决母线电压抬升带来的一系列问题(母线电容耐压值提高、直流震荡加剧等)以及如何避免触发系统过电流保护成为研究的重点。
[0009]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，为了减少直流母线电压在低电压穿越过程中剧烈突变，防止并网电流超过流值，本发明提供一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统及方法。
[0011]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0012]—种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统，所述光伏发电系统依次包括光伏阵列、DC-DC变换器及逆变器，所述逆变控制系统包括与所述DC-DC变换器相连的前级控制器和与所述逆变器相连的后级控制器，所述前级控制器包括并联设置的MPPT控制器和第一 PI控制器，所述后级控制器包括PR控制器及分别与PR控制器分别相连的第二PI控制器和并网电流给定单元，所述并网电流给定单元与电压跌落检测单元相连，所述PR控制器用于实现交流电无静差控制。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述DC-DC变换器为升压型Boost变换器。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述逆变器为逆变H桥，所述逆变H桥后连接有LCL滤波器。
[0015]相应地,一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统的逆变控制方法，所述逆变控制方法包括:
[0016]S1、光伏阵列将太阳能转化为电能，DC-DC变换器进行光伏发电系统的最大功率跟踪，逆变器将直流电逆变为高质量交流电送往电网；
[0017]S2、检测电网 是否跌落，若否，前级控制器中的MPPT控制器进行工作，从光伏阵列获得最多的能量；若是，前级控制器中的MPPT停止工作，第一 PI控制器进行工作，保持直流母线电压在低电压穿越过程中维持稳定，并网电流给定单元提供无功电流，保持并网电流幅值恒定。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中还包括:
[0019]电网跌落时，将直流母线参考电压Udc*和实际母线电SUd。的偏差信号送入第一 PI控制器，第一 PI控制器的输出信号与三角波载波比较产生PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过驱动送给DC-DC变换器的开关管。
[0020]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中还包括:
[0021]并网电流给定单元提供参考并网电流iinv%参考并网电流iinv*由有功电流分量和无功电流分量合成，且参考并网电流iinv*幅值恒定为IN。
[0022]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2还包括:
[0023]当电网跌落范围介于50 %和90 %之间时，无功电流幅值
【权利要求】
1.一种基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统，所述光伏发电系统依次包括光伏阵列、DC-DC变换器及逆变器，其特征在于，所述逆变控制系统包括与所述DC-DC变换器相连的前级控制器和与所述逆变器相连的后级控制器，所述前级控制器包括并联设置的MPPT控制器和第一 PI控制器，所述后级控制器包括PR控制器及分别与PR控制器分别相连的第二 PI控制器和并网电流给定单元，所述并网电流给定单元与电压跌落检测单元相连，所述PR控制器用于实现交流电无静差控制。
2.根据权利要求1所述的逆变控制系统，其特征在于，所述DC-DC变换器为升压型Boost变换器。
3.根据权利要求1所述的逆变控制系统，其特征在于，所述逆变器为逆变H桥，所述逆变H桥后连接有LCL滤波器。
4.一种如权利要求1中基于光伏发电系统中电网跌落检测的逆变控制系统的逆变控制方法，其特征在于，所述逆变控制方法包括: 51、光伏阵列将太阳能转化为电能，DC-DC变换器进行光伏发电系统的最大功率跟踪，逆变器将直流电逆变为高质量交流电送往电网； 52、检测电网是否跌落，若否，前级控制器中的MPPT控制器进行工作，从光伏阵列获得最多的能量；若是，前级控制器中的MPPT停止工作，第一 PI控制器进行工作，保持直流母线电压在低电压穿越过程中维持稳定，并网电流给定单元提供无功电流，保持并网电流幅值恒定。
5.根据权利要求4所述的逆变控制方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括: 电网跌落时，将直流母线参考电压Ud:和实际母线电压Udc的偏差信号送入第一 PI控制器，第一 PI控制器的输出信号与三角波载波比较产生PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过驱动送给DC-DC变换器的开关管。
6.根据权利要求4所述的逆变控制方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括: 并网电流给定单元提供参考并网电流iinv%参考并网电流iinv*由有功电流分量和无功电流分量合成，且参考并网电流iinv*幅值恒定为IN。
7.根据权利要求6所述的逆变控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括: 当电网跌落范围介于50 %和90 %之间时，无功电流幅值
8.根据权利要求6所述的逆变控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括: 将参考电流iinv*和实际并网电流iinv的偏差信号送入PR控制器，PR控制器的输出信号与三角波载波比较产生SPWM脉冲信号，SPWM脉冲信号经过驱动送给逆变器。
【文档编号】H02J3/18GK103997066SQ201410264648
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】杨勇, 朱彬彬, 陶雪慧, 谢门喜 申请人:苏州大学