一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，属于光伏发电【技术领域】。本发明在并网运行阶段逆变器实时记录网侧电压正常时的幅值及频率，当电网掉电时，记录网侧电压相角，以此作为离网控制过程中交流电压控制的指令实现逆变器由并网至离网的平滑切换；在离网运行阶段，逆变器实时检测网侧电压状态，当电网上电后，逆变器进行负载侧电压幅值相位与网侧电压的同步控制，待负载电压与网侧电压同幅值同相位时闭合网侧开关，控制模式由交流电压控制模式转化为MPPT控制模式，逆变器实现由离网至并网的平滑切换。
【专利说明】一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，属于光伏发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着全球环境污染问题和化石能源危机的不断加剧，清洁的可再生能源得到了广泛的关注。我国幅员辽阔，风光可再生能源富集区与负荷中心区之间呈逆向分布，使得大型风光电站必须通过高压远距离输电走廊才能送达负荷端。由于风速和光照强度的非线性、随机性和不可控性等特征，大型风光电站的接入给电力系统的稳定带来了不小的挑战。近年来，频繁出现的风电场事故使得大型风电场的并网小时数偏低，大量弃风不但影响投资成本的回收，还造成巨大的资源浪费。因此，新能源分布式电源的“分散接入、就地消纳”引起了广泛的关注。
[0003]孤岛是分布式发电系统中重点关注的问题，它涉及人身安全以及电气设备安全。IEEE Std.929-2000标准指出，当检测到孤岛时，分布式发电系统必须立即停机，从而停止向孤立的电网充电，这种情况称为被动孤岛模式。然而，为了提高分布式发电系统周围的关键符合的供电可靠性，孤岛发生后让分布式发电系统停机不再是一个可行的方案。进而，IEEE Std.1547-2003标准提出了主动孤岛的概念。在这种情况下，当检测到孤岛后，分布式发电系统应与电网断开，继续给本地关键负荷供电。
[0004]在主动式孤岛模式(离网模式)下，装置运行于定交流电压控制模式，此时逆变器作为交流电压源给本地关键负荷供电；当电网恢复后，装置控制交流侧电压与电网电压同频同相后方可合并网开关转入并网运行模式。如何实现逆变器由并网模式切入离网模式以及由离网模式切入并网模式的平滑过度实现无缝切换至关重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，以实现逆变器由并网模式切入离网模式以及由离网模式切入并网模式的无缝切换。
[0006]本发明为解决上述技术问题而提供了一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，该切换控制方法包括以下步骤:
[0007]I)在逆变器处于并网运行模式下，实时检测网侧电压的幅值及频率，并判断所检测的网侧电压的幅值及频率是否在正常范围内；
[0008]2)如果超出正常范围，断开网侧开关，并将逆变器由MPPT控制模式切换至交流电压控制模式，使逆变器由并网模式向离网模式平滑切换；
[0009]3)当逆变器处于离网交流电压控制模式下，实时检测电网电压的幅值及频率，判断电网电压幅值或频率是否在正常范围内；
[0010]4)若检测到的电网电压幅值或频率在正常范围内，对逆变器采用交流电压同步控制，使负载电压与电网侧电压同幅值同相位；
[0011]5)当负载电压与电网侧电压同幅值同相位时，闭合网侧开关，将逆变器由交流电压控制模式切换值MPPT控制模式，实现逆变器由离网至并网的平滑切换。
[0012]所述步骤2)中是以电网掉电时所检测到电网侧电压幅值及频率信息作为交流电压的控制指令。
[0013]所述网侧电压的幅值及频率的正常范围指的是电网电压连续设定时间内正常时的电压幅值均值及频率均值。
[0014]所述步骤4)中的交流电压同步控制指的是电压频率与幅值的闭环控制，根据实际电网的频率，对负载侧电网频率进行控制，实现负载侧电压与电网电压的同步控制，以消除离网至并网切换过程中电网电压的冲击。
[0015]所述步骤5)中是以电网侧开关闭合时的电流指令值作为并网控制外环的初始值切取并网模式。
[0016]本发明的有益效果是:本发明在并网运行阶段逆变器实时记录网侧电压正常时的幅值及频率，当电网掉电时，记录网侧电压相角，以此作为离网控制过程中交流电压控制的指令实现逆变器由并网至离网的平滑切换；在离网运行阶段，逆变器实时检测网侧电压状态，当电网上电后，逆变器进行负载侧电压幅值相位与网侧电压的同步控制，待负载电压与网侧电压同幅值同相位时闭合网侧开关，控制模式由交流电压控制模式转化为MPPT控制模式，逆变器实现由离网至并网的平滑切换。
[0017]由离网向并网模式切换过程中采用的交流电压同步控制算法，采用电压频率与幅值的闭环控制，频率同步过程中根据实际电网的频率，实现对负载侧电网频率的控制，进而实现负载侧电压与电网电压的同步控制，进而实现由离网至并网切换过程中电网电压无冲击控制。逆变器在电网掉电孤岛发生前，记录电网正常时刻网测电压幅值与相位，当电网掉电时以此作为交流电压控制指令，迅速切换至交流电压控制模式，确保了并网模式至离网模式的平滑过渡。本发明不仅适用于集中式光伏并网逆变器，也适用于组串式光伏并网逆变器。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是光伏并网逆变器用于并网与离网模式相互切换的主回路接线图；
[0019]图2是光伏并网逆变器的控制框图；
[0020]图3是光伏并网逆变器由并网模式切换至离网模式的流程图；
[0021]图4是光伏并网逆变器由离网模式切换至并网模式的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0023]本实施例以集中式两电平光伏并网逆变器为例，如图1为主回路接线图。光伏并网逆变器包括逆变器本体、逆变器交流负载侧开关及电网侧开关。其中电网侧交流开关用于当电网掉电后，断开逆变器负载侧与电网的连接。另外，逆变器除了需要为了完成本地控制进行的负载侧电压电流、阵列电压电流采样外还需增加电网侧电压采样用以监测电网电压状态。本发明给出了分布式光伏并网逆变器在检测到孤岛效应发生后如何实现由并网模式至离网模式的平滑切换，如图3所示，以及当逆变器检测到电网电压恢复后如何实现由离网模式至并网模式的平滑切换，如图4所示。
[0024]本发明的一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法的具体实现过程如下。
[0025]1.当逆变器处于并网运行模式下
[0026]I)检测电网电压Uag、Ubg, Ucg幅值及频率；
[0027]2)记录电网电压连续5S中正常时的电压幅值均值U及频率均值f;
[0028]3)检测网侧电压UfU1^Ueg的电压幅值及频率是否在正常范围内(该幅值与频率的设定以逆变器接入电网的额定电压幅值与频率为基准，电压正常的波动范围)，如果电网电压幅值及频率存在异常则执行步骤4)，如果正常则返回步骤I)；
[0029]4)记录此时的电网电压相位Φ，断开网侧开关QF2 ；
[0030]5)逆变器由MPPT控制模式切换至交流电压控制模式，并将电网电压相位Φ及幅值U及频率f信息作为交流电压控制的指令，进而实现逆变器由并网向离网模式的平滑切换，确保负载供电的平滑不间断。
[0031]2.当逆变器处于离网交流电压控制模式下
[0032]I)电网电压Uabc幅值及频率检测；
[0033]2)电网幅值或频率正常则转入步骤3)，异常则转入步骤I)；
[0034]3)进行交流电压幅值同步控制，首先通过交流电压控制模式使得交负载侧电压UAL、UBL, Ucl与电网侧电压Uag、Ubg, Ucg幅值一致；
[0035]4)进行交流电压相位同步控制，所采用的控制方法是:通过控制使得
如通过检测电网电压频率为50.1Hz，则负载电压频率可控制在负载正常运行频率范围内片小值或偏大值，本方法中选择Fltjad = Fgrid-0.5Hz)；
[0036]5)负载电压与电网电压幅值与相位差检测，当电压幅值差〈Uerr并且相角差小于α时进入步骤6)，反之则结束进行下一次循环检测；
[0037]6)闭合电网侧开关QF2 ;
[0038]7)记录此时的电流环指令值，以此作为并网控制外环的初始指令值切入并网模式。
[0039]本发明的上述切换过程逆变器所采用的控制如图2所示，逆变器在电网掉电孤岛发生前，记录电网正常时刻网测电压幅值与相位，当电网掉电时以此作为交流电压控制指令，迅速切换至交流电压控制模式，确保了并网模式至离网模式的平滑过渡；由离网向并网模式切换过程中采用的交流电压同步控制算法，采用电压频率与幅值的闭环控制，频率同步过程中根据实际电网的频率，实现对负载侧电网频率的控制，进而实现负载侧电压与电网电压的同步控制，进而实现由离网至并网切换过程中电网电压无冲击控制。
[0040]以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，其特征在于，该切换控制方法包括以下步骤: 1)在逆变器处于并网运行模式下，实时检测网侧电压的幅值及频率，并判断所检测的网侧电压的幅值及频率是否在正常范围内； 2)如果超出正常范围，断开网侧开关，并将逆变器由MPPT控制模式切换至交流电压控制模式，使逆变器由并网模式向离网模式平滑切换； 3)当逆变器处于离网交流电压控制模式下，实时检测电网电压的幅值及频率，判断电网电压幅值或频率是否在正常范围内； 4)若检测到的电网电压幅值或频率在正常范围内，对逆变器采用交流电压同步控制，使负载电压与电网侧电压同幅值同相位； 5)当负载电压与电网侧电压同幅值同相位时，闭合网侧开关，将逆变器由交流电压控制模式切换值MPPT控制模式，实现逆变器由离网至并网的平滑切换。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，其特征在于，所述步骤2)中是以电网掉电时所检测到电网侧电压幅值及频率信息作为交流电压的控制指令。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，其特征在于，所述网侧电压的幅值及频率的正常范围指的是电网电压连续设定时间内正常时的电压幅值均值及频率均值。
4.根据权利要求2所述的光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，其特征在于，所述步骤4)中的交流电压同步控制指的是电压频率与幅值的闭环控制，根据实际电网的频率，对负载侧电网频率进行控制，实现负载侧电压与电网电压的同步控制，以消除离网至并网切换过程中电网电压的冲击。
5.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器离网与并网模式切换控制方法，其特征在于，所述步骤5)中是以电网侧开关闭合时的电流指令值作为并网控制外环的初始值切取并网模式。
【文档编号】H02J3/38GK104078997SQ201410298778
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】刘刚, 梁燕, 肖鹏, 陈北海, 芦开平, 李建伟, 黄小有, 左广杰 申请人:许继电气股份有限公司