一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法与流程

本发明属于电力电子控制领域，尤其是涉及一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法。

背景技术：

随着新能源涉网性能要求的提升，具备高电压穿越能力的并网逆变器逐步成为市场的主流。目前国内拟定标准，要求并网新能源设备具备1.3倍过电压运行能力。

电网过电压会引起并网逆变器过调制现象，严重过调制会造成母线波动、电流突增，引发停机保护甚至逆变器烧毁。现有高电压穿越技术多采用状态判断机制，根据电网电压骤升等级，来提升母线电压或增加无功电流。此类方法存在两方面缺陷：1、存在高穿和非高穿的状态跳转，无法实现控制逻辑和控制效果的平滑过渡；2、母线电压和无功电流在控制上缺乏统一调度，逆变器无法实现最优工作点运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法，以有效抑制电网过电压产生的不利影响，实现逆变器最优工作点运行。

一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法，包括以下步骤：

s1，检测三路瞬时线电压幅值的最大值umax,l，将其引入母线电压最优工作点计算单元、无功电流最优工作点计算单元得出母线电压最优工作点vdc、无功电流最优工作点iq；

s2，将步骤s1所得的母线电压最优工作点vdc、无功电流最优工作点iq分别引入电压限幅器、电流限幅器进行限幅；

s3，将步骤s2中所得限幅后的母线电压最优工作点、无功电流最优工作点分别引入电压斜率限制器、电流斜率限制器；

s4，将步骤s3所得的两个结果分别作为母线电压参考值和无功电流参考值，将其引入双闭环控制模块，实现并网逆变器控制。

进一步的，所述步骤s1中，母线电压最优工作点计算单元表达式为：

无功电流最优工作点计算单元表达式为：

式中，vdc为直流母线电压，umax,l为三路瞬时线电压幅值的最大值，l为并网逆变器滤波电感值，ω为电网角频率，iq为并网电流无功分量，dv和di分别为电压斜率限制值和电流斜率限制值。

进一步的，所述步骤s2中，母线电压最优工作点vdc引入电压限幅器进行限幅的方法为：

当母线电压最优工作点vdc大于vmax时，vdc等于vmax；

当母线电压最优工作点vdc小于vmin时，vdc等于vmin；

当母线电压最优工作点vdc介于vmin至vmax时，vdc值不发生变化；

其中，vmin为母线电压稳态控制时的参考值；vmax为母线危险电压值。

进一步的，所述步骤s2中，无功电流最优工作点iq引入电流限幅器进行限幅的方法为：

当无功电流最优工作点iq大于imax时，iq等于imax；

当无功电流最优工作点iq小于imin时，iq等于imin；

当无功电流最优工作点iq介于imin至imax时，iq值不发生变化；

其中，imin为无功电流稳态控制时的参考值；imax为无功电流可发出最大电流值。

进一步的，所述步骤s3中，电压斜率限制器的限制方法为：

当限幅后的母线电压最优工作点单位时间上升或下降值大于dv时，该值等于dv；

当限幅后的母线电压最优工作点单位时间上升或下降值小于dv时，该值不发生变化；

其中，dv为电压斜率限制值。

进一步的，所述步骤s3中，电流斜率限制器的限制方法为：

当限幅后的无功电流最优工作点单位时间上升或下降值大于di时，该值等于di；

当限幅后的无功电流最优工作点单位时间上升或下降值小于di时，该值不发生变化；

其中，di为电压斜率限制值。

一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制系统，包括高电压穿越控制模块、双闭环矢量控制模块，所述高电压穿越控制模块包括母线电压控制模块、无功电流控制模块，

所述母线电压控制模块包括母线电压最优工作点计算单元、电压限幅器、电压斜率限制器；

所述无功电流控制模块包括无功电流最优工作点计算单元、电流限幅器、电流斜率限制器。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法具有以下优势：根据电网电压幅值实时计算母线电压和无功电流参考值，以消除状态跳转引起的波动现象，而且可实现最优工作点运行。

附图说明

图1为本发明实施例所述的最优工作点并网逆变器高电压穿越控制示意图；

图2为本发明实施例所述的母线电压控制效果图；

图3是本发明实施例所述的无功电流控制效果图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制方法，包括以下步骤：

s1，检测三路瞬时线电压幅值的最大值umax,l，将其引入母线电压最优工作点计算单元、无功电流最优工作点计算单元得出母线电压最优工作点vdc、无功电流最优工作点iq；

s2，将步骤s1所得的母线电压最优工作点vdc、无功电流最优工作点iq分别引入电压限幅器、电流限幅器进行限幅；

s3，将步骤s2中所得限幅后的母线电压最优工作点、无功电流最优工作点分别引入电压斜率限制器、电流斜率限制器；

s4，将步骤s3所得的两个结果分别作为母线电压参考值和无功电流参考值，将其引入双闭环控制模块，实现并网逆变器控制。

值得注意的是，所述步骤s1中，母线电压最优工作点计算单元表达式为：

无功电流最优工作点计算单元表达式为：

式中，vdc为直流母线电压，umax,l为三路瞬时线电压幅值的最大值，l为并网逆变器滤波电感值，ω为电网角频率，iq为并网电流无功分量，dv和di分别为电压斜率限制值和电流斜率限制值。

值得注意的是，所述步骤s2中，母线电压最优工作点vdc引入电压限幅器进行限幅的方法为：

当母线电压最优工作点vdc大于vmax时，vdc等于vmax；

当母线电压最优工作点vdc小于vmin时，vdc等于vmin；

当母线电压最优工作点vdc介于vmin至vmax时，vdc值不发生变化；

其中，vmin为母线电压稳态控制时的参考值，一般多采用1070；vmax为母线危险电压值，一般多采用1150。

值得注意的是，所述步骤s2中，无功电流最优工作点iq引入电流限幅器进行限幅的方法为：

当无功电流最优工作点iq大于imax时，iq等于imax；

当无功电流最优工作点iq小于imin时，iq等于imin；

当无功电流最优工作点iq介于imin至imax时，iq值不发生变化；

其中，imin为无功电流稳态控制时的参考值，一般多采用0；imax为无功电流可发出最大电流值，该值一般根据变流器容量选取，例如：1.5mw双馈变流器采用450。

值得注意的是，所述步骤s3中，电压斜率限制器的限制方法为：

当限幅后的母线电压最优工作点单位时间上升或下降值大于dv时，该值等于dv；

当限幅后的母线电压最优工作点单位时间上升或下降值小于dv时，该值不发生变化；

其中，dv为电压斜率限制值。

值得注意的是，所述步骤s3中，电流斜率限制器的限制方法为：

当限幅后的无功电流最优工作点单位时间上升或下降值大于di时，该值等于di；

当限幅后的无功电流最优工作点单位时间上升或下降值小于di时，该值不发生变化；

其中，di为电压斜率限制值。

本发明的技术方案中，对于电压斜率限制值dv、电流斜率限制值di的取值，应根据并网逆变器双闭环控制特性来整定。首先，斜率di和dv应分别小于电流内环和电压外环的变化速率，否则斜坡无意义。例如：根据并网逆变器双闭环控制系统参数，可近似估算某一并网逆变器内环响应时间约为0.001s，外环响应时间约为0.025s；由于id和vdc的变化范围分别为[0,450]a和[1070,1150]v，因此，di最大值为(450a-0a)/0.001s＝450ka/s；dv最大值为(1150v-1070v)/0.025s＝3.2kv/s。其次，为尽量缩小过调制时间，应让id在2周波内抵达最佳工作点，即di最小值为(450a-0a)/(2×0.02s)＝11.25ka/s；考虑电压响应速度慢于电流，因此让vdc在4周波内抵达最佳工作点，即dv最小值为(1150v-1070v)/(4×0.02s)＝1kv/s。

综上所述，di和dv的取值范围为：11.25ka/s≤di＜450ka/s，1kv/s≤dv＜3.2kv/s。较大的斜率可减小过调制时间，但会引起冲击电流，降低系统可靠性。综合考虑，本方案所述的并网逆变器具体实施例中，电流斜率限制值可设为di＝20ka/s，电压斜率限制值可设为dv＝1.5kv/s。

一种基于最优工作点的并网逆变器高电压穿越控制系统，包括高电压穿越控制模块、双闭环矢量控制模块，所述高电压穿越控制模块包括母线电压控制模块、无功电流控制模块，

所述母线电压控制模块包括母线电压最优工作点计算单元、电压限幅器、电压斜率限制器；

所述无功电流控制模块包括无功电流最优工作点计算单元、电流限幅器、电流斜率限制器。

对本发明的技术方案进行实际验证，当电网电压升高至1.2倍时，控制效果如图2和图3所示。图2中，udc*为母线电压参考值，ugd为母线电压反馈值。图3中，igd*为无功电流参考值，igd为无功电流反馈值。由图2和图3可以看出，采用本发明所述的技术方案，可有效抑制电网过电压产生的不利影响，使并网逆变器顺利完成高电压穿越。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。