本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种故障穿越方法、装置和光伏发电系统。
背景技术：
目前，随着可再生能源开发应用成本的快速下降。风电和光伏等发电系统的装机规模不断增加。2015年，全球可再生能源发电新增装机容量首次超过常规能源发电装机容量，表明全球电力系统建设正在发生结构性的转变。
在现有技术的光伏发电过程中，光伏发电系统发出的电能首先经过dc-dc(直流-直流)变换器升压，汇集后并入直流母线，再通过dc-ac(直流-交流)变换器转为交流电，经过变压器升压后并入交流电网。光伏发电系统的dc-dc变换器与dc-ac变换器分别采用直流升压控制器和功率-电流双环控制器进行控制。当直流升压控制器和功率-电流双环控制器存在通信时，若交流电网发生接地故障，交流电网电压降低，dc-ac变换器注入交流电网的功率也随之降低，若此时dc-dc变换器注入直流母线的功率不变，直流母线的电压将立即升高，当超出保护限值时，光伏发电系统将退出运行。当交流电网发生故障时，若dc-ac变换器检测到故障后将此信号通过通信传递给直流升压控制器，可以降低dc-dc变换器的注入功率，从而降低直流母线电压，但直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种故障穿越方法、装置和光伏发电系统，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种故障穿越方法，适用于光伏发电系统，包括：
获取光伏板的电压偏差量和电流测量值，将所述电压偏差量转换为电流内环参考值；
获取直流母线的电压偏差量，判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；
若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；若否，则输出所述偏差值为零；
计算所述电流内环参考值减去所述光伏板的电流测量值和所述电流偏差量的值，得到所述光伏板的电流参考值；
将所述电流参考值转换为占空比信号，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号控制所述直流母线电压的稳定。
与现有技术相比，本发明公开的一种故障穿越方法通过在直流母线的电压偏差量大于死区门槛值时，输出直流母线的电压偏差量与死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；然后再通过计算电流内环参考值减去光伏板的电流测量值和电流偏差量的值，得到光伏板的电流参考值；最后将电流参考值转换为占空比信号，以使光伏发电系统根据占空比信号控制直流母线电压的稳定。解决了现有技术中当交流电网发生故障时，直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢的问题，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
作为上述方案的改进，所述获取光伏板的电压偏差量和电流测量值具体包括：
获取光伏板的电压测量值和电流测量值，通过mppt控制器得到光伏板的电压参考值；
计算光伏板的电压参考值和光伏板的电压测量值的电压差，得到所述光伏板的电压偏差量。
作为上述方案的改进，所述获取直流母线的电压偏差量具体包括：
获取直流母线的电压参考值和电压测量值，计算所述直流母线的电压参考值和电压测量值的电压差，得到所述直流母线的电压偏差量。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种故障穿越装置，适用于光伏发电系统，包括：
第一电压外环控制模块，用于获取光伏板的电压偏差量，将所述电压偏差量转换为电流内环参考值；
第二电压外环控制模块，用于获取直流母线的电压偏差量，判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；若否，则输出所述偏差值为零；
电流内环控制模块，用于获取光伏板的电流测量值，还用于计算所述电流内环参考值减去所述光伏板的电流测量值和所述电流偏差量的值，得到所述光伏板的电流参考值；
辅助直流电压控制模块，用于将所述电流参考值转换为占空比信号，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号控制所述直流母线电压的稳定。
与现有技术相比，本发明公开的一种故障穿越装置通过第二电压外环控制模块在直流母线的电压偏差量大于死区门槛值时，输出直流母线的电压偏差量与死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；然后再通过电流内环控制模块计算电流内环参考值减去光伏板的电流测量值和电流偏差量的值，得到光伏板的电流参考值；最后通过辅助直流电压控制模块将电流参考值转换为占空比信号，以使光伏发电系统根据占空比信号控制直流母线电压的稳定。解决了现有技术中当交流电网发生故障时，直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢的问题，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
作为上述方案的改进，所述故障穿越装置还包括mppt控制器，所述mppt控制器用于获取光伏板的电压测量值和电流测量值，并根据所述光伏板的电压测量值和电流测量值得到所述光伏板的电压参考值。
作为上述方案的改进，所述第一电压外环控制模块包括第一比较器和第一pi控制器；其中，
所述第一比较器用于计算光伏板的电压参考值和光伏板的电压测量值的电压差，得到所述光伏板的电压偏差量；
所述第一pi控制器用于将所述电压偏差量转换为电流内环参考值。
作为上述方案的改进，所述第二电压外环控制模块包括第二比较器和比例环节控制器；其中，
所述第二比较器用于获取直流母线的电压偏差量，判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值；若否，则输出所述偏差值为零；
所述比例环节控制器用于将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量。
作为上述方案的改进，所述电流内环控制模块包括第三比较器，所述第三比较器用于获取光伏板的电流测量值，还用于计算所述电流内环参考值减去所述光伏板的电流测量值和所述电流偏差量的值，得到所述光伏板的电流参考值。
作为上述方案的改进，所述辅助直流电压控制模块包括第二pi控制器，所述第二pi控制器用于将所述电流参考值转换为占空比信号，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号控制所述直流母线的电压的稳定。
未实现上述目的，本发明实施例还提供了一种光伏发电系统，包括：光伏板、直流升压变换器、直流-交流变换器、直流-交流控制器、变压器、交流电网以及上述任一实施例所述的故障穿越装置；其中，
所述光伏板用于将光能转换为直流电压；所述直流升压变换器用于对所述直流电压进行升压；所述直流-交流变换器用于将升压后的直流电压转换为交流电压；所述变压器用于对所述交流电压进行升压，从而将升压后的交流电压汇入输入交流电网中；所述直流-交流控制器用于控制所述直流-交流变换器的工作；
所述故障穿越装置用于控制所述直流升压变换器，当所述直流升压变换器输出的直流母线电压大于所述故障穿越装置中的死区门槛值时，所述故障穿越装置输出占空比信号，以使所述直流升压变换器根据所述占空比信号控制输出的所述直流母线电压的稳定。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种故障穿越方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种故障穿越方法的信号传输示意图；
图3是本发明实施例提供的一种故障穿越装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种光伏发电系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种光伏发电系统中直流升压变换器102的电路结构图；
图6是本发明实施例提供的一种光伏发电系统中直流-交流变换器103的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种光伏发电系统中直流-交流控制器107的信号传输示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种故障穿越方法的流程图；包括：
s1、获取光伏板的电压偏差量和电流测量值，将所述电压偏差量转换为电流内环参考值；
s2、获取直流母线的电压偏差量，判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；
s3、若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；若否，则输出所述偏差值为零；
s4、计算所述电流内环参考值减去所述光伏板的电流测量值和所述电流偏差量的值，得到所述光伏板的电流参考值；
s5、将所述电流参考值转换为占空比信号，以使光伏发电系统根据所述占空比信号控制所述直流母线电压的稳定。
优选的，所述故障穿越方法适用于光伏发电系统，所述光伏发电系统可以包括光伏板、直流升压变换器、直流-交流变换器、直流-交流控制器、变压器、交流电网。其中，所述光伏板用于将光能转换为直流电压并将所述直流电压汇入直流母线中，所述直流母线用于连接所述光伏板和所述直流升压变换器；所述直流升压变换器用于对所述直流电压进行升压；所述直流-交流变换器用于将升压后的直流电压转换为交流电压；所述变压器用于对所述交流电压进行升压，从而将升压后的交流电压汇入输入交流电网中；所述直流-交流控制器用于控制所述直流-交流变换器的工作。
具体的,在步骤s1中，参见图2，获取光伏板的电压测量值upv和电流测量值ipv，通过mppt(最大功率点跟踪)控制器得到光伏板的电压参考值upvref；优选的，可通过第一比较器11计算光伏板的电压参考值upvref和光伏板的电压测量值upv的电压差，从而得到所述光伏板的电压偏差量；并通过第一pi控制器12将所述光伏板的电压偏差量转换为电流内环参考值ipvref。
具体的，在步骤s2～s3中，可以通过第二比较器21获取直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc，优选的，所述直流母线的电压参考值udcref可以人为设定，具体可根据光伏发电系统的具体工作情况来设定，所述直流母线的电压测量值udc为实时测得的所述直流母线的电压。计算所述直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc的电压差，得到所述直流母线的电压偏差量。然后判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值δudc，并通过比例环节控制器22将所述偏差值δudc乘以比例系数k，得到电流偏差量δipv；若否，则输出所述偏差值δudc为零。优选的，当交流电网发生故障时，所述直流母线电压将立即升高，所述电压测量值udc升高，所述直流母线的电压偏差量也升高，此时，所述直流母线的电压偏差量大于死区门槛值。
具体的，在步骤s4中，通过第三比较器31计算所述电流内环参考值ipvref减去所述光伏板的电流测量值ipv和所述电流偏差量δipv的值，得到所述光伏板的电流参考值。
具体的，在步骤s5中，通过第二pi控制器41将所述电流参考值转换为占空比信号dpv，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号dpv控制直流升压变换器中igbt器件，从而使所述直流母线电压的稳定，可实现交流系统故障时光伏发电系统母线电压的稳定控制，从而实现其有效的故障穿越。
与现有技术相比，本发明公开的一种故障穿越方法通过在直流母线的电压偏差量大于死区门槛值时，输出直流母线的电压偏差量与死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；然后再通过计算电流内环参考值ipvref减去光伏板的电流测量值ipv和电流偏差量δipv的值，得到光伏板的电流参考值；最后将电流参考值转换为占空比信号dpv，以使光伏发电系统根据占空比信号dpv控制直流母线电压的稳定。解决了现有技术中当交流电网发生故障时，直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢的问题，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
实施例二
参见图3，图3是本发明实施例提供的一种故障穿越装置的结构示意图；包括：
第一电压外环控制模块1，用于获取光伏板的电压偏差量，将所述电压偏差量转换为电流内环参考值；
第二电压外环控制模块2，用于获取直流母线的电压偏差量，判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；若否，则输出所述偏差值为零；
电流内环控制模块3，用于获取光伏板的电流测量值，还用于计算所述电流内环参考值减去所述光伏板的电流测量值和所述电流偏差量的值，得到所述光伏板的电流参考值；
辅助直流电压控制模块4，用于将所述电流参考值转换为占空比信号，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号控制所述直流母线电压的稳定。
优选的，所述故障穿越装置还包括mppt控制器5，所述mppt控制器5用于获取光伏板的电压测量值和电流测量值，并根据所述光伏板的电压测量值和电流测量值得到所述光伏板的电压参考值。
优选的，所述故障穿越装置适用于光伏发电系统，所述光伏发电系统可以包括光伏板、直流升压变换器、直流-交流变换器、直流-交流控制器、变压器、交流电网以及所述故障穿越装置。其中，所述光伏板用于将光能转换为直流电压并将所述直流电压汇入直流母线中，所述直流母线用于连接所述光伏板和所述直流升压变换器；所述直流升压变换器用于对所述直流电压进行升压；所述直流-交流变换器用于将升压后的直流电压转换为交流电压；所述变压器用于对所述交流电压进行升压，从而将升压后的交流电压汇入输入交流电网中；所述直流-交流控制器用于控制所述直流-交流变换器的工作。
具体的,参见图2，所述mppt控制器5获取光伏板的电压测量值upv和电流测量值ipv，通过所述mppt控制器5得到光伏板的电压参考值upvref。
优选的，所述第一电压外环控制模块1包括第一比较器11和第一pi控制器12；可通过所述第一比较器11计算光伏板的电压参考值upvref和光伏板的电压测量值upv的电压差，从而得到所述光伏板的电压偏差量；并通过所述第一pi控制器12将所述光伏板的电压偏差量转换为电流内环参考值ipvref。
具体的，所述第二电压外环控制模块2包括第二比较器21和比例环节控制器22，可以通过第二比较器21获取直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc，优选的，所述直流母线的电压参考值udcref可以人为设定，具体可根据光伏发电系统的具体工作情况来设定，所述直流母线的电压测量值udc为实时测得的所述直流母线的电压。计算所述直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc的电压差，得到所述直流母线的电压偏差量。
然后判断所述直流母线的电压偏差量是否大于死区门槛值；若是，则输出所述直流母线的电压偏差量与所述死区门槛值的偏差值δudc，并通过比例环节控制器22将所述偏差值δudc乘以比例系数k，得到电流偏差量δipv；若否，则输出所述偏差值δudc为零。优选的，当交流电网发生故障时，所述直流母线电压将立即升高，所述电压测量值udc升高，所述直流母线的电压偏差量也升高，此时，所述直流母线的电压偏差量大于死区门槛值。
具体的，所述电流内环控制模块3包括第三比较器31，通过第三比较器31计算所述电流内环参考值ipvref减去所述光伏板的电流测量值ipv和所述电流偏差量δipv的值，得到所述光伏板的电流参考值。
具体的，所述辅助直流电压控制模块4包括第二pi控制器41，通过第二pi控制器41将所述电流参考值转换为占空比信号dpv，以使所述光伏发电系统根据所述占空比信号dpv控制直流升压变换器中igbt器件，从而使所述直流母线电压的稳定，可实现交流系统故障时光伏发电系统母线电压的稳定控制，从而实现其有效的故障穿越。
与现有技术相比，本发明公开的一种故障穿越装置通过第二电压外环控制模块2在直流母线的电压偏差量大于死区门槛值时，输出直流母线的电压偏差量与死区门槛值的偏差值，并将所述偏差值乘以比例系数，得到电流偏差量；然后再通过电流内环控制模块计算电流内环参考值ipvref减去光伏板的电流测量值ipv和电流偏差量δipv的值，得到光伏板的电流参考值；最后通过辅助直流电压控制模块将电流参考值转换为占空比信号dpv，以使光伏发电系统根据占空比信号dpv控制直流母线电压的稳定。解决了现有技术中当交流电网发生故障时，直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢的问题，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
实施例三
参见图4，图4是本发明实施例提供的一种光伏发电系统的结构示意图；包括：
光伏板101、直流升压变换器102、直流-交流变换器103、直流-交流控制器107、变压器104、交流电网105以及上述实施例二所述的故障穿越装置106；其中，
所述光伏板101用于将光能转换为直流电压，并将所述直流电压汇入直流母线中，所述直流母线用于连接所述光伏板101和所述直流升压变换器102；所述直流升压变换器102用于对所述直流电压进行升压；所述直流-交流变换器103用于将升压后的直流电压转换为交流电压；所述变压器104用于对所述交流电压进行升压，从而将升压后的交流电压输入交流电网105中；所述直流-交流控制器107用于控制所述直流-交流变换器103的工作；
所述故障穿越装置106用于控制所述直流升压变换器102，当所述直流升压变换器102输出的直流母线电压大于所述故障穿越装置106中的死区门槛值时，所述故障穿越装置106输出占空比信号，以使所述直流升压变换器102根据所述占空比信号控制输出的所述直流母线电压的稳定。
具体的,参见图5，图5是本发明实施例提供的一种故光伏发电系统中直流升压变换器102的电路结构图，包括：第一电感l1，二极管d1、电容c1以及旁路开关igbt，当所述故障穿越装置106输出占空比信号时，所述旁路开关igbt根据接收到所述占空比信号调整占空比，从而实现所述光伏发电系统的最大功率跟踪控制，能够控制所述直流升压变换器102的输出功率，进而能够使所述直流母线的电压稳定，所述直流母线的电压不会超出保护限值，所述光伏发电系统将继续运行。
具体的，参见图6，图6是本发明实施例提供的一种光伏发电系统中直流-交流变换器103的结构示意图；所述直流-交流变换器103采用模块化多电平结构(modularmultilevel，mmc)，每个桥臂由n个子模块组成，图中的sm1～smn均表示所述子模块，图中的l表示桥臂电抗器，图中的a、b、c表示交流侧的三相，图中的udc为所述直流母线的电压测量值。优选的，所述子模块采用半桥结构。通过所述直流-交流控制器107的直流母线电压控制器和无功功率控制器可以实现直流母线电压控制和无功功率控制。
具体的，参见图7，图7是本发明实施例提供的一种光伏发电系统中直流-交流控制器107的信号传输示意图；包括：直流母线电压控制器6、无功功率控制器7、电流内环控制器8、dq转abc变换器9和pwm脉冲发生器10；
所述电流内环控制器8采用dq解耦控制结构；所述dq转abc变换器9将dq轴参考信号转为abc三相坐标系下的信号，所述光伏发电系统中的控制系统是在dq坐标系下实现的，但是实际系统是abc三相坐标系下的，所以dq转abc就是把算好的控制量转化为实际值，方便进行控制；所述pwm脉冲发生器10生成调制信号，用来控制所述直流-交流变换器103中所述子模块的投切。
优选的，所述直流母线电压控制器6包括第四比较器61和第三pi控制器62，所述第四比较器获取所述直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc，计算所述直流母线的电压参考值udcref和电压测量值udc的电压差，得到所述直流母线的电压偏差量。再通过所述第三pi控制器62将所述直流母线的电压偏差量转换为d轴电流参考值idref。
优选的，所述无功功率控制器7包括第五比较器71和第四pi控制器72，所述第五比较器71获取所述光伏发电系统的无功功率参考值qref和无功功率测量值q，计算所述无功功率参考值qref和无功功率测量值q的功率差，得到无功功率偏差值，再通过所述第四pi控制器72将所述无功功率偏差值转换为q轴的电流参考值iqref。
优选的，所述电流内环控制器8包括第六比较器81、第五pi控制器82、第七比较器83、第八比较器84、第六pi控制器85以及第八比较器86；所述第六比较器81获取d轴的电流测量值id，计算所述d轴电流参考值idref与所述d轴的电流测量值id的第一差值，然后再通过所述第五pi控制器82和所述第七比较器83计算交流电压的d轴分量ud和q轴补偿量(q轴的电流测量值iq乘以桥臂电抗wl)相加后减去所述第一差值的值，得到d轴的电压参考量。同理，所述第八比较器84获取q轴的电流测量值iq，计算所述q轴电流参考值iqref与所述q轴的电流测量值iq的第二差值，然后再通过所述第六pi控制器85和所述第八比较器86计算交流电压的q轴分量uq和d轴补偿量(d轴的电流测量值id乘以桥臂电抗wl)相减后再减去所述第二差值的值,得到q轴的电压参考量。
优选的，所述dq转abc变换器9将所述d轴的电压参考量和所述q轴的电压参考量通过变换器转换为abc坐标系下的参考量，所述abc坐标系指的是abc三相对应电压、电流量三相变量。
优选的，所述pwm脉冲发生器10生成调制信号，用来控制所述直流-交流变换器103中所述子模块的投切。所述直流-交流控制器107一方面可以维持直流母线的电压的恒定，另一方面可以控制注入电网的无功功率(其参考值一般为0)。
进一步的，所述故障穿越装置106的具体工作过程可参考上述实施例二的工作过程，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明公开的一种光伏发电系统通过所述故障穿越装置106在检测到直流母线的电压偏差量大于死区门槛值时，判定交流电网105发生故障，此时所述故障穿越装置106输出一个占空比信号，以使所述直流升压变换器102中的所述旁路开关igbt根据所述占空比信号调整占空比，从而实现所述光伏发电系统的最大功率跟踪控制，能够控制所述直流升压变换器102的输出功率即减小故障时所述光伏板101的注入功率，从而避免直流母线电压偏高，进而能够使所述直流母线的电压稳定，所述直流母线的电压不会超出保护限值，所述光伏发电系统将继续运行。解决了现有技术中当交流电网发生故障时，直流升压控制器和功率-电流双环控制器之间的通信存在一定的延时，直流母线电压的控制响应速度较慢的问题，能够在无通信的前提下实现交流电网故障时光伏板101注入功率的有效限制，减小直流母线电压的波动，最终实现光伏发电系统的故障穿越。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。