[发明专利]一种用于三相并网光伏逆变器的低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相并网光伏逆变器的低电压穿越技术。

背景技术

光伏发电系统所发出的电能随太阳光照强度变化而变化，除非配备储能系统，一般不能提供持续稳定的电能。随着近年来光伏发电产业的快速发展，尤其是大规模光伏并网电站的大量投入使用，对电网运行的稳定性构成了一定问题，特别是在电网出现低电压跌落情况下，如果许多这类电源出现集体瞬间脱网，将加剧电网振荡，甚至导致电网崩溃的重大事故。因此，许多国家对大功率光伏并网发电系统的低电压穿越LVRT（Low Voltage Ride Through）能力提出强制标准。其对并网逆变器的LVRT能力要求是：在电网电压跌落处于一定范围内，逆变器必须保持和电网的连接，并尽可能向电网提供超前无功功率支持。

电网电压的跌落包括单相跌落、两相跌落、三相对称和不对称跌落，其中三相对称电压跌落出现的概率较小。非对称电压跌落（即除三相对称电压跌落之外的其它电压跌落）使得电网电压中出现较大负序分量。

目前，针对电网电压多数跌落过程含有负序分量的情况，通常采用双同步旋转坐标系控制，即采用结构完全对称的正、负序旋转坐标系，对正、负序电流独立进行控制，并分别对正、负序电流进行前馈解耦控制，如图2所示。该控制方法采用电网的正序和负序电压作为调节器的前馈，在数字信号处理器DSP进行运算的过程中，由于采样及运算带来2个采样周期的控制延迟，通过角度补偿的办法可以在稳态较好跟踪电网电压，实现电网电压前馈解耦控制；而在电网电压幅值发生快速变化（例如跌落）时，上述的2个采样周期延迟使得前馈电压滞后于实际电压，电流调节器本来可以在发生电网电压跌落的第2个周期起到一定调节作用，但一般情况下按负载模型设计的电流调节器比例比较小，主要依靠电压前馈解耦控制。综上所述，该方案仅采用带负序的解耦控制方法，只能解决电网电压跌落后的平台期（即电压幅值变化率相对小一些的区域）的电流控制，在较大电压跌落情况下逆变器仍可能因初始较大过电流而脱网。

此外，由于电网电压跌落多为三相非对称，电网电压在同步旋转坐标系下直流信号（包括正序和负序分量）中存在二次谐波分量，一方面产生的二次谐波难于彻底滤除，另一方面滤波（包括一阶惯性滤波、二阶滤波、陷波滤波、延时滤波等）均使前馈电压信号产生滞后，不仅使初始响应滞后，还使得即使在电网电压处于跌落的稳态时三相电流幅值仍可能有较大脉动。

因此，需要研究有效的控制方法，防止逆变器在电网电压跌落过程过流，才能实现并网逆变器低电压安全穿越。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于三相并网光伏逆变器的低电压穿越控制方法，以解决现有三相并网光伏逆变器所采用的常规控制策略在电压跌落过程易使逆变器过流保护动作而脱网的问题，实现并网光伏逆变器低电压安全穿越。

一种用于三相并网光伏逆变器的低电压穿越控制方法，包括以下步骤：

⑴大规模门阵列FPGA实时采集三相并网光伏逆变器主回路的电网电压信号，并将采集的逆变器输出电流、直流电压和直流电流平均值信号传送到数字信号处理器DSP；

⑵数字信号处理器DSP接收大规模门阵列FPGA发出的输出电流、直流电压和直流电流平均值信号后进行系统调节运算，得到三相给定电压调节信号并传送到大规模门阵列FPGA内的电压给定前馈控制模块；

⑶大规模门阵列FPGA根据电网电压瞬时值判断是否发生电网电压跌落，在当电网电压正常时，将电网电压实际值信号平均值经滞后补偿后直接作为电压给定前馈控制信号；在发生电网电压跌落故障时，采用电网电压的瞬时值替换平均值作为电压给定前馈控制信号；该前馈控制信号与三相给定电压调节信号合成后通过脉宽调制PWM控制模块输出至逆变器对其进行控制。

而且，所述的大规模门阵列FPGA采用平均值和瞬时值两种方式对三相并网光伏逆变器主回路的电网电压信号进行采集。

而且，所述平均值采用的采样周期与脉宽调制PWM周期同步，所述瞬时值采用的采样周期为数微秒。

而且，所述的大规模门阵列FPGA判断是否发生电网电压跌落是根据电网电压瞬时值信号进行的。

本发明的优点和积极效果是：

1、本控制方法采用电网电压直接前馈控制方式实现并网光伏逆变器低电压安全穿越功能，在电网发生低电压故障时，可快速并准确的判断出当前电网进入低电压故障状态。

2、本控制方法采用电网电压直接前馈控制方式，在电网发生低电压故障时，可有效抑制LVRT过程中、特别是初始和结束时逆变器输出过电流，防止逆变器脱网。