[实用新型]一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及三相并网光伏逆变器的低电压穿越技术，尤其是一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统。

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产生了一定影响，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，迫切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

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统，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功能。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统，该三相并网光伏逆变器主回路与采用电网电压直接前馈控制方式的光伏逆变器控制器相连接，该光伏逆变器控制器由数字信号处理器DSP和大规模门阵列FPGA为核心硬件构成。

而且，所述的三相并网光伏逆变器主回路包括三相变压器T1、三相滤波电容器C1、三相滤波电抗器L1、三相逆变器PB和直流Link电容C2，所述的三相变压器T1的原边与电网连接，三相变压器T1的副边与三相滤波电容器C1和三相滤波电抗器L1连接，三相滤波电抗器L1与三相逆变器PB交流侧连接，三相逆变器PB直流侧与直流Link电容C2连接，直流Link电容C2与光伏电池阵列PV连接。

而且，所述的采用电网电压直接前馈控制方式包括平均值和瞬时值两种方式对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控制周期同步，所述瞬时值采用的采样周期为数微秒。