光伏并网逆变器的低压穿越控制方法及装置

摘要

本发明公开一种光伏并网逆变器的低压穿越控制方法及装置，为解决现有的技术对逆变器低压穿越控制时，忽略了电流波形以及幅度的控制导致的穿越稳定性差等问题而设计。所述方法包括以下步骤：步骤S1：判断电网电压值是否小于低压值上限，否，则控制逆变器正常运行，是，则进入步骤S2;步骤S2：判断电网电压值是否不大于低压值下限；是，则控制逆变器停止工作；否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值；其中，所述逆变器输出的总电流与常态下光伏并网输出的电流的比较差值小于预设值。本发明通过控制逆变器的有功电流和无功电流，使得电压暂降前后的总电流变化小，从而起到支撑、稳定电网的作用。

说明书

技术领域

本发明电力控制领域，尤其涉及光伏并网逆变器控制方法及装置 

背景技术

光伏并网是指将太阳能电池方阵或光伏电站并入电网实现供电的电力网络。 

逆变器用以将直流转换成交流的器件。 

低压穿越（LVRT：Low Voltage Ride Through）是指在光伏并网电力网络发生电压暂降时，直流侧如光伏电站能够保持与交流侧电网的连接，支撑到电网故障恢复，从而穿越电压跌落时间，以避免引起电网故障扩大化，提高供电可靠性。 

电压暂降是指母线电压有效值大幅快速下降且持续时间极短的突发事件。 

光伏发电站或太阳能电池方阵在电网中供电比重大，渗透率高时，若光伏电站在电压暂降时采取立即从供电网络切除的被动保护方式解列，将导致有功出力的大量减少，供电系统的恢复难，甚至可能引起其他机组的解列，导致大规模停电，扩大故障。在这种情况下，低电压穿越能力就是必须的。 

目前光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法及装置中，忽略了对逆变器输出电流的控制，导致电压大幅度跌落时出现电流波动失真状况严重，输出电能质量受到严重的影响的问题，因此光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法及控制装置均需要进一步优化改进。 

发明内容

（一）发明目的 

本发明旨在提供一种电压暂降时光伏并网直流侧输出的电流波 动小，低压穿越能力强、系统稳定性、可靠性高的光伏并网逆变器的低压穿越控制方法及装置。 

（二）技术方案 

为达上述目的，本发明光伏并网逆变器的低压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤S1：判断电网电压值是否小于低压值上限， 

否，则控制逆变器正常运行， 

是，则进入步骤S2; 

步骤S2：判断电网电压值是否不大于低压值下限； 

是，则控制逆变器停止工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值； 

其中，所述逆变器输出的总电流与常态下光伏并网输出的电流的比较差值小于预设值。 

优选地，还包括 

步骤S3：当电网电压值小于低压值上限时，对电网电压值不小于低压值下限的持续时间计时并判断电网电压值是否等于低压值下限， 

等于，则判断持续时间是否达到预设时间T1， 

是，则控制逆变器停止工作， 

否，则返回步骤S1; 

不等于，则判断持续时间是否达到预设时间T2， 

是，则控制逆变器停止工作， 

否，则返回步骤S1。 

优选地，还包括位于步骤S2之前的采集直流侧的电压、电流信号以及采集交流侧电网的电压、电流信号的步骤S0; 

所述步骤S1中电网电压不小于低压值上限时，控制逆变器正常输出的有功电流值等于根据步骤S0采集的信号经由MPPT算法及电 压PI控制得出常态目标电流且无功电流值为零。 

优选地，所述光伏并网逆变器的低压穿越控制方法还包括位于步骤S2之前的获取目标有功电流值以及目标无功电流值的步骤： 

所述目标有功电流值为预设的电网正常时刻的有功电流值i_d’； 

所述目标无功电流值

其中，所述n为预设的逆变器输出总电流的变化幅度。 

为达上述目的，本发明光伏并网逆变器的低压穿越控制装置，包括控制单元； 

所述控制单元，用以判断电网电压值是否小于低压值上限， 

否，则控制逆变器正常运行， 

判断电网电压值是否不大于低压值下限； 

是，则控制逆变器停止工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值； 

其中，所述逆变器输出的总电流与常态下光伏并网输出的电流的比较差值小于预设值。 

尤其是，所述光伏并网逆变器的低压穿越控制装置还包括计时单元； 

当电网电压值小于低压值上限时，所述计时单元用以对电网电压值不小于低压值下限的持续时间计时且所述控制单元用以判断电网电压值是否等于低压值下限， 

等于，则判断持续时间是否达到预设时间T1， 

是，则控制逆变器停止工作， 

不等于，则判断持续时间是否达到预设时间T2， 

是，则控制逆变器停止工作。 

尤其是，所述光伏并网逆变器的低压穿越控制装置还包括采样单元； 

所述采样单元包括用以直流侧的电压、电流信号的直流采样模块以及采集交流侧电网的电压、电流信号的交流采样模块； 

所述控制单元包括，当电网电压不小于低压值上限时，用以控制逆变器正常输出的有功电流值等于根据所述采样单元采集的信号经由MPPT算法及电压PI控制得出常态目标电流且无功电流值为零的常态控制模块。 

尤其是，所述控制单元还包括用以获取目标有功电流值以及目标无功电流值的低压穿越状态控制模块： 

所述目标有功电流值为预设的电网正常时刻的有功电流值i_d’； 

所述目标无功电流值

其中，所述n为预设的逆变器输出总电流的变化幅度。 

（三）本发明光伏并网逆变器的低压穿越控制方法及装置的有益效果： 

本发明光伏并网逆变器的低压穿越控制方法及装置，当出现电压暂降时，采用无功电流补偿的方式，使得逆变器输出的总电流接近常态时输出的电流，从而电流波动小且失真小，从而提高了光伏并网直流侧的低压穿越能力，使得电网的稳定性、可靠性均得到提高，且防止了因电压暂降，导致的光伏供电部分自动解列，而引起的其他机组的解列而造成大规模停电、电网瘫痪现象。 

附图说明

图1为光伏并网逆变器认证检测标准规定的图示； 

图2为本发明实施例所述的光伏并网逆变器的低压穿越控制方法的流程图； 

图3为本发明实施例所述的常态下常态目标有功电流值的求解图示； 

图4为本发明实施例所述的光伏并网逆变器的低压穿越控制装置与光伏并网的连接结构示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图以及实施例对光伏并网逆变器低压穿越控制方法及装置做进一步的说明。 

实施例一： 

本实施例光伏并网逆变器的低压穿越控制方法，包括以下步骤： 

步骤S1：判断电网电压值是否小于低压值上限，通常是所述低压值上限为额定电压的0.9倍， 

否，则控制逆变器正常运行，若电网的有效电压值为大于或等于低压值上限，则表示此时的光伏并网没有电压暂降的现象，处于正常工作状体，故所述逆变器正常运行即可； 

是，则进入步骤S2; 

步骤S2：判断电网电压值是否不大于低压值下限；通常所述低压值下限为额定电压的0.2倍 

是，则控制逆变器停止工作；若电网侧的电压值过低，低压值下限，则将逆变器停止工作，光伏电站从网络中解列，通常使逆变器停止的工作的方法是通过断路器将相应的电路直接断开，从而逆变器以及光伏电站或太阳能电池从电网中脱离，独立工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值。目标有功电流值以及无功电流值的取值，根据不同的光伏电网的网络参数以及常态下的运行状况的不同而不同，达到的目的是让逆变器输出的总的电流与常态下光伏并网的输出电流比较小于预设值即可。 

当电网的电压值小于低压值上限且大于或等于低压值下限时，需要保持光伏电站或太阳能电池方阵穿越低压该段低压时间，在传统的控制方法中，通常忽视了对低压穿越时间内电流波形以及幅度的保持，而在本实施例所述的方法中，则是控制逆变器输出有功电流值以及无功电流值，在功率低的情况下，采用无功功率进行补偿，从而达到保持在低压穿越的时间内，电流波形失真小，幅度变化小，从而保 证电能质量，提高光伏并网的稳定性、可靠性，防止光伏并网中，光伏供电部分的解列，导致大规模停电，扩大故障的问题。 

实施例二： 

如图1所示，光伏并网逆变器认证检测标准《并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》CGC:2010中规定，对专门适用于大型光伏电站的中高压型逆变器应具备一定的耐受异常电压的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的不稳定，做出了如下要求； 

其中，U_L0为正常运行的低电压上限； 

U_L1为需要耐受的低压下限； 

T1为电压跌落到U_L1时需要保持并网的时间； 

T2为电压跌落到U_L0时需要保持并网的时间。 

U_L1、T1、T2数值的确定需考虑保护和重合闸动作时间等实际情况，通常U_L0取0.9倍额定电压，U_L1取为0.2倍额定电压，T1设定为1s，T2设定为3s。 

根据上述要求，本实施例在实施例一的基础上，增加了步骤S3，具体的如下： 

如图2所示，本实施例光伏并网逆变器的低压穿越控制方法，包括以下步骤： 

步骤S1：判断电网电压值是否小于低压值上限U_L0， 

否，则控制逆变器正常运行， 

是，则进入步骤S2; 

步骤S2：判断电网电压值是否不大于低压值下限U_L1； 

是，则控制逆变器停止工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值； 

步骤S3：当电网电压值小于低压值上限U_L0时，对电网电压值不小于低压值下限U_L1的持续时间计时并判断电网电压值是否等于低压值下限U_L1， 

等于，则判断持续时间是否达到T1，本实施例中T1取值如图1所示，通常为1S; 

是，则控制逆变器停止工作，在本实施例中如果电网电压值等于低压值下限U_L1持续时间达到1S，则通过断电器等设备将逆变器从网络中切除，从而使光伏并网的光伏供电部分与电网脱离 

否，则返回步骤S1;如果持续时间不到1S，则从步骤S1重复判定并计时； 

不等于，则判断持续时间是否达到T2，本实施例中T1取值如图1所示，通常为2S;此步骤表示的是如果电网电压的低于低压值上限且高于低压值上限，则穿越的时间T2为2S;如果持续的而时间已经达到2S则控制逆变器停止工作，如果持续的时间小于2S没有则返回步骤,重复判定电压值的大小以及对持续的状况进行计时。 

其中，所述逆变器输出的总电流与常态下光伏并网输出的电流的比较差值小于预设值。 

在本实施例中，不仅实现了低压穿越时，保证电流失真小、电能输出质量高的同时，对电压暂降现象进行计时，从而能及时的将光伏并网的光伏供电部分与交流侧的电网进行脱离，减少浪费现象。 

实施例三： 

本实施例在上述两实施例其中之一的基础上，所述光伏并网逆变器的低压穿越控制方法还包括采集直流侧的电压、电流信号以及采集交流侧电网的电压、电流信号的步骤S0; 

所述步骤S1中电网电压不小于低压值上限时，控制逆变器正常 输出的有功电流值等于根据步骤S0采集的信号经由MPPT算法及电压PI控制得出常态目标电流且无功电流值为零。 

步骤S1的可以是步骤S1之前、步骤S1之后均可，只要保证位于步骤S2之前即可。 

控制程序或控制器通过MPPT：Maximum Power Point Tracking最大功率跟踪算法根据步骤S1采集的直流电压、直流电流信号计算出逆变器正常工作是的常态目标电压值，将该常态目标电压值与采集的直流电压之间的偏差信号通过电压环的PI比例积分调节，得到常态目标电流值，由于此时电网处于正常运行状态不需要进行无功补偿，故此时的功率因素为1，控制逆变器输出的有功电流值为常态目标电流值，无功电流则为零。 

图3所示的为本实施例所述的光伏并网逆变器低压穿越方法应用到一个三相交流电与光伏电站的连接形成的光伏并网中常态下有功电流值目标值的求解实施方案。 

步骤1：向逆变器的控制程序输入Idc以及Vdc，MPPT算法给出直流电压参考值Vdc*， 

步骤2：将直流电压参考值Vdc*与直流侧电压Vdc之间的偏差信号经由电压环PI调节得到内环的电流d轴分量（即有功电流）的参考值id*； 

步骤3：id*与id（由采样得到的交流侧的电流i[ia ib ic]经过clarke变换得到）之间的偏差进行电流环PI调节以及交叉解耦控制得到ud*直流目标电压。 

步骤4：无功电流iq*在电网处于常态时，逆变器输出功率因数为1的情况下故控制无功电流iq*为0，同样经过与实际iq（由步骤S0中的交流侧的采集型号提供的采样i[ia ib ic]，经过clarke变换得到）之间的偏差进行电流环PI调节以及交叉解耦控制得到uq*目标无功电压值。 

步骤5：ud*、uq*经矢量空间脉宽调制SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）控制输出PWM控制波形，输入到DC/AC逆变器重，控制DC/AC逆变模块输出常态目标有功电流值。其中，e_d为采集的交流侧的电网电压经clarke克拉克变换后得到的有功电压的等效分量；e_q为采集的交流侧的电网电压经clarke克拉克变换后得到的无功电压的等效分量。 

电网正常时，逆变器的输出的控制方式有多种，在本实施例中优选了控制精确、方便的的MPPT算法以及电压PI控制，且控制简便。 

作为本实施例的进一步的改进，本实施例光伏并网逆变器的低压穿越控制方法还包括获取目标有功电流值以及目标无功电流值的步骤： 

所述目标有功电流值为预设的电网正常时刻的有功电流值i_d’；故无功功率电流的目标无功电流值满足从而所述目标无功电流值

其中，所述n为预设的逆变器输出总电流的变化幅度。所述n的取值可以根据实际电网运行的需要来设定，通常n设定为1.1，这样当出现电压暂降时，逆变器输出的电流的幅度控制在正负百分之十相对于传统的低压穿越控制方法中，忽略电流失真的控制，电流输出波形好，幅度变化小，电能输出质量高。 

在本实施例中，对逆变器的控制正常是采用的MPPT算法与电压PI控制相结合的方式进行，而出现电压暂降时，采用则是以无功功率补偿有功功率以使输出电流的波形失真小的控制方式，在电压暂降的前后采用两种不同的控制方式，使得输出的总电流变化不大，对电网起到了很好的支撑作用，防止了电网中的光伏供电部分被动式解列，导致加剧了电网的故障，只是电网完全瘫痪的问题，本实施例所述的光伏并网逆变器的低压穿越控制方法，适用于任何光伏并网低压穿越的控制，尤其适用于大型的光伏并网，光伏供电部分渗透率高的网络。 

实施例五： 

本实施例光伏并网逆变器的低压穿越控制装置，包括控制单元； 

所述控制单元，用以判断电网电压值是否小于低压值上限， 

否，则控制逆变器正常运行， 

判断电网电压值是否不大于低压值下限； 

是，则控制逆变器停止工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值； 

其中，所述逆变器输出的总电流与常态下光伏并网输出的电流的比较差值小于预设值。 

在本实施例中，通过控制单元的设置，在出现电压突降时实现对逆变器输出有功电路以及无功电流的控制，不仅使逆变器以及位于逆变器直流侧的光伏供电部分能顺利的实现低压穿越，同时保证输出的电流失真小、幅度变化小，以使输出的电能质量好，从而提高了电网的稳定性、可靠性，防止电网系统电压短暂的跌落造成光伏供电部分以及其他机组的解列，形成的大面积停电，电网瘫痪的现象，对电网的运行有很好的支撑作用。 

在本实施例中，所述控制单元为DSP控制单元、MCU控制单元或微机控制单元等。所述低压值上限以及所述低压值下限均是可以预设在控制单元内部的值，也可以是根据具体的需要从外部输入的量，或是通过预设的计算模型计算出的值。 

本实施例的进一步的优化为： 

所述光伏并网逆变器的低压穿越控制装置还包括计时单元； 

当电网电压值小于低压值上限时，所述计时单元用以对电网电压值不小于低压值下限的持续时间计时且所述控制单元用以判断电网电压值是否等于低压值下限， 

等于，则判断持续时间是否达到T1， 

是，则控制逆变器停止工作， 

不等于，则判断持续时间是否达到T2， 

是，则控制逆变器停止工作。 

通过及时单元的设置，有利于对低压穿越时间的统计，并使逆变器以及光伏供电部分及时的与交流侧的电网脱离，保护好光伏供电部分，同时也满足了行业对光伏并网中逆变器的规范。 

实施例六： 

图4为本实施例所述的光伏并网逆变器的低压穿越控制装置与光伏并网的连接结构示意图；其中所述光伏并网包括直流侧的光伏供电部分、将光伏供电部分的直流转化成交流的逆变器，通过滤波电路连接在逆变器交流侧的电网及其负载。 

本实施例光伏并网逆变器的低压穿越控制装置，包括采样单、元控制单元以及计时单元； 

所述采样单元包括用以直流侧的电压、的直流采样模块以及采集交流侧电网的电压、电流信号的交流采样模块；其中，具体的直流采用模块采集的如图4中所示的Vpv、电流信号Ipv，交流采样模块采集的交流侧电网的电压E、电流信号I。图4中所述的交流侧电网是一个三相交流电，故交流侧电压采样值包括Ea、Eb以及Ec，交流侧电流采样值包括Ia、Ib以及Ic。 

所述控制单元，用以判断电网电压值是否小于低压值上限， 

否，则控制逆变器正常运行， 

判断电网电压值是否不大于低压值下限； 

是，则控制逆变器停止工作； 

否，则控制逆变器输出的有功电流值等于目标有功电流值且输出的无功电流值等于目标无功电流值； 

当电网电压值小于低压值上限时，所述计时单元用以对电网电压值不小于低压值下限的持续时间计时且所述控制单元用以判断电网 电压值是否等于低压值下限， 

等于，则判断持续时间是否达到T1， 

是，则控制逆变器停止工作， 

不等于，则判断持续时间是否达到T2， 

是，则控制逆变器停止工作。 

进一步地， 

所述控制单元包括常态控制模块以及低压穿越状态控制模块，通过PWM控制波形控制逆变器的工作，在具体的实施过程中，控制单元控制逆变器的方法有多种，而在本实施例中优选一种控制简单、实现简便的PWM控制波形控制。 

当电网电压不小于低压值上限时，所述常态控制模块用以控制逆变器正常输出的有功电流值等于根据所述采样单元采集的信号经由MPPT算法及电压PI控制得出常态目标电流且无功电流值为零的常态控制模块。常态控制模块发出的控制信号如图4中从控制单元至逆变器的实线箭头所示。 

所述控制单元还包括用以获取目标有功电流值以及目标无功电流值的低压穿越状态控制模块： 

所述目标有功电流值为预设的电网正常时刻的有功电流值i_d’； 

所述目标无功电流值

其中，所述n为预设的逆变器输出总电流的变化幅度；低压穿越状态控制模块发出的控制信号如图4中从控制单元至逆变器的虚线箭头所示。 

所述有功电流值可以使预设在控制装置内部存储单元的值，也可以是通过采样单元采集的值，还可以是通过统计数据求解的值，而目标无功电流值则是根据补偿的需要进行求解的值。所述n的大小可以根据电网的需要以及波形失真允许的范围进行确认，通常所述n的取值为1.1；优选的为n大于等于0.8，小于等于1.2。 

本实施例所述的光伏并网逆变器的低压穿越控制装置，对逆变器的控制方法分为常态下的控制以及低压穿越状态下的控制方式，两种不同的控制方式，以保证在低压穿越状态下逆变器输出的电流与常态下输出的电流的波形和幅度不会相差太大，从而以提供低压穿越状态下电网的稳定性和可靠性，尤其是在低压穿越状态下，本实施例中所述的控制装置采用无功补偿的方式保证逆变器输出的总电流的波形和幅度变化位置在预设的范围内，已达到稳定电网的目的，效果佳、实现简便。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。