[發(fā)明專利]一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中三相變流器的控制方法

有效

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• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102324865A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 揭貴生;汪光森;吳振興;胡安;周亮;林城美;陽習黨;朱威;楊華
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢新能源接入裝備與技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02J3/38
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)電設(shè)備的控制方法，特別涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中三相變流器的控制方法，屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太陽能分布廣泛，易于為人們利用，太陽能光伏發(fā)電這一清潔、環(huán)保、可再生的新型發(fā)電方式與核電、風電及水電相比，有不可替代的獨到優(yōu)勢，正成為能源結(jié)構(gòu)中重要的替代能源，得到了全球各國的廣泛重視。太陽能光伏并網(wǎng)變流器是連接光伏陣列模塊和電網(wǎng)的關(guān)鍵部件，它完成控制光伏陣列模塊運行于最大功率點和向電網(wǎng)注入正弦電流兩大主要任務(wù)。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電變流器來說，它需要實現(xiàn)如下幾個功能：

(1)全局最大功率跟蹤能力。目前的公開發(fā)表的最大功率點跟蹤算法(MPPT)，基本都假設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池板的輸出功率和輸出電壓的關(guān)系只有一個極大值點，也就是最大功率點，而實際上太陽能電池板由于制造、陰影、氣象條件、布置位置等原因必定會出現(xiàn)多個極大值點，這就必須要求搜索算法避免陷入局部功率最大值點(LMPP)，減少額外的功率損失。

(2)快速、可靠的防孤島能力。目前，孤島檢測技術(shù)主要分為被動式孤島檢測技術(shù)和主動檢測技術(shù)。被動式孤島檢測容易漏檢，而主動式孤島檢測則又會對電網(wǎng)造成擾動，如何兼顧孤島檢測的全面性和對電力系統(tǒng)的擾動最小，成為擺在光伏發(fā)電變流器設(shè)計人員面前的一大難題。

(3)采用先進的控制技術(shù)，抑制諧波，提高效率，降低成本，同時可靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功和無功功率。變流器的效率是決定其性能的一個重要因素，為進一步提高效率，可在有功功率與無功功率調(diào)節(jié)、電抗與電容的選取，功率管開關(guān)頻率的大小，交流側(cè)輸出的最低諧波次數(shù)等方面進行設(shè)計優(yōu)化。目前要求單級變換的光伏并網(wǎng)變流器在額定負載時的變換效率不能低于97％。

(4)具有在電網(wǎng)短時異常時的安全穿越能力。電網(wǎng)尤其是低壓電網(wǎng)在運行過程中不可避免的會受到各種干擾，導(dǎo)致其電壓、頻率等出現(xiàn)波動。作為并網(wǎng)型光伏發(fā)電變流器，既要在電網(wǎng)出現(xiàn)長期異常時進行保護，又要盡可能提高變流器承受電壓暫降、短時中斷和電壓變化的抗擾度，避免頻繁的保護，即要求變流器具有安全穿越能力，并且能合理區(qū)分電網(wǎng)長期異常與短時異常過程。

(5)提供標準、可靠的通訊方式及友好的人機接口界面，監(jiān)控電網(wǎng)及變流器自身的狀態(tài)，可提供遠程操作與監(jiān)控接口。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提出一種簡單、可靠、高效、低成本的光伏發(fā)電系統(tǒng)中三相變流器的控制方法。

一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中三相變流器的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的三相變流器，對電網(wǎng)的三相電壓Ua，Ub，Uc通過采用基于數(shù)字延遲信號對消算法的軟件鎖相環(huán)實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ；

2)對電網(wǎng)正序相角θ進行dq坐標變換得到三相電網(wǎng)電壓和變流器橋臂電感電流的d、q軸分量U_sd、U_sq、I_cd、I_cq；

3)在直流側(cè)采用全局最大功率跟蹤算法和直流母線電壓控制算法得到變流器橋臂電感電流的d軸分量參考I_cdref；

4)結(jié)合變流器無功控制要求和基于無功電流正反饋的孤島檢測算法得到變流器橋臂電感電流的q軸分量參考I_cqref；

5)在旋轉(zhuǎn)坐標系下對變流器橋臂電感電流的d、q軸分量分別進行解耦控制，再與變流器輸出LCL濾波器中電容電壓的d、q軸分量U_fd、U_fq相疊加，獲得變流器參考輸出電壓矢量；

6)將解耦所得的參考輸出電壓矢量經(jīng)過脈寬調(diào)制器，生成控制脈沖信號；

7)將所述控制脈沖信號經(jīng)驅(qū)動電路，控制變流器中功率半導(dǎo)體器件，生成相應(yīng)的電壓。

進一步地，所述步驟1)中通過采樣得到電網(wǎng)的三相電壓U_a，U_b，U_c，再由數(shù)字信號處理器采用數(shù)字延遲信號對消算法得到電網(wǎng)電壓的正、負序d、q分量，然后將電網(wǎng)電壓正序q軸分量作為軟件鎖相環(huán)PI調(diào)節(jié)器的反饋輸入，通過PI算法控制電網(wǎng)電壓正序q軸分量為0來輸出變流器跟蹤電網(wǎng)頻率f的調(diào)整量，從而實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ。

進一步地，所述步驟3)中直流母線電壓控制算法為虛擬阻尼控制方法；電流控制算法采用變流器橋臂電感電流控制算法。