一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统，其主要技术特点是：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为核心硬件组成。本实用新型专利技术设计合理，通过对电网电压的瞬时值的监测，判断是否发生电网电压跌落故障，当电网电压在正常值范围时，采用电网电压平均值直接前馈；当检测到电网电压跌落后，采用电网电压瞬时值直接前馈控制策略，解决电网电压跌落初始并网光伏逆变器输出过流问题，使并网光伏逆变器实现低电压安全穿越。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及三相并网光伏逆变器的低电压穿越技木，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。
技术介绍
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，尤其是大規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 VoltageRide 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。非対称电压跌落(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，即采用结构完全対称的正、负序旋转坐标系，对正、负序电流独立进行控制，井分别对正、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対称，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(包括ー阶惯性滤波、ニ阶滤波、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。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提出ー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。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的ー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和大規模门阵列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Tl、三相滤波电容器Cl、三相滤波电抗器LI、三相逆变器PB和直流Link电容C2，所述的三相变压器Tl的原边与电网连接，三相变压器Tl的副边与三相滤波电容器Cl和三相滤波电抗器LI连接，三相滤波电抗器LI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。而且，所述的大規模门阵列FPGA的控制任务由电网电压信号的平均值采样模块Al、瞬时值采样模块A2、输出电流信号的平均值采样模块A3、直流电压的平均值采样模块A4、直流电流的平均值采样模块A5、锁相环PLL运算模块A6、电网电压跌落判断及LVRT控制模块A7、平均值采样滞后补偿模块AS、前馈控制模块A9、逆变器脉宽调制PWM控制模块AlO实现，完成实际值信号采集以及向数字信号处理器DSP发送逆变器三相输出电流、直流电压、直流电流平均值信号，接收数字信号处理器DSP输出的三相给定电压调节信号，进行电网电压跌落判断、电网电压前馈计算并通过脉宽调制PWM控制模块输出至逆变器对其进行控制。而且，所述的大規模门阵列FPGA是根据电网电压瞬时值信号判断是否发生电网电压跌落，当电网电压正常时，将电网电压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吋，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；在电网电压跌落基本达到稳定状态后，仍采用平均值作为电压给定前馈控制信号。而且，所述的数字信号处理器DSP接收大規模门阵列FPGA发送的逆变器三相输出电流、直流电压、直流电流平均值信号，完成控制系统的闭环调节运算，并将三相给定电压调节信号发送到大規模门阵列FPGA中。本技术的优点和积极效果是I、本技术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，可快速并准确地判断出当前电网进入低电压故障状态。2、本技术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。3、本技术采用电网电压直接前馈控制方式，有效地避免了对电网电压在d-q轴同步旋转坐标系下电压电流信号中二次谐波的滤波产生的响应滞后问题，解决了 LVRT稳态控制问题，也同时提高了逆变器在正常运行时的动态响应，可广泛用于目前主流的三相并网光伏逆变器拓扑方案，如两电平拓扑、三电平拓扑、以及它们的并联拓扑等等。附图说明图I是采用本技术的三相并网光伏逆变器电气控制系统示例原理框图；图2是现有的三相并网光伏逆变器电气控制系统示例原理框图；图3是采用本技术在模拟电网发生単相电压跌落的LVRT试验时，逆变器输出电流及电网电压波形，其中通道1、2和3分别为电网三相电压波形，通道4、5和6分别为逆变器输出三相电流波形。具体实施方式以下结合附图对本技术举例详细说明实施方法，但对ー些公知方法(例如平均值采样及其滞后补偿、锁相环PLL、脉宽调制PWM控制、矢量变换、最大功率点追踪MPPT、闭环PI调节、限幅、等等)不做详细说明。ー种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统示例之一，如图I所示，由三相并网光伏逆变器主回路和采用电网电压直接前馈控制方式的光伏逆变器控制器连接构成。所述的三相并网光伏逆变器主回路包括三相变压器Tl、三相滤波电容器Cl、三相滤波电抗器LI、三相逆变器PB和直流Link电容C2，所述的三相变压器Tl的原边与电网连接，三相变压器Tl的副边与三相滤波电容器Cl和三相滤波电抗器LI连接，三相滤波电抗器LI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。所述的光伏逆变器控制器是采用数字信号处理器DSP和大規本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网电压直接前馈的三相并网光伏逆变器系统，其特征在于：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭培健，伍丰林，楚子林，许希，金雪峰，张超，田凯，苏楠，
申请(专利权)人：天津电气传动设计研究所，天津天传能源设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：