一种两级式光伏并网逆变器控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种两级式光伏并网逆变器控制系统及方法，系统包括：光伏阵列和逆变器，逆变器包括：DC/DC变换单元，以及与之相连接的DC/AC变换单元、最大功率点跟踪控制单元，还包括与DC/AC变换单元相连的恒压源控制单元、与DC/DC变换单元和DC/AC变换单元均相连的低电压穿越控制单元，还包括与低电压穿越控制单元、最大功率点跟踪跟踪控制单元和恒压源控制单元均相连的低电压穿越检测单元。DC/DC变换单元在稳态时接受最大功率点跟踪控制单元的控制指令，DC/AC逆变单元接受恒压源控制单元的控制指令；在低电压穿越检测单元确定触发低电压穿越时，控制DC/DC变换单元以恒母线电压方式运行，DC/AC变换单元以有功无功模式运行。本发明专利技术解决了有功不匹配而导致的直流母线过压的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏发电
，特别涉及一种两级式光伏并网逆变器控制系统和方法。
技术介绍
在光伏发电系统中，当光伏电站渗透率较高或出力加大时，电网故障或扰动引起电网电压大幅度跌落时，光伏电站的故障脱网会恶化整个电网的运行状态，影响电网的安全稳定运行，现行标准中要求光伏电站须具备低电压及零电压穿越功能(LVRT/ZVRT)。两级式光伏逆变器MPPT范围宽，前级DC/DC变换器工作在MPPT模式或者旁路模式，在低电压穿越发生或者恢复时，由于电网电压的突变极易引起前后级变换器之间有功的不匹配导致母线电压升高而触发母线电压保护导致脱网问题。而且，自低电压故障清除时刻开始，逆变器必须以至少30％额定功率/秒的功率变化率恢复至正常发电状态，现有控制技术(CN105098832A)功率变化率不可调，恢复过慢不易满足标准要求，恢复过快会对电网造成冲击。基于以上分析，现有的两级式光伏逆变器控制方法在电网电压故障穿越方面存在着缺陷，有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种两级式光伏并网逆变器控制系统及方法，其可解决现有常规控制策略在电压跌落过程中前后级变换器之间有功不匹配导致直流母线电压升高而脱网的问题，并且能够保证逆变器恢复时功率变化率的可调节性。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种两级式光伏并网逆变器控制系统，包括：DC/DC变换单元，采用BOOST变换器，当光伏阵列PV输出电压较低时，将输出电压升高；最大功率点跟踪单元，对光伏阵列的输出电压进行扰动，将光伏阵列的输出电压Upv控制在最大功率点电压Upv*；DC/AC逆变单元，将光伏阵列产生的直流电变换成交流电馈入电网中；恒压源控制单元，通过调节DC/AC逆变单元输出电流的大小将直流母线电压稳定在UDC*；低电压穿越检测单元，用于对电网电压的幅值进行检测，以确定是否触发低电压穿越。低电压穿越控制单元，与所述低电压穿越检测单元相连，在低电压穿越检测单元确定触发低电压穿越的情形下，用于控制DC/DC变换单元的输出目标为母线电压给定UDC*以及DC/AC逆变单元的输出目标为有功电流给定id*以及无功电流给定iq*。所述最大功率点跟踪控制单元与所述DC/DC变换单元相连，所述恒压源控制单元与所述DC/AC变换单元相连，所述低电压穿越控制单元与所述DC/DC变换单元和所述DC/AC变换单元均相连；所述低电压穿越检测单元与所述低电压穿越控制单元和所述最大功率点跟踪控制单元和所述恒压源控制单元均相连。上述两级式光伏并网逆变器控制系统采用如下控制步骤：步骤1，最大功率点跟踪控制单元采样光伏阵列输出电压Upv和直流电流Ipv进行最大功率点追踪，输出最大功率点跟踪电压给定Upv*；经电压环电流环闭环调节后DC/DC变换单元输出最大功率点功率。步骤2，恒压源控制单元输出DC/AC逆变单元母线电压给定UDC*，经闭环调节输出电流控制环d轴给定Id*；步骤3，低电压穿越检测单元对电网电压的幅值进行检测，以确定是否触发低电压穿越。低电压穿越控制单元，在低电压穿越检测单元确定触发低电压穿越的情形下，将DC/DC变换单元的控制目标由步骤1中的Upv*切换为母线电压给定UDC*，经电压环电流环闭环调节后DC/DC变换单元输出稳定的直流电压；以及低电压穿越控制单元输出DC/AC逆变单元的控制目标有功电流给定id*以及无功电流给定iq*。电网电压恢复后经一段延时，有功电流给定id*以一定速率恢复至低电压穿越前的值；返回步骤1，步骤2。采用上述方案后，本专利技术在低电压穿越发生或者恢复时，可以解决由于电网电压的突变引起的前后级变换器之间有功的不匹配导致母线电压升高而触发母线电压保护导致脱网问题。而且，低电压故障清除时刻后，逆变器有功电流可以以一个可调速率恢复至正常发电状态。附图说明图1是本专利技术的一种两级式光伏并网逆变器系统框图；图2是本专利技术的一种恒压源控制单元原理图；图3是本专利技术提供的一种两级式光伏逆变器控制方法的流程图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，本专利技术实施例提供一种两级式光伏并网逆变器控制系统结构图，包括：光伏阵列1以及逆变器8，所述逆变器8包括DC/DC变换单元2与所述DC/DC变换单元2输出端相连的DC/AC逆变单元3，所述逆变器8的所述DC/DC变换单元2与所述光伏阵列1的输出端相连，所述逆变器8与电网相连。所述逆变器8，还包括最大功率点跟踪控制单元4、恒压源控制单元5、低电压穿越检测单元6以及低电压穿越控制单元7；所述最大功率点跟踪控制单元4与所述DC/DC变换单元2相连，所述恒压源控制单元5与所述DC/AC变换单元3相连，所述低电压穿越控制单元7与所述DC/DC变换单元2和所述DC/AC变换单元3均相连；所述低电压穿越检测单元6与所述低电压穿越控制单元7和所述最大功率点跟踪控制单元4和所述恒压源控制单元5均相连。所述最大功率点跟踪控制单元4，用于控制所述DC/DC变换单元2对光伏阵列进行最大功率点追踪；具体的，采用扰动观察法增大或减小光伏阵列的输出电压，即控制DC/DC变换单元2的输入电压Upv*，若功率变大，则往相同的方向增大或减小光伏阵列的输出电压，若功率变小，则往相反的方向增大或减小光伏阵列的输出电压。所述恒压源控制单元5，如图2所示，用于通过调节DC/AC逆变单元输出电流的大小将直流母线电压稳定在UDC*；具体的，恒压源控制单元输出DC/AC逆变单元母线电压给定UDC*，经闭环调节输出电流控制环d轴给定Id*；Iq*为无功电流给定，单位功率因数时为0；Id*和Iq*闭环调节后经dq/abc坐标系变换，经PWM调制后得到DC/AC逆变单元的占空比信号。本模块也可采用其他可能的，比如正负序分解的方式实现。所述低电压穿越检测单元6，用于对电压电压的幅值进行检测，以确定是否触发低电压穿越。具体的，根据电网电压的滑动的连续窗口的有效值的幅值来进行判断；或者，也可以辅以电网电压正弦波的瞬时值在经过坐标变化后转化的相应的幅值来进行判断，以决定是否触发低电压穿越。低电压穿越控制单元7，与所述低电压穿越检测单元6相连，在低电压穿越检测单元6确定触发低电压穿越的情形下，用于控制DC/DC变换单元2目标为母线电压UDC*以及控制DC/AC逆变单元3的目标为有功电流id*以及无功电流iq*。具体的，以零电压穿越即三相电网电压跌落至0％为例，零电压发生前，即在电网电压正常时，逆变器8运行在光伏阵列的最大功率点上，零电压穿越发生时，由于电网电压为0V，导致逆变器输出功率为0kW，而此时最大功率点跟踪控制单元仍然控制DC/DC变换单元让光伏阵列输出最大功率，如不采取措施，DC/DC变换单元与后级DC/AC逆变单元造成的有功不匹配会导致母线电压过压造成逆变器保护而脱网，甚至损坏光伏逆变器；在这种情形下，低电压穿越控制单元将DC/DC变换单元的控制目标由最大功率点跟踪控制切换为恒母线电压控制，DC/AC逆变单元由恒压源控制切换为有功电流id*控制以及无功电流iq*控制，从而解决前后级有功不匹配导致的母线电压升高，当母线电压给定UDC*大于光伏阵列的开路电压Uoc时，DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两级式光伏并网逆变器控制系统，其特征在于包括：DC/DC变换单元，采用BOOST变换器，将光伏阵列的输出电压升高；最大功率点跟踪单元，对光伏阵列的输出电压进行扰动，将光伏阵列的输出电压Upv控制在最大功率点电压Upv*；DC/AC逆变单元，采用两电平或者多电平逆变电路；恒压源控制单元，通过调节DC/AC逆变单元输出电流的大小将直流母线电压稳定在UDC*；低电压穿越检测单元和与之相连接的低电压穿越控制单元，用于对电网电压的幅值进行检测，以确定是否触发低电压穿越；所述最大功率点跟踪控制单元与DC/DC变换单元相连，恒压源控制单元与DC/AC变换单元相连，低电压穿越控制单元与DC/DC变换单元、DC/AC变换单元均相连；低电压穿越检测单元与低电压穿越控制单元、最大功率点跟踪控制单元、恒压源控制单元均相连。

【技术特征摘要】
1.一种两级式光伏并网逆变器控制系统，其特征在于包括：DC/DC变换单元，采用BOOST变换器，将光伏阵列的输出电压升高；最大功率点跟踪单元，对光伏阵列的输出电压进行扰动，将光伏阵列的输出电压Upv控制在最大功率点电压Upv*；DC/AC逆变单元，采用两电平或者多电平逆变电路；恒压源控制单元，通过调节DC/AC逆变单元输出电流的大小将直流母线电压稳定在UDC*；低电压穿越检测单元和与之相连接的低电压穿越控制单元，用于对电网电压的幅值进行检测，以确定是否触发低电压穿越；所述最大功率点跟踪控制单元与DC/DC变换单元相连，恒压源控制单元与DC/AC变换单元相连，低电压穿越控制单元与DC/DC变换单元、DC/AC变换单元均相连；低电压穿越检测单元与低电压穿越控制单元、最大功率点跟踪控制单元、恒压源控制单元均相连。2.如权利要求1所述的两级式光伏并网逆变器控制系统，其特征在于：所述低电压穿越控制单元，在低电压穿越检测单元确定触发低电压穿越的情形下，控制DC/DC变换单元的目标为母线电压给定UDC*...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭勇，李勇，皇甫星星，丁勇，石祥建，刘为群，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32