一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法，属于太阳能光伏发电领域。该方法为：通过降低逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度，以保证逆变器锁相环功能的正常实现，从而提高逆变器的发电功率，提高光伏电站的发电量，增加投资效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法
本专利技术涉及一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法，属于太阳能光伏发电领域。
技术介绍
光伏发电系统中，逆变器是一种将光伏阵列产生的直流电转换为交流电的电力设备，通过大功率电力电子器件IGBT的导通与关断实现其逆变功能。作为光伏发电系统中关键部件之一，其性能优劣直接关系到光伏发电系统能否安全、可靠、高效地并网发电。逆变器主要由直流输入部分、逆变部分、二次电路部分、控制和保护电路部分(包括锁相环控制电路等)、LC滤波器和交流输出部分组成，其主电路结构见附图1，而影响逆变器发电功率的大小主要有以下三个方面。一是直流侧MPPT最大功率点跟踪技术，通过对电压电流的测量，计算出当前功率，判断当前工作点和峰值点的位置关系，并调节工作点电压(或电流)，使其向峰值点靠拢，从而使光伏系统工作在峰值功率点附近。成熟的MPPT最大功率点跟踪技术能保证逆变器实时跟踪光伏阵列的最大功率输出，使光伏阵列实时功率输出为最大功率输出或接近最大功率输出，逆变器始终工作在太阳能电池板阵列的最大功率输出点附近。二是光伏组件直流侧电压工作范围，范围宽可增加光伏组件的发电时间，更充分的利用早晚及阴天等太阳光照不足等时间，增加逆变器的工作时间，提高逆变器的发电功率。三是锁相环技术PLL，锁相环是一种通过对电网电压的监测与控制得到电网电压相位，将并网电流与电网电压进行频率、相位的比较，并进行锁相控制，从而保证光伏组件所发电与电网电压保持同相位的技术。在电路结构上，锁相环电路由锁相环控制电路、电流电压转换电路、电压检测电路、过零相位检测电路组成，其结构在逆变器主电路的结构如附图2所示。其中逆变电路的输入端与直流输入部分相连，其输出端与外部电网相连；锁相环控制电路的输入端包括In1～In4，其中In1，In2与直流输入部分相连，接收来自直流输入部分的直流电压Udc，直流电流Idc信号，In3，In4分别与逆变电路的输出端及外部电网相连，获得来自逆变电路的并网电流Iac及电网电压Uac信号。锁相环控制电路部分DSP数字信号处理模块将所接收的数据进行锁相处理，输出信号通过PWM驱动产生所需的PWM控制信号送至逆变电路，驱动IGBT的Q1～Q6。在物理模型上，锁相环一般由鉴相器，环路滤波器，压控振荡器组成(如附图3所示)，其基本工作原理为：1)输入信号Vi通过鉴相器与反馈信号Vo进行比较计算出相位差，将其结果转化为电压信号Vd；2)Vd经环路滤波器将高频分量及其它噪声信号滤除后，得到稳定的电压控制信号Vc；3)Vc经压控振荡器进行频率和相位的修正后，将输出信号Vo作为反馈信号反馈到鉴相器；4)重复步骤1)～3)直到输入信号与输出信号的频率相位保持一致。完善的PLL技术既能保证逆变器输出的电能质量满足大电网电能质量的需求，又能扩大逆变器出线侧跟踪电网电压的范围，以改善逆变器较低出力的功率区间，使逆变器工作在最佳出力工作区间或其附近(即满负荷运行状态)，提高逆变器发电效率。上述三个方面中的任何一个方面出现设计缺陷都会影响逆变器的发电功率，导致逆变器的发电功率不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法，用以解决逆变器的发电功率不足的问题。为了实现上述目的，本专利技术的一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法：通过减少逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度。进一步的，通过增大所述电缆的截面积来减少电缆的电压损失。进一步的，通过减小所述电缆的长度来减少电缆的电压损失。本专利技术通过增大逆变器出线侧电缆的截面积或减少出线侧电缆的长度来提高锁相环的精度，以保证逆变器锁相环功能的正常实现，逆变器处于满负荷运行状态，从而提高逆变器的发电功率。当锁相环电路正常工作时，鉴相器对输入信号进行线性处理，环路滤波器的输出电压正比于相位误差，滤去相位误差后，锁相环电路的数学模型如图4所示，其中Vi表示输入信号，Vo表示输出信号，Kd表示鉴相器对信号处理的变比，F(s)表示环路滤波器的传递函数，Kv/s表示压控振荡器的传递函数。LF环路类型由F(s)中纯积分s项的次数决定，VCO中固有一个纯积分s，可以等效为一个积分环节，因此PLL至少为一阶系统，若LF中含有一个纯积分，则PLL为二阶系统。由自动控制原理的方块图求系统传递函数等相关知识，可得出锁相环控制系统前向通路传递函数为G(s)＝KdKvF(s)/s，反馈通路传递函数为H(s)＝1，因此带负反馈环节的锁相环控制系统的闭环传递函数为：当LF为无源滤波器，即LF中传递函数F(s)中纯积分s项的次数为零，F(s)相当于一无源比例积分滤波器，可表示成：此时PLL相当于一阶系统，PLL的闭环传递函数为：为了便于分析，该式可写成：当LF为有源滤波器，即LF中传递函数F(s)中纯积分s项的次数为一，F(s)可用一个理想二阶环节(相当于一个PI环节)表示成：此时PLL相当于二阶系统，PLL的闭环传递函数为：为了便于分析，该式可写成：锁相环控制系统作为自动追踪电网电压信号频率及相位的闭环工作系统，它能使输出的并网电流信号的频率相位与电网电压的频率相位之间的差值保持最小。当逆变器与电网之间电缆电网电压损失过大，即锁相环输出信号Vo与实际的电网电压信号Uac频率相位差值过大，则锁相环控制系统追踪的不是实际的电网电压信号的频率相位，而是经过一定衰减后的电网电压信号的频率相位，因此锁相环的精度大大降低，逆变器逆变后的交流电频率相位与实际的电网电压频率相位相差过大，对电网照成冲击，迫使逆变器部分模块停机，逆变器处于非满负荷运行状态，从而影响了逆变器发电功率的大小。由此分析，逆变器与电网之间电缆电压损失在一定程度上影响了逆变器锁相环功能的正常实现，从而影响了逆变器发电功率的大小。所以，通过减少逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度，进而提高逆变器的发电功率。附图说明图1是逆变器的主电路结构示意图；图2是逆变器锁相环电路结构示意图；图3是逆变器锁相环的物理模型示意图；图4是逆变器锁相环的数学模型示意图；图5是实施例中项目所在厂区逆变房和箱变分布示意图；图6是实施例中17#逆变器正午时刻发电功率示意图；图7是实施例中18#逆变器正午时刻发电功率示意图；图8是实施例中该厂区所有逆变器当日累计发电量示意图；图9是实施例中增大电缆截面积时的改进流程图；图10是实施例中实际电网电压Uac与18#逆变器并网电流Iac的波形示意图；图11是实施例中实际电网电压Uac与18#逆变器出线侧电缆截面积增大时并网电流Iac的波形示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步的说明。通过减少逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度，进而提高逆变器的发电功率。减少逆变器与电网之间电缆的电压损失的方法可采用增大电缆的截面积或者减小电缆的长度的方式(当然也可以采用其他的方式，如改变线缆的材质等)。由于考虑到场地限制，逆变器与电网之间的距离一般为固定的，所以通过减小电缆长度来减少电缆的电压损失的方法一般并不常用。实际中一般采用增大电缆的截面积来减少电缆的电压损失，接下来给出一种通过增大所述电缆的截面积来提高逆变器发电功率的实施例来具体说明。一种基于锁相环技术的逆变器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法，其特征在于，通过减少逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度。

【技术特征摘要】
1.一种基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方法，其特征在于，通过减少逆变器与电网之间电缆的电压损失来提高锁相环的精度。2.根据权利要求1所述的基于锁相环技术的提高逆变器发电功率的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁翔，刘志巍，焦东东，贺衬心，谢红伟，陈娜娜，王景丹，苏战辉，赵书明，郑鹏飞，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41