多模态无缝切换光伏逆变器控制器和光伏逆变器系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及配电网逆变器技术领域，公开了一种多模态无缝切换光伏逆变器控制器和光伏逆变器系统。上述多模态无缝切换光伏逆变器控制器包括：控制器用于控制光伏逆变器运行以及控制光伏逆变器切换工作模式，光伏逆变器工作模式包括并网模式和离网模式；由并网模式切换至离网模式时，控制器对离网时检测到的相位进行锁定，并生成连续变化的相位，以及将并网模式的电流指令发送给离网模式的电压外环PI调节器；由离网模式切换至并网模式时，控制器控制光伏逆变器切换前后的相位输出连续变化。变化。变化。

【技术实现步骤摘要】
多模态无缝切换光伏逆变器控制器和光伏逆变器系统


[0001]本专利技术涉及配电网逆变器
，具体涉及一种多模态无缝切换光伏逆变器控制器和光伏逆变器系统。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，现代电力工业已经步入大机组、超高压、交直流混合的大电网时代，但是由于化石燃料的日渐枯竭以及环境压力的日渐加大，基于可再生能源的分布式发电技术正在逐步挑战传统电力系统格局，含光伏、风电等绿色新能源的微电网在配电网中的渗透率越来越高。当新能源发电大规模接入配电网时，在实现配电网安全稳定运行的同时，满足用户对于电能质量的要求却有很大的难度。以分布式微源为主的微电网与传统大电网的相互补充是充分发挥新能源优势、提供可靠和优质电能一种较理想的方式。光伏发电作为一种主要的可再生能源，目前主要应用于分布式并网。当分布式光伏系统接入配电网工作时，可能由于电网侧发生故障后脱离外部电网支撑，进入离网模式。此时分布式光伏发电系统需要从并网模式切换到离网运行状态，对用户提供极端模式下的应急供电。
[0003]在目前的研究中，传统光伏逆变器在并网模式下通常采用电流型控制技术，在大电网出现故障时，会直接从电网中切除进入独立离网状态，待故障修复后再重新并网，难以实现多模态平滑切换，并网静态开关滞后于控制程序切换以及控制指令在切换前后发生突变的现象，切换前后容易产生电压、电流畸变，危害供电安全。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种多模态无缝切换光伏逆变器控制器和光伏逆变器系统，使光伏逆变器实现多控制模态之间的平滑切换。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，包括：所述控制器用于控制所述光伏逆变器运行以及控制所述光伏逆变器切换工作模式，所述光伏逆变器工作模式包括并网模式和离网模式；由所述并网模式切换至所述离网模式时，所述控制器对离网时检测到的相位进行锁定，并生成连续变化的相位，以及将并网模式的电流指令发送给离网模式的电压外环PI调节器；由所述离网模式切换至所述并网模式时，所述控制器控制所述光伏逆变器切换前后的相位输出连续变化。
[0007]基于第一方面，在一些实施例中，所述控制器包括运行控制模块和切换控制模块，所述运行控制模块用于控制所述光伏逆变器运行，所述切换控制模块用于控制所述光伏逆变器切换工作模式；所述切换控制模块包括电网瞬时相位检测模块、相位预同步模块和参考相位产生模块，所述电网瞬时相位检测模块用于实时检测电网相位，所述参考相位产生模块用于由所述并网模式切换至所述离网模式时生成连续变化的相位，所述相位预同步模块用于由所述离网模式切换至所述并网模式时控制所述光伏逆变器切换前后的相位输出连续变化。
[0008]基于第一方面，在一些实施例中，所述光伏逆变器包括前级Boost变换器，后级逆变器和滤波器；所述运行控制模块具体用于通过所述前级Boost变换器控制电容电压恒定，过程为：获取Boost变换器输出的电容电压u
dc
；计算电容电压u
dc
与预设直流电容电压参考值u
dcref
的第一差值；对所述第一差值进行PI调节生成调制波，PI调节公式为：
[0009][0010]式中，u
dc_pwm
为Boost开关管调制信号，k
p_dc
为PI调节器比例控制器的值，k
i_dc
为PI调节器积分控制器的值，u
dcref
为直流侧电容电压参考值，u
dc
为直流侧电容电压，PWM波形调制Boost升压电路中的开关占空比。
[0011]基于第一方面，在一些实施例中，所述光伏逆变器包括前级Boost变换器，后级逆变器和滤波器；所述运行控制模块具体用于控制所述后级逆变器输出恒定功率，过程为：对系统母线电压和电流进行abc/dq变换，获取dq坐标系下的电压分量和电流分量；根据所述电压分量计算电流参考信号；计算所述电流参考信号和所述电流分量的第二差值，根据所述第二差值生成电压调制信号；对所述电压调制信号进行dq/abc变换。
[0012]基于第一方面，在一些实施例中，所述abc/dq变换表达式为：
[0013][0014]式中，i
a
、i
b
、i
c
分别为逆变器输出电流在abc三相静止坐标系下的值，i
d
、i
q
为逆变器输出电流在dq同步旋转坐标系下的值，u
a
、u
b
、u
c
分别为逆变器输出电压在abc三相静止坐标系下的值，u
d
、u
q
为逆变器输出电压在dq同步旋转坐标系下的值，θ1为d轴与相位参考轴的夹角；所述dq/abc变换为所述abc/dq变换的逆变换，表达式为：
[0015][0016]基于第一方面，在一些实施例中，在所述并网模式下，所述电流参考信号的计算公式为：
[0017][0018]电流参考信号包括电流有功分量参考值和电流无功分量参考值，式中i
d_ref
与i
q_ref
分别为电流有功分量参考值与电流无功分量参考值，P
ref
为有功功率指令值，Q
ref
为无功功率指令值，u
d
与u
q
分别为输出电压有功分量与无功分量；在所述离网模式下，所述电流参考信号的计算公式为：
[0019][0020]式中，i
d_ref
与i
q_ref
分别为逆变器输出电流有功分量参考值、无功分量参考值，k
p_du
为逆变器输出电压有功分量PI调节器比例控制器的值，k
i_du
为逆变器输出电压有功分量PI调节器积分控制器的值，k
p_qu
为逆变器输出电压无功分量PI调节器比例控制器的值，k
i_qu
为逆变器输出电压无功分量PI调节器积分控制器的值，u
d_ref
为逆变器输出电压有功分量参考值，u
dc
为逆变器输出电压有功分量，u
q_ref
为逆变器输出电压无功分量参考值，u
q
为逆变器输出电压无功分量。
[0021]基于第一方面，在一些实施例中，所述计算所述电流参考信号和所述电流分量的第二差值，根据所述第二差值生成电压调制信号，包括：计算电流参考信号i
d_ref
与i
q_ref
与i
d
、i
q
的第二差值，将所述第二差值通过PI调节器生成电压调制信号m
d
和m
q
，电压调制信号m
d
和m
q
的计算公式为：
[0022][0023]式中，m...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，所述控制器用于控制所述光伏逆变器运行以及控制所述光伏逆变器切换工作模式，所述光伏逆变器工作模式包括并网模式和离网模式；由所述并网模式切换至所述离网模式时，所述控制器对离网时检测到的相位进行锁定，并生成连续变化的相位，以及将并网模式的电流指令发送给离网模式的电压外环PI调节器；由所述离网模式切换至所述并网模式时，所述控制器控制所述光伏逆变器切换前后的相位输出连续变化。2.如权利要求1所述的多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，所述控制器包括运行控制模块和切换控制模块，所述运行控制模块用于控制所述光伏逆变器运行，所述切换控制模块用于控制所述光伏逆变器切换工作模式；所述切换控制模块包括电网瞬时相位检测模块、相位预同步模块和参考相位产生模块，所述电网瞬时相位检测模块用于实时检测电网相位，所述参考相位产生模块用于由所述并网模式切换至所述离网模式时生成连续变化的相位，所述相位预同步模块用于由所述离网模式切换至所述并网模式时控制所述光伏逆变器切换前后的相位输出连续变化。3.如权利要求1所述的多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，所述光伏逆变器包括前级Boost变换器，后级逆变器和滤波器；所述运行控制模块具体用于通过所述前级Boost变换器控制电容电压恒定，过程为：获取Boost变换器输出的电容电压u
dc
；计算电容电压u
dc
与预设直流电容电压参考值u
dcref
的第一差值；对所述第一差值进行PI调节生成调制波，PI调节公式为：式中，u
dc_pwm
为Boost开关管调制信号，k
p_dc
为PI调节器比例控制器的值，k
i_dc
为PI调节器积分控制器的值，u
dcref
为直流侧电容电压参考值，u
dc
为直流侧电容电压，PWM波形调制Boost升压电路中的开关占空比。4.如权利要求1所述的多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，所述光伏逆变器包括前级Boost变换器，后级逆变器和滤波器；所述运行控制模块具体用于控制所述后级逆变器输出恒定功率，过程为：对系统母线电压和电流进行abc/dq变换，获取dq坐标系下的电压分量和电流分量；根据所述电压分量计算电流参考信号；计算所述电流参考信号和所述电流分量的第二差值，根据所述第二差值生成电压调制信号；对所述电压调制信号进行dq/abc变换。5.如权利要求4所述的多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，所述abc/dq变换表达式为：
式中，i
a
、i
b
、i
c
分别为逆变器输出电流在abc三相静止坐标系下的值，i
d
、i
q
为逆变器输出电流在dq同步旋转坐标系下的值，u
a
、u
b
、u
c
分别为逆变器输出电压在abc三相静止坐标系下的值，u
d
、u
q
为逆变器输出电压在dq同步旋转坐标系下的值，θ1为d轴与相位参考轴的夹角；所述dq/abc变换为所述abc/dq变换的逆变换，表达式为：6.如权利要求4所述的多模态无缝切换光伏逆变器的控制器，其特征在于，在所述并网模式下，所述电流参考信号的计算公式为：电流参考信号包括电流有功分量参考值和电流无功分量参考值，式中i
d_ref
与i
q_ref
分别为电流有功分量参考值与电流无功分量参考值，P
ref
为有功功率指令值，Q
ref
为无功功率指令值，u
d
与u
q
分别为输出电压有功分量与无功分量；在所述离网模式下，所述电流参考信号的计算公式为：式中，i
d_ref
与i
q_ref
分别为逆变器输出电流有功分量参考值、无功分量参考值，k
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁纪峰，李铁成，曾四鸣，范辉，罗蓬，易皓，周文，王振雄，陈二松，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司国家电网有限公司西安交通大学，
类型：发明
国别省市：