CN103887818A - 一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并网逆变器的低电压穿越控制方法，通过跌落状态判断器来判断电网是否正常工作，具有电网判定时间快的特点。在具体的配置中，控制电流给定计算模块计算出电网正常及跌落时的给定电流目标值，控制前馈权重计算模块再根据电网的电压状态，分配不同电压前馈量的合理比重，从而抑制电网电压跌落瞬间的电流冲击，加快电网电压跌落后电流波形的恢复速度，使电网电压跌落期间维持逆变器输出的三相电流平衡，这样保证了并网逆变器不脱网且符合逆变器国家标准并网要求。

Description

一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法

技术领域

本发明属于逆变器技术领域，更为具体地讲，涉及一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法。

背景技术

随着大量分布式电源接入电网，受恶劣气候或大负荷(如大电机、炼钢电弧炉等)突然启动的影响，致使该负荷所连接的电网母线电压发生跌落，影响其它用户的正常工作状态。统计表明60%以上的电压跌落都和恶劣的天气(如雷击、暴风雨等)有关，且危害大持续时间短。

一般情况下，电网出现故障并网逆变器立即脱网，并不考虑故障的持续时间和严重程度，这样能最大程度的保护并网逆变器的安全，在分布式电源发电占电网的比重较低时是可以接受的。然而，在分布式电源发电占有较大比重时，采取立即脱网的方式则会增加整个***的恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致***其它分布式电源的并网逆变器***全部脱网，因此必须采取有效的低电压穿越控制措施，以维护电网稳定。

电网电压跌落会给分布式电源造成瞬时电流冲击，在现有的技术中，一是通过硬件上的解决方案，采用增大功率器件的容量使其耐受几倍的电流冲击来解决，如IGBT、交流接触器、塑壳断路器等的耐流值，增加了设备的硬件成本。二是通过算法上的解决方案，采用前馈控制方法抑制电网干扰，前馈项采用电网电压基波正序分量的平均值

但电压平均值作为前馈项有采样延时、控制延时、及较大的滤波延时，使得前馈项不能很好的跟踪电网电压，达不到抑制电压波动的目的，在电网电压跌落瞬间依然有较大的电流冲击。并且电网在电压不平衡跌落故障时还会使得逆变器输出的三相电流不平衡，产生负序电流分量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，通过跌落状态判断器来判断电网是否正常工作，具有电网判定时间快、并网逆变器不脱网、跌落瞬间不过流、跌落过程中三相电流平衡的性能。

为实现上述发明目的，本发明一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、采集电网的电压、电流信号和直流侧电压信号；通过并网逆变器中控制器的高精度外部AD采样芯片采集并网逆变器的电压和电流信号，并将采集的电网电压、电流信号和直流侧电压信号传输到数字信号处理器DSP中；

（2）、数字信号处理器DSP将接收到的电压、电流信号用于控制算法运算；

（2.1）、电网三相电压v_a、v_b和v_c通过双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)模块进行clark-park变换并进行正负序分解运算，得到电网电压基波正序分量的瞬时值

再经过低通滤波器(LPF)滤除谐波分量的影响，得到电网电压基波正序分量的平均值

同时通过clark-park变换，将电网电流i_a、i_b和i_c从abc静止坐标系变换到dq旋转坐标系下进行运算，得到电网电流的反馈值

（2.2）、将电网电压基波正序分量的瞬时值送入到跌落状态判断器，判断电网电压是否进入跌落状态，再将其输出跌落深度系数σ反馈给电流给定计算器和前馈权重计算模块；

设电网电压处于理想状态时的相电压峰值为常数A，电网电压经过正负序分解运算后得到的电网电压基波正序分量

也为常数A，因此可由

的跌落幅值来判断电网电压的跌落深度，跌落深度系数σ的值为：

根据国家电网标准GBT12325-2008《电能质量供电电压偏差》规定，220V单相供电电压偏差为标称电压的-10%～+7%，因此，当跌落深度系数σ小于等于0.1，则电网电压为正常状态；当跌落深度系数σ大于0.1，则判断电网电压进入电压跌落状态；

（2.3）、计算当前拍的电流控制模块的目标值和

当电网电压为正常状态时，即σ≤0.1，将逆变器的功率指令信号为P^*和Q^*，以及电网电压基波正序分量的平均值

输入到电流给定计算器，分别计算出当前拍的电流内环控制模块的目标值

和

计算公式为：

将上一拍计算出的值赋给当前拍，当前拍的值作为电流控制模块的输入值，计算公式为： $\left\{\begin{array}{cc}{i}_{\mathrm{dref}}^{+}\left(T\right)=i_{\mathrm{dref}}^{+}(T-1)& \mathrm{\σ}\≤0.1\\ i_{\mathrm{qref}}^{+}\left(T\right)=i_{\mathrm{qref}}^{+}(T-1)& \mathrm{\σ}\≤0.1\end{array}\right.$

当判断电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，电流给定计算器模块则停止赋值，同时电流控制模块的输入值保持电网电压正常时刻的值，即：

（2.4）、将得到的电网电流的反馈值

和当前拍的电流控制模块的目标值和同时输入到电流控制模块，目标值减去反馈值得到的差值经PI控制器和解耦控制后，得到指令电压

和

（2.5）、将步骤（2.1）中获取到

和同时输入到前馈权重计算模块，得到前馈项和

根据跌落深度系数σ，由前馈权重计算模块计算出前馈项

和

的值；当电网电压正常时，即σ≤0.1时，前馈项

当电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，前馈项

和的值由权重系数α₁和α₂分配

与

的比例决定，计算公式如下：

α₁+α₂＝1  α₁、α₂∈[0,1]

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1=0& \mathrm{\σ}\≤0.1\\ {\mathrm{\α}}_2=1& \mathrm{\σ}\≤0.1\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1=\mathrm{\σ}& \mathrm{\σ}>0.1\\ {\mathrm{\α}}_2=1-\mathrm{\σ}& \mathrm{\σ}>0.1\end{array}\right.$

其中σ∈[0,1]；

前馈权重计算模块的计算公式：

（2.6）、将步骤（2.4）获取的指令电压

和

和步骤（2.5）获取的前馈项

和

分别相加后，并与直流稳压电容侧电压V_dc共同送入到SVPWM空间矢量PWM调制模块，产生6路脉宽调制PWM信号来控制功率开关管的开通与关断。

其中，所述的电流控制模块中电流负序目标值的赋值为0，即所述的前馈权重计算模块仅对电压正序分量计算，电压负序分量的前馈输入保持

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，通过跌落状态判断器来判断电网是否正常工作，具有电网判定时间快的特点。在具体的配置中，控制电流给定计算模块计算出电网正常及跌落时的给定电流目标值，控制前馈权重计算模块再根据电网的电压状态，分配不同电压前馈量的合理比重，从而抑制电网电压跌落瞬间的电流冲击，加快电网电压跌落后电流波形的恢复速度，使电网电压跌落期间维持逆变器输出的三相电流平衡，这样保证了并网逆变器不脱网且符合逆变器国家标准并网要求。

同时，本发明适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法还具有以下有益效果：

（1）、通过跌落状态判断器，能够迅速的判断电网电压状态，在判断过程中只存在采样延时、DSP控制延时，没有滤波延时，所以比传统判断器快；

（2）、通过前馈权重计算模块，能够抑制电压跌落瞬间的电流冲击；根据权重系数α₁和α₂，分配

与

的比例，能够抑制电压跌落瞬间的电流冲击；而且在电网正常状态时，前馈项

和

的值为平均值，所以不会给指令电压

和

增加谐波影响；

（3）、通过电流给定计算器，在电压跌落期间，也可以维持电流大小不变，不会产生过流；

（4）、电流控制模块中负序电流目标值幅值为0，使得输出电流维持三相平衡，不存在负序分量；

（5）、本发明在不需要增加硬件成本下有效的抑制了跌落瞬间的电流冲击，具有低成本的优点。

附图说明

图1是本发明适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法的原理图；

图2是图1所示的基于双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)的跌落深度判断器原理框图；

图3是并网逆变器在满功率负荷时电网电压跌落瞬间的波形图；

图4是并网逆变器在满功率负荷时电网电压跌落期间的波形图；

图5是并网逆变器在满功率负荷时电网电压恢复的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法的原理图。

图2是图1所示的基于双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)的跌落深度判断器原理框图

在本实施例中，如图1所示，本发明一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，包括以下步骤：

1）、采集电网的电压、电流信号和直流侧电压信号；通过并网逆变器中控制器的高精度外部AD采样芯片采集并网逆变器的电压和电流信号，并将采集的电网电压、电流信号和直流侧的电压信号传输到数字信号处理器DSP中；

2）、数字信号处理器DSP将接收到的电压、电流信号用于控制算法运算；

2.1）、电网三相电压v_a、v_b和v_c通过双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)模块进行clark-park变换后并进行正负序分解运算，得到电网电压基波正序分量的瞬时值如图2所示，再经过低通滤波器(LPF)滤除谐波分量的影响，得到电网电压基波正序分量的平均值

同时通过clark-park变换，将电网电流i_a、i_b和i_c从abc静止坐标系变换到dq旋转坐标系下进行运算，得到电网电流的反馈值

本实施例中，采用截止频率为ω_f的低通滤波器(LPF)，

来滤除谐波分量；

2.2）、将电网电压基波正序分量的瞬时值

送入到跌落状态判断器，判断电网电压是否进入跌落状态，再将其输出跌落深度系数σ反馈给电流给定计算器模块和前馈权重计算模块；

电网电压处于理想状态时的相电压峰值为常数A，电网电压经过正负序分解运算后得到的电网电压基波正序分量

也为常数A，因此可由的跌落幅值来判断电网电压的跌落深度，跌落深度系数σ的值为：

本实施例中，电网电压处于理想状态时的相电压有效值为220V，则相电压峰值为311.1V，电网电压经过正负序分解运算后得到的电网电压基波正序分量

也为311.1V，那么跌落深度系数σ的值为：

根据国家电网标准GBT12325-2008《电能质量供电电压偏差》规定，220V单相供电电压偏差为标称电压的-10%～+7%，因此，当跌落深度系数σ小于等于0.1，则电网电压为正常状态；当跌落深度系数σ大于0.1，则判断电网电压进入电压跌落状态；

2.3）、计算当前拍的电流控制模块的目标值

和

当电网电压为正常状态时，即σ≤0.1，将逆变器的功率指令信号为P^*和Q^*，以及电网电压基波正序分量的平均值

输入到电流给定计算器，分别计算出当前拍的电流内环控制模块的目标值和

计算公式为：

其中，电流控制模块中电流负序目标值的赋值为0，即

将上一拍计算出的值赋给当前拍，当前拍的值作为电流控制模块的输入值，计算公式为： $\left\{\begin{array}{cc}{i}_{\mathrm{dref}}^{+}\left(T\right)=i_{\mathrm{dref}}^{+}(T-1)& \mathrm{\σ}\≤0.1\\ i_{\mathrm{qref}}^{+}\left(T\right)=i_{\mathrm{qref}}^{+}(T-1)& \mathrm{\σ}\≤0.1\end{array}\right.$

当判断电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，电流给定计算器模块则停止赋值，同时电流控制模块的输入值保持电网电压正常时刻的值，即：

2.4）、将得到的电网电流的反馈值

和当前拍的电流控制模块的目标值和

同时输入到电流控制模块，目标值减去反馈值得到的差值经PI控制器和解耦控制后，得到指令电压

和

2.5）、将步骤2.1）中获取到

和

同时输入到前馈权重计算模块，得到前馈项

和

根据跌落深度系数σ，由前馈权重计算模块计算出前馈项

和的值；当电网电压正常时，即σ≤0.1时，前馈项

当电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，前馈项

和的值由权重系数α₁和α₂分配

与

的比例决定，计算公式如下：

α₁+α₂＝1  α₁、α₂∈[0,1]

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1=0& \mathrm{\σ}\≤0.1\\ {\mathrm{\α}}_2=1& \mathrm{\σ}\≤0.1\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_1=\mathrm{\σ}& \mathrm{\σ}>0.1\\ {\mathrm{\α}}_2=1-\mathrm{\σ}& \mathrm{\σ}>0.1\end{array}\right.$

其中σ∈[0,1]；

前馈权重计算模块的计算公式：

其中，前馈权重计算模块仅对电压正序分量计算，电压负序分量的前馈输入保持

2.6）、将步骤2.4）获取的指令电压

和

和步骤2.5）获取的前馈项

和

分别相加后，并与直流稳压电容侧电压V_dc共同送入到SVPWM空间矢量PWM调制模块，产生6路脉宽调制PWM信号来控制功率开关管的开通与关断。本实施例中，用6路脉宽调制PWM信号来控制三相全桥IGBT开通与关断。

图3是并网逆变器在满功率负荷时电网电压跌落瞬间的波形图。

本实施例中，以并网逆变器在满功率50KW负荷时，电网电压由100%跌落至20%为例，如图3所示，通道CH1、CH2、CH3为逆变器输出三相电流，纵坐标为每格100A，通道CH4为电网电压，纵坐标为每格200V；横坐标为每格5ms；当并网逆变器在满功率50KW负荷，且三相电流正常工作时，电流峰值为300A，当电网电压由正常值100%跌落至20%，在跌落瞬间，三相电流最大冲击峰值为335A，冲击电流35A，且电流波形恢复时间5ms，恢复速度快，在1/4个工频周期内三相电流恢复正常。

图4是并网逆变器在满功率负荷时电网电压跌落期间的波形图。

本实施例中，以并网逆变器在满功率50KW负荷时，电网电压由100%跌落至20%为例，如图3所示，通道CH1、CH2、CH3为逆变器输出三相电流，纵坐标为每格100A，通道CH4为电网电压，纵坐标为每格200V；横坐标为每格5ms；当并网逆变器在满功率50KW负荷，且三相电流正常工作时，电流峰值为300A，当电网电压由正常值100%跌落至20%，在跌落过程中，三相电流保持平衡，无负序电流分量。

图5是并网逆变器在满功率负荷时电网电压恢复的波形图。

本实施例中，以并网逆变器在满功率50KW负荷时，电网电压由100%跌落至20%为例，如图3所示，通道CH1、CH2、CH3为逆变器输出三相电流，纵坐标为每格100A，通道CH4为电网电压，纵坐标为每格200V；横坐标为每格5ms；当并网逆变器在满功率50KW负荷，且三相电流正常工作时，电流峰值为300A，当电网电压由正常值100%跌落至20%，在恢复过程中，三相电流无冲击峰值，电流波形调整时间5ms，调整周期同样比较短。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）、采集电网的电压、电流信号和直流侧电压信号；通过并网逆变器中控制器的高精度外部AD采样芯片采集并网逆变器的电压和电流信号，并将采集的电网电压、电流信号和直流侧电压信号传输到数字信号处理器DSP中； 

（2）、数字信号处理器DSP将接收到的电压、电流信号用于控制算法运算； 

（2.1）、电网三相电压v_a、v_b和v_c通过双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)模块进行clark-park变换并进行正负序分解运算，得到电网电压基波正序分量的瞬时值

再经过低通滤波器(LPF)滤除谐波分量的影响，得到电网电压基波正序分量的平均值

同时通过clark-park变换，将电网电流i_a、i_b和i_c从abc静止坐标系变换到dq旋转坐标系下进行运算，得到电网电流的反馈值

（2.2）、将电网电压基波正序分量的瞬时值

送入到跌落状态判断器，判断电网电压是否进入跌落状态，再将其输出跌落深度系数σ反馈给电流给定计算器和前馈权重计算模块； 

设电网电压处于理想状态时的相电压峰值为常数A，电网电压经过正负序分解运算后得到的电网电压基波正序分量

也为常数A，因此可由

的跌落幅值来判断电网电压的跌落深度，跌落深度系数σ的值为： 

根据国家电网标准GBT12325-2008《电能质量供电电压偏差》规定，220V单相供电电压偏差为标称电压的-10%～+7%，因此，当跌落深度系数σ小于等于0.1，则电网电压为正常状态；当跌落深度系数σ大于0.1，则判断电网电压进入电压跌落状态； 

（2.3）、计算当前拍的电流控制模块的电流正序目标值

和

当电网电压为正常状态时，即σ≤0.1，将逆变器的功率指令信号为P^*和Q^*，以及电网电压基波正序分量的平均值

输入到电流给定计算器，分别 计算出当前拍的电流控制模块的电流正序目标值

和

计算公式为： 

将上一拍计算出的值赋给当前拍，当前拍的值作为电流控制模块的输入值，计算公式为：

当判断电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，电流给定计算器模块则停止赋值，同时电流控制模块的输入值保持电网电压正常时刻的值，即： 

（2.4）、将得到的电网电流的反馈值

和当前拍的电流控制模块的电流正序目标值

和

同时输入到电流控制模块，目标值减去反馈值得到的差值经PI控制器和解耦控制后，得到指令电压

和

（2.5）、将步骤（2.1）中获取到

和

同时输入到前馈权重计算模块，得到前馈项

和

根据跌落深度系数σ，由前馈权重计算模块计算出前馈项

和

的值；当电网电压正常时，即σ≤0.1时，前馈项当电网电压进入电压跌落状态时，即σ＞0.1时，前馈项

和的值由权重系数α₁和α₂分配

与

的比例决定，计算公式如下： 

α₁+α₂＝1  α₁、α₂∈[0,1] 

其中σ∈[0,1]； 

前馈权重计算模块的计算公式： 

（2.6）、将步骤（2.4）获取的指令电压和

和步骤（2.5）获取的前馈项

和分别相加后，并与直流稳压电容侧电压V_dc共同送入到SVPWM空间矢量PWM调制模块，产生6路脉宽调制PWM信号来控制功率开关管的开通与关断。 

2.根据权利要求1所述的适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述的电流控制模块中电流负序目标值的赋值为0，即 

3.根据权利要求1所述的适用于并网逆变器的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述的前馈权重计算模块仅对电压正序分量计算，电压负序分量的前馈输入保持

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