CN104779823B - 光伏逆变器的控制方法、控制装置及光伏逆变*** - Google Patents

光伏逆变器的控制方法、控制装置及光伏逆变*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光伏逆变器的控制方法，在确定光伏逆变器的逆变电压目标值之后，对该逆变电压目标值进行坐标转换，之后计算光伏逆变器的逆变电压目标幅值，在光伏逆变器的逆变电压幅值超出设定的限幅值的情况下进行降幅处理，以使得光伏逆变器按照设定的限幅值输出。基于本发明公开的光伏逆变器的控制方法，通过对光伏逆变器的逆变电压进行限制，降低断开电网瞬间光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值。本法还公开了相应的光伏逆变器的控制装置及光伏逆变***。

Description

光伏逆变器的控制方法、控制装置及光伏逆变***
技术领域
本发明属于光伏逆变器技术领域，尤其涉及光伏逆变器的控制方法、控制装置及光伏逆变***。
背景技术
在光伏逆变器处于带载并网状态时，如果突然断开电网，由于闭环控制的作用，光伏逆变器会逆变产生一个瞬时过电压，这种瞬时过电压会对交流端的负载设备产生不利影响，严重时会造成负载设备的损坏。
目前针对光伏逆变器的瞬时过电压主要采用如下保护方式：对光伏逆变器输出端的电压瞬时值进行检测，当电压瞬时值超过设定的保护阈值后，光伏逆变器封锁PWM信号，主电路停止工作。
但是，现有的保护方式是一种被动的保护，只能在光伏逆变器产生瞬时过电压后，尽量降低过电压幅值、缩短过电压的持续时间，而不能对光伏逆变器过电压瞬间的电压幅值进行限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏逆变器的控制方法、控制装置及光伏逆变***，能够对光伏逆变器在电网断开瞬间的过电压的幅值进行限制。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开一种光伏逆变器的控制方法，所述方法包括：
基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
将所述逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量；
利用公式确定所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，其中，Uαβ为所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量；
比较所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值和所述光伏逆变器的限幅值，所述限幅值不低于所述光伏逆变器并网所需的电压值；
在所述逆变电压目标幅值小于或等于所述限幅值的情况下，利用所述光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
在所述逆变电压目标幅值大于所述限幅值的情况下，对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
可选的，上述方法中，所述对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，包括：
利用公式对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理；
利用公式对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理；
其中，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量，ULimit为所述限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
可选的，上述方法中，还包括：根据所述光伏逆变器的交流电压的有效工作范围确定所述光伏逆变器的限幅值。
可选的，上述方法中，所述基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值，包括：
基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
或者，基于静止坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值。
本发明还公开一种光伏逆变器的控制装置，包括：
逆变电压目标值确定单元，用于基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
转换单元，用于将所述逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量；
逆变电压目标幅值确定单元，用于利用公式确定所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，其中，Uαβ为所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量；
比较单元，用于比较所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值和所述光伏逆变器的限幅值，所述限幅值不低于所述光伏逆变器并网所需的电压值；
第一处理单元，用于在所述逆变电压目标幅值小于或等于所述限幅值的情况下，利用所述光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
第二处理单元，用于在所述逆变电压目标幅值大于所述限幅值的情况下，对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
可选的，上述控制装置中，所述第二处理单元对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，具体为：
利用公式对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理；
利用公式对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理；
其中，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量，ULimit为所述限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
可选的，上述控制装置中，还包括预处理单元，所述预处理单元根据所述光伏逆变器的交流电压的有效工作范围确定所述光伏逆变器的限幅值。
可选的，上述控制装置中，所述逆变电压目标值确定单元基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值，具体为：
基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
或者，基于静止坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值。
本发明还公开一种光伏逆变***，包括光伏逆变器和控制***，所述控制***包括上述任意一种的控制装置。
由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的光伏逆变器的控制方法及控制装置，在确定光伏逆变器的逆变电压目标值之后，对该逆变电压目标值进行坐标转换，之后计算光伏逆变器的逆变电压目标幅值，在光伏逆变器的逆变电压幅值超出设定的限幅值的情况下进行降幅处理，以使得光伏逆变器按照设定的限幅值输出。基于本发明公开的光伏逆变器的控制方法和控制装置，通过对光伏逆变器的逆变电压进行限制，降低断开电网瞬间光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的一种光伏逆变器的控制方法的流程图；
图2为本发明公开的一种光伏逆变器的控制装置的结构示意图；
图3为本发明公开的另一种光伏逆变器的控制装置的结构示意图；
图4为在直流电压为490V的情况下基于现有保护方式产生的瞬时过电压的波形图；
图5为在直流电压为490V的情况下基于本发明公开的控制方法产生的瞬时过电压的波形图；
图6为在直流电压为610V的情况下基于现有保护方式产生的瞬时过电压的波形图；
图7为在直流电压为610V的情况下基于本发明公开的控制方法产生的瞬时过电压的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开一种光伏逆变器的控制方法，基于该控制方法能够对光伏逆变器在电网断开瞬间的过电压的幅值进行限制。
参见图1，图1为本发明公开的一种光伏逆变器的控制方法的流程图。该控制方法包括：
步骤S1：基于预设控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
实施中，可以基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值，或者基于静止坐标系的电压电流控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
例如，基于dq坐标系的电流内环电压外环比例积分(PI)控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值，或者基于dq坐标系的比例谐振(PR)控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
步骤S2：将逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量。
将逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，就可以获得对应的两个逆变电压目标值，分别记为逆变电压目标值的α轴分量Uα和逆变电压目标值的β轴分量Uβ。
步骤S3：利用公式确定光伏逆变器的逆变电压目标幅值。
其中，Uαβ为光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量。
步骤S4：比较光伏逆变器的逆变电压目标幅值和光伏逆变器的限幅值。之后，根据比较结果执行后续的步骤S5或者步骤S6。其中，限幅值不低于光伏逆变器并网所需的电压值，以保证不影响实现光伏逆变器的正常功能(并网性能)。
步骤S5：在逆变电压目标幅值小于或等于限幅值的情况下，利用光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
步骤S6：在逆变电压目标幅值大于限幅值的情况下，对逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
如果光伏逆变器的逆变电压目标幅值未超过光伏逆变器的限幅值，则用当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。如果光伏逆变器的逆变电压目标幅值超过了光伏逆变器的限幅值，则需要对当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，之后基于限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。该开关信号用于控制光伏逆变器的主电路中的功率器件的开关状态，从而控制光伏逆变器的输出电压。
实施中，可以基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法生成开关信号，或者基于三角载波算法生成开关信号。
本发明公开的光伏逆变器的控制方法，在确定光伏逆变器的逆变电压目标值之后，对该逆变电压目标值进行坐标转换，之后计算光伏逆变器的逆变电压目标幅值，在光伏逆变器的逆变电压幅值超出设定的限幅值的情况下进行降幅处理，以使得光伏逆变器按照设定的限幅值输出。基于本发明公开的光伏逆变器的控制方法，通过对光伏逆变器的逆变电压进行限制，降低断开电网瞬间光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值。
实施中，对逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，可以采用如下方式：
利用公式1对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理。
利用公式2对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理。
其中，Uα为逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为逆变电压目标值的β轴分量，ULimit为限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
基于上述方式对逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行降幅处理，能够将断开电网瞬间光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值控制在预定的范围内。
作为优选方案，在本发明上述公开的光伏逆变器的控制方法中，进一步包括确定光伏逆变器的限幅值的步骤，以满足光伏逆变器在不同工作环境下对交流瞬时过电压的限定要求。
实施中，可以根据光伏逆变器的交流电压的有效工作范围来确定光伏逆变器的限幅值。
针对不同国家的电网保护要求，对应的光伏逆变器的电网过压保护范围也可能是不同的。例如：光伏逆变器工作允许的最大交流电压设定为交流电压额定值的1.2倍，或者光伏逆变器工作允许的最大交流电压设定为交流电压额定值的1.3倍，光伏逆变器的交流电压的有效工作范围是不同的，相应的，光伏逆变器的限幅值也是不一样的。
下面结合实例对本发明公开的光伏逆变器的控制方法进行说明。
以100KW光伏逆变器为例，光伏逆变器的交流电压额定值为202V，允许的最大交流电压规定为交流电压额定值的1.3倍，考虑光伏逆变器中电感产生的压降，将光伏逆变器的限幅值规定为交流电压额定值的1.5倍。
采用基于旋转dq坐标系下的电压外环电流内环PI控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值，之后将逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，得到逆变电压目标值的α轴分量Uα和逆变电压目标值的β轴分量Uβ，之后计算光伏逆变器的逆变电压目标幅值，并对比该逆变电压目标幅值和限幅值。
如果光伏逆变器的逆变电压目标幅值小于或者等于光伏逆变器的限幅值，利用当前的逆变电压目标值的α轴分量Uα和逆变电压目标值的β轴分量Uβ，基于SVPWM算法生成用于控制功率器件开关状态的开关信号，也就是PWM信号。
如果光伏逆变器的逆变电压目标幅值大于光伏逆变器的限幅值，则利用公式1和公式2对当前的逆变电压目标值的α轴分量Uα和逆变电压目标值的β轴分量Uβ进行限幅处理，得到限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量Uα'以及限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量Uβ'。利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量Uα'以及限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量Uβ'，基于SVPWM算法生成用于控制功率器件开关状态的开关信号。
本发明上述公开了光伏逆变器的控制方法，相应的，本发明还公开光伏逆变器的控制装置。
参见图2，图2为本发明公开的一种光伏逆变器的控制装置的结构示意图。该控制装置包括逆变电压目标值确定单元100、转换单元200、逆变电压目标幅值确定单元300、比较单元400、第一处理单元500和第二处理单元600。
其中：
逆变电压目标值确定单元100，用于基于预设控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
转换单元200，用于将逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量。
逆变电压目标幅值确定单元300，用于利用公式确定光伏逆变器的逆变电压目标幅值。其中，Uαβ为光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为逆变电压目标值的β轴分量。
比较单元400，用于比较光伏逆变器的逆变电压目标幅值和光伏逆变器的限幅值。其中，限幅值不低于光伏逆变器并网所需的电压值。
第一处理单元500，用于在逆变电压目标幅值小于或等于限幅值的情况下，利用所述光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
第二处理单元600，用于在逆变电压目标幅值大于限幅值的情况下，对逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号。
本发明公开的光伏逆变器的控制装置，在确定光伏逆变器的逆变电压目标值之后，对该逆变电压目标值进行坐标转换，之后计算光伏逆变器的逆变电压目标幅值，在光伏逆变器的逆变电压幅值超出设定的限幅值的情况下进行降幅处理，以使得光伏逆变器按照设定的限幅值输出。通过对光伏逆变器的逆变电压进行限制，能够降低断开电网瞬间光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值。
实施中，第二处理单元600对逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，可以采用如下方式：
利用公式对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理；
利用公式对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理；
其中，Uα为逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为逆变电压目标值的β轴分量，ULimit为限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
另外，在图2所示光伏逆变器的控制装置的基础上，可以进一步设置预处理单元700，如图3中所示。
该预处理单元700与比较单元400连接，用于根据光伏逆变器的交流电压的有效工作范围确定光伏逆变器的限幅值，以满足光伏逆变器在不同工作环境下对交流瞬时过电压的限定要求。
实施中，逆变电压目标值确定单元100基于预设控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值，具体为：基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值；或者，基于静止坐标系的电压电流控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
例如：基于dq坐标系的电流内环电压外环比例积分控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值；或者，基于dq坐标系的比例谐振控制算法确定光伏逆变器的逆变电压目标值。
请参见图4至图7。其中，图4为在直流电压为490V的情况下基于现有保护方式产生的瞬时过电压的波形图；图5为在直流电压为490V的情况下基于本发明公开的控制方法产生的瞬时过电压的波形图；图6为在直流电压为610V的情况下基于现有保护方式产生的瞬时过电压的波形图；图7为在直流电压为610V的情况下基于本发明公开的控制方法产生的瞬时过电压的波形图。
直流电压为490V的情况下：当采用现有保护方式时，在电网断开瞬间，光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值为665V；当采用本发明公开的控制方法时，在电网断开瞬间，光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值为485V。
直流电压为610V的情况下，当采用现有保护方式时，在电网断开瞬间，光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值为715V；当采用本发明公开的控制方法时，在电网断开瞬间，光伏逆变器逆变产生的交流过电压的幅值为480V。
本发明还公开一种光伏逆变***，该光伏逆变***包括光伏逆变器和控制***，其中，控制***本发明上述公开的任意一种控制装置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
将所述逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量；
利用公式确定所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，其中，Uαβ为所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量；
比较所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值和所述光伏逆变器的限幅值，所述限幅值不低于所述光伏逆变器并网所需的电压值；
在所述逆变电压目标幅值小于或等于所述限幅值的情况下，利用所述光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
在所述逆变电压目标幅值大于所述限幅值的情况下，对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
其中，所述对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，包括：
利用公式对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理；
利用公式对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理；
其中，ULimit为所述限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述光伏逆变器的交流电压的有效工作范围确定所述光伏逆变器的限幅值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值，包括：
基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
或者，基于静止坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值。
4.一种光伏逆变器的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
逆变电压目标值确定单元，用于基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
转换单元，用于将所述逆变电压目标值转换至α-β坐标系下，获得逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量；
逆变电压目标幅值确定单元，用于利用公式确定所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，其中，Uαβ为所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值，Uα为所述逆变电压目标值的α轴分量，Uβ为所述逆变电压目标值的β轴分量；
比较单元，用于比较所述光伏逆变器的逆变电压目标幅值和所述光伏逆变器的限幅值，所述限幅值不低于所述光伏逆变器并网所需的电压值；
第一处理单元，用于在所述逆变电压目标幅值小于或等于所述限幅值的情况下，利用所述光伏逆变器当前的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
第二处理单元，用于在所述逆变电压目标幅值大于所述限幅值的情况下，对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，利用限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量和逆变电压目标值的β轴分量生成开关信号；
其中，所述第二处理单元对所述逆变电压目标值的α轴分量和所述逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理，具体为：
利用公式对逆变电压目标值的α轴分量进行限幅处理；
利用公式对逆变电压目标值的β轴分量进行限幅处理；
其中，ULimit为所述限幅值，Uα'为经限幅处理后的逆变电压目标值的α轴分量，Uβ'为经过限幅处理后的逆变电压目标值的β轴分量。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，还包括预处理单元，所述预处理单元根据所述光伏逆变器的交流电压的有效工作范围确定所述光伏逆变器的限幅值。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述逆变电压目标值确定单元基于预设控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值，具体为：
基于三相旋转坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值；
或者，基于静止坐标系的电压电流控制算法确定所述光伏逆变器的逆变电压目标值。
7.一种光伏逆变***，包括光伏逆变器和控制***，其特征在于，所述控制***包括如权利要求4至6中任一项所述的控制装置。
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