CN113178874A - 一种光伏并网逆变器无功补偿方法及*** - Google Patents

一种光伏并网逆变器无功补偿方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光伏并网逆变器无功补偿方法及***，根据逆变采样电流信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第一直流信号，将所述交流无功给定参考信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第二直流信号，根据数学建模推导，当反馈值与给定值实现无静差时，实现无功的闭环调节。

Description

一种光伏并网逆变器无功补偿方法及***
技术领域
本发明涉及光伏并网逆变器技术领域，特别涉及一种光伏并网逆变器无功补偿方法及***。
背景技术
在一个局部电网环境中，无功功率或功率因素是衡量电网质量的一个重要指标，值得一提的是，在国内，一些工厂用电，功率因素不达标，直接涉及到监管部门的罚款，这就对无功功率控制或功率因素控制精度提出了较高的要求。在并网逆变器应用领域，所发出的电能，首先要求尽量小的污染电网，其次，要具备一定的无功补偿的能力，因此，对并网逆变器而言，几乎所有应用场合，都对无功功率和功率因素提出了可控、可调的要求。
现有的技术方案一般为开环无功功率补偿策略，其实现方式相对简单，在单相光伏并网逆变器应用场景中，其基本实现方式为：逆变器并网状态下，在无功电流环给定参考的基础上，叠加一个固定的无功电流误差补偿值，当需要发出容性无功时，叠加容性无功补偿，当需要发出感性无功时，叠加感性无功补偿，同时需根据机器硬件设计的不同，人工测试得到各功率等级的无功电流补偿数据，不具备物理意义，而是通过纯粹的测试，得到补偿值，同时，当发出的无功功率等级不同时，所需的无功补偿值可能还是非线性的数据，给控制环路的设计带来的极大的不确定性，在要求严谨的数学及物理理论来实现并网逆变的场合下，此方法通过人工的手段实现精确的无功功率控制，无功控制误差大、控制结果不理想，在理论上不具备说服力。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏并网逆变器无功补偿方法及***，以解决现有的单相光伏并网逆变器无功功率输出和功率因素控制的实现方案精度误差大的问题。
本发明提供了一种光伏并网逆变器无功补偿方法，所述方法应用于光伏逆变电路，所述光伏逆变电路包括光伏并网逆变器、与所述光伏并网逆变器并联的电容，以及串联于所述光伏并网逆变器与所述电容之间的电感，所述电感与所述电容构成滤波器，所述方法包括：
步骤一：使光伏并网逆变器进入并网状态；
步骤二：在并网状态初始态，所述光伏并网逆变器根据预设的直流无功电流给定值得到交流无功给定参考信号；
步骤三：根据逆变采样电流信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第一直流信号，将所述交流无功给定参考信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第二直流信号，根据数学建模推导，当反馈值与给定值实现无静差时，实现无功的闭环调节；
步骤四：将所述逆变采样电流中提取的第一直流信号和第二直流信号与所述输出无功电流信号的给定参考对象进行PI调节，以输出无功电流补偿值；
步骤五：将所述输出无功电流补偿值叠加到设定的无功电流值与流过所述电容的无功电流形成闭环调节。
进一步地，所述步骤二的方法包括：
将设定的所述直流无功电流给定值Iqset乘以市电相位的余弦，以得到所述交流无功给定参考信号，其表达式为:
Iqref(t)＝Iqset·cos(ωt) 式1
其中Iqref(t)为交流无功给定参考信号，Iqset为直流无功电流给定值，cos(ωt)为市电相位的余弦，t为时间。
进一步地，所述步骤三的方法包括：
设定逆变总电流给定信号为Iinv(t)，其主要由逆变有功电流信号Idsin(ωt)和逆变无功电流Iqcos(ωt)建立如下等式：
Iinv(t)＝Id sin(ωt)+Iqcos(ωt) 式2
其中Iinv(t)为逆变总电流给定信号，Idsin(ωt)为逆变有功电流信号，Iqcos(ωt)为逆变无功电流；
然后将所述交流无功给定参考信号Iqref(t)乘以cos(ωt)得到表达式如下:
Iqref(t)·cos(ωt)＝Iqset·cos(ωt)·cos(ωt) 式3
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure BDA0003063274990000031
通过所述滤波器将含有2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure BDA0003063274990000032
同理所述逆变总电流给定信号乘以cos(ωt)得到如下等式:
Iinv(t)·cos(ωt)＝[Idsin(ωt)+Iqcos(ωt)]·cos(ωt) 式6
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure BDA0003063274990000033
也通过所述滤波器的方式将2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure BDA0003063274990000034
进一步地，所述步骤四的方法包括：
由于所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式的，将
Figure BDA0003063274990000035
作为给定；
Figure BDA0003063274990000036
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值。
本发明还提供了一种光伏并网逆变器无功补偿***，包括光伏并网逆变器、与所述光伏并网逆变器并联的电容，以及串联于所述光伏并网逆变器与所述电容之间的电感，所述电感与所述电容构成滤波器，所述滤波器用于将2ω交流信号滤掉得，其中2ω为2倍角频率的信号。
上述光伏并网逆变器无功补偿方法，所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式的，将
Figure BDA0003063274990000037
作为给定，
Figure BDA0003063274990000038
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值，然后叠加到给定的无功参考值进行补偿，以达到光伏并网逆变器在并网状态下无功功率精准控制。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的光伏并网逆变器无功补偿方法的流程图；
图2为本发明第一实施例中光伏并网逆变器无功补偿方法的控制框图；
图3为本发明第一实施例中光伏并网逆变器无功补偿方法的并网逆变控制框图；
图4为本发明第二实施例中光伏并网逆变器无功补偿***的逆变拓扑框图。
主要元件符号说明：
光伏并网逆变器 10 电感 30
电容 20 滤波器 100
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图4，本发明第一实施例提供的一种光伏并网逆变器无功补偿方法，所述方法应用于光伏逆变电路，所述光伏逆变电路包括光伏并网逆变器10、与所述光伏并网逆变器10并联的电容20，以及串联于所述光伏并网逆变器30与所述电容20之间的电感30，所述电感30与所述电容20构成滤波器100，所述方法包括步骤一至步骤四。
步骤一：使光伏并网逆变器10进入并网状态；
步骤二：在并网状态初始态，所述光伏并网逆变器10根据预设的直流无功电流给定值得到交流无功给定参考信号；
步骤三：根据逆变采样电流信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器100滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第一直流信号，将所述交流无功给定参考信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器100滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第二直流信号，根据数学建模推导，当反馈值与给定值实现无静差时，实现无功的闭环调节；
步骤四：将所述逆变采样电流中提取的第一直流信号和第二直流信号与所述输出无功电流信号的给定参考对象进行PI(PID算法)调节，以输出无功电流补偿值；
步骤五：将所述输出无功电流补偿值叠加到设定的无功电流值与流过所述电容的无功电流形成闭环调节。
具体的，在本发明实施例中，所述步骤二的方法包括：
将设定的所述直流无功电流给定值Iqset乘以市电相位的余弦，以得到所述交流无功给定参考信号，其表达式为:
Iqref(t)＝Iqset·cos(ωt) 式1
其中Iqref(t)为交流无功给定参考信号，Iqset为直流无功电流给定值，cos(ωt)为市电相位的余弦，t为时间。
具体的，在本发明实施例中，所述步骤三的方法包括：
设定逆变总电流给定信号为Iinv(t)，其主要由逆变有功电流信号Idsin(ωt)和逆变无功电流Iqcos(ωt)建立如下等式：
Iinv(t)＝Id sin(ωt)+Iqcos(ωt) 式2
其中Iinv(t)为逆变总电流给定信号，Idsin(ωt)为逆变有功电流信号，Iqcos(ωt)为逆变无功电流；
然后将所述交流无功给定参考信号Iqref(t)乘以cos(ωt)得到表达式如下:
Iqref(t)·cos(ωt)＝Iqset·cos(ωt)·cos(ωt) 式3
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure BDA0003063274990000061
通过所述滤波器100将含有2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure BDA0003063274990000062
同理所述逆变总电流给定信号乘以cos(ωt)得到如下等式:
Iinv(t)·cos(ωt)＝[Id sin(ωt)+Iq cos(ωt)]·cos(ωt) 式6
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure BDA0003063274990000063
也通过所述滤波器100的方式将2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure BDA0003063274990000064
具体的，在本发明实施例中，所述步骤四的方法包括：
由于所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器100虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式的，将
Figure BDA0003063274990000065
作为给定；
Figure BDA0003063274990000066
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值。
上述光伏并网逆变器无功补偿方法，所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器100虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式1-8，将
Figure BDA0003063274990000067
作为给定，
Figure BDA0003063274990000068
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值，然后叠加到给定的无功参考值进行补偿，以达到光伏并网逆变器10在并网状态下无功功率精准控制。
请再参阅图4，本发明实施例还提供了一种光伏并网逆变器无功补偿***，包括光伏并网逆变器10、与所述光伏并网逆变器10并联的电容20，以及串联于所述光伏并网逆变器10与所述电容20之间的电感30，所述电感30与所述电容20构成滤波器100，所述滤波器100用于将2ω交流信号滤掉得，其中2ω为2倍角频率的信号。
上述光伏并网逆变器无功补偿***，所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式的，将
Figure BDA0003063274990000071
作为给定，
Figure BDA0003063274990000072
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值，然后叠加到给定的无功参考值进行补偿，以达到光伏并网逆变器10在并网状态下无功功率精准控制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种光伏并网逆变器无功补偿方法，其特征在于，所述方法应用于光伏逆变电路，所述光伏逆变电路包括光伏并网逆变器、与所述光伏并网逆变器并联的电容，以及串联于所述光伏并网逆变器与所述电容之间的电感，所述电感与所述电容构成滤波器，所述方法包括：
步骤一：使光伏并网逆变器进入并网状态；
步骤二：在并网状态初始态，所述光伏并网逆变器根据预设的直流无功电流给定值得到交流无功给定参考信号；
步骤三：根据逆变采样电流信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第一直流信号，将所述交流无功给定参考信号乘以市电相位的余弦，然后通过所述滤波器滤除二次谐波信号，提取所述输出无功电流信号中的第二直流信号，根据数学建模推导，当反馈值与给定值实现无静差时，实现无功的闭环调节；
步骤四：将所述逆变采样电流中提取的第一直流信号和第二直流信号与所述输出无功电流信号的给定参考对象进行PI调节，以输出无功电流补偿值；
步骤五：将所述输出无功电流补偿值叠加到设定的无功电流值与流过所述电容的无功电流形成闭环调节。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器无功补偿方法，其特征在于，所述步骤二的方法包括：
将设定的所述直流无功电流给定值Iqset乘以市电相位的余弦，以得到所述交流无功给定参考信号，其表达式为:
Iqref(t)＝Iqset·cos(ωt) 式1
其中Iqref(t)为交流无功给定参考信号，Iqset为直流无功电流给定值，cos(ωt)为市电相位的余弦，t为时间。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器无功补偿方法，其特征在于，所述步骤三的方法包括：
设定逆变总电流给定信号为Iinv(t)，其主要由逆变有功电流信号Idsin(ωt)和逆变无功电流Iqcos(ωt)建立如下等式：
Iinv(t)＝Idsin(ωt)+Iqcos(ωt) 式2
其中Iinv(t)为逆变总电流给定信号，Idsin(ωt)为逆变有功电流信号，Iqcos(ωt)为逆变无功电流；
然后将所述交流无功给定参考信号Iqref(t)乘以cos(ωt)得到表达式如下:
Iqref(t)·cos(ωt)＝Iqset·cos(ωt)·cos(ωt) 式3
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure FDA0003063274980000021
通过所述滤波器将含有2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure FDA0003063274980000022
同理所述逆变总电流给定信号乘以cos(ωt)得到如下等式:
Iinv(t)·cos(ωt)＝[Idsin(ωt)+Iqcos(ωt)]·cos(ωt) 式6
根据三角函数积化和差公式可得：
Figure FDA0003063274980000023
也通过所述滤波器的方式将2ω交流信号滤掉得到如下表达式
Figure FDA0003063274980000024
4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器无功补偿方法，其特征在于，所述步骤四的方法包括：
由于所述逆变总电流给定信号Iinv(t)和所述交流无功给定参考信号Iqref(t)同乘以cos(ωt)，通过所述滤波器虑除了含有2ω信号，基于理论公式推导可以确认滤波提取后的信号是可以建立等式的，将
Figure FDA0003063274980000025
作为给定；
Figure FDA0003063274980000026
作为反馈，然后经过PI无静差调节器得闭环控制后的无功电流补偿值。
5.一种光伏并网逆变器无功补偿***，其特征在于，包括光伏并网逆变器、与所述光伏并网逆变器并联的电容，以及串联于所述光伏并网逆变器与所述电容之间的电感，所述电感与所述电容构成滤波器，所述滤波器用于将2ω交流信号滤掉得，其中2ω为2倍角频率的信号。
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