專利名稱：光伏逆變器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光伏逆變器控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著可再生能源接入電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，越來越多的國家如丹麥、西班牙、德國、美國及中國開始對分布式能源接入電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制，對可再生能源電能質(zhì)量的要求不斷提高。目前，國內(nèi)多數(shù)集中式光伏電站的規(guī)模都在10麗以上，單臺逆變器功率為500kW，逆變器的輸出直接與中壓電網(wǎng)(IOkV或35kV電網(wǎng))相連接，從而光伏電站接入的電能會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量及穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響?；谝陨显?，國家電網(wǎng)公司于2011年頒發(fā)了兩個光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的標(biāo)準(zhǔn):Q/GDW617-2011《光伏電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》及Q/GDW618-2011《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》。上述標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家電網(wǎng)公司的要求對低電壓穿越(Low voltage ride through,LVRT )性能進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)范。Q/GDW617-2011標(biāo)準(zhǔn)中要求大中型光伏電站應(yīng)具備一定的低電壓穿越能力，具體規(guī)定如圖1所示，光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)考核電壓全部在分割線LI及分割線LI以上的區(qū)域內(nèi)時，光伏電站應(yīng)保證不間斷并網(wǎng)運(yùn)行；否則，光伏電站停止向電網(wǎng)線路送電。也就是由于電網(wǎng)故障引起電壓跌落至電壓標(biāo)么值pu=0.2時，Is時間內(nèi)，不允許光伏電站退網(wǎng)，Is至3s中時間內(nèi)，允許光伏電站切出電網(wǎng)的電壓值逐漸升高。電網(wǎng)電壓標(biāo)幺值為0.9及以上時不允許光伏電站切出電網(wǎng)。同時以上標(biāo)準(zhǔn)還要求在電網(wǎng)故障恢復(fù)時，光伏電站應(yīng)迅速恢復(fù)最大工作點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)中雖然對于故障期間的電能質(zhì)量雖然未作明確規(guī)定，但是故障期間的并網(wǎng)電能質(zhì)量會影響到允許標(biāo)準(zhǔn)通過的判定。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對稱跌落時，逆變器的交流并網(wǎng)側(cè)會有二次脈動功率產(chǎn)生，使用現(xiàn)有的逆變器控制系統(tǒng)，以上二次脈動功率會嚴(yán)重影響并網(wǎng)的電流質(zhì)量，導(dǎo)致光伏電站的輸出不能滿足以上國家電網(wǎng)公司的要求。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)光伏逆變器控制系統(tǒng)的示意圖，電壓dq變換器采集電網(wǎng)三相電壓并相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電壓矢量Ud、Uq發(fā)送給反饋控制裝置，電流dq變換器采集電網(wǎng)三相電流并相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電流矢量Id、Iq發(fā)送給反饋控制裝置，同時反饋控制裝置獲取光伏逆變器直流側(cè)電壓Udc，反饋控制裝置根據(jù)以上實(shí)時測量的信號向光伏逆變器發(fā)送控制信號。光伏逆變器在反饋控制裝置的控制下將直流電能轉(zhuǎn)換為符合接入電網(wǎng)要求的三相交流電能。使用現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)光伏逆變器控制系統(tǒng)存在著以下問題:當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對稱跌落時，并網(wǎng)側(cè)會有二次脈動功率產(chǎn)生，由于功率平衡，逆變器直流輸入側(cè)功率與交流輸出側(cè)功率相等，因此直流側(cè)電壓Udc相應(yīng)產(chǎn)生二次脈動功率，當(dāng)采用傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制方法時，反饋控制裝置生成的控制指令也含有大量二次諧波；控制指令的二次脈動會進(jìn)一步影響到電流內(nèi)環(huán)的控制，使得并網(wǎng)電流質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，關(guān)于以上問題，相關(guān)文件中已有詳細(xì)的說明。針對現(xiàn)有技術(shù)中三相電網(wǎng)不平衡跌落時產(chǎn)生二次脈動嚴(yán)重影響光伏接入電能質(zhì)量的問題，尚未提出有效的解決方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種光伏逆變器控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中三相電網(wǎng)不平衡跌落時產(chǎn)生二次脈動嚴(yán)重影響光伏接入電能質(zhì)量的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種光伏逆變器控制系統(tǒng)。該光伏逆變器控制系統(tǒng)包括:直流電壓檢測裝置，設(shè)置在光伏逆變器的直流側(cè)，用于測量光伏逆變器的直流側(cè)的電壓信號；濾波裝置，與直流電壓檢測裝置連接，用于濾除電壓信號的諧波；反饋控制裝置，與濾波裝置連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號向光伏逆變器發(fā)送控制信號。進(jìn)一步地，上述濾波裝置為帶阻濾波器，帶阻濾波器的阻帶中心頻率為二次諧波頻率。進(jìn)一步地，上述帶阻濾波器為有源帶阻濾波器。進(jìn)一步地，上述濾波裝置還可為低通濾波器，低通濾波器的截止頻率高于基波頻率。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型提供的光伏逆變器控制系統(tǒng)還包括:附加直流電容，設(shè)置在光伏逆變器的直流側(cè)。
進(jìn)一步地，附加直流電容的電容值的取值范圍為光伏逆變器直流電容容值的2至5倍。進(jìn)一步地，反饋控制裝置包括:最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，與濾波裝置連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號生成第一電流控制指令。進(jìn)一步地，反饋控制裝置還包括:第一比例積分控制器，與最大功率點(diǎn)跟蹤控制器連接，用于根據(jù)第一電流控制指令向光伏逆變器發(fā)送第一電壓控制指令。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型提供的光伏逆變器控制系統(tǒng)還包括:電壓dq變換器，與反饋控制裝置和光伏逆變器的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電壓相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電壓矢量并發(fā)送反饋控制裝置；電流dq變換器，與反饋控制裝置和光伏逆變器的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電流相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電流矢量并發(fā)送反饋控制裝置。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，光伏逆變器控制系統(tǒng)通過加入硬件濾波裝置，從根本上降低了光伏逆變器的直流側(cè)信號的波動，濾除了直流側(cè)電壓Udc相應(yīng)產(chǎn)生二次脈動功率，從而反饋控制裝置在實(shí)際的電壓外環(huán)控制中消除了直流電壓上的二次脈動，使得控制輸出量更加穩(wěn)定，而且不對電流內(nèi)環(huán)控制造成任何影響，從而優(yōu)化了并網(wǎng)電流質(zhì)量，未對光伏逆變器的控制核心算法進(jìn)行改變，結(jié)構(gòu)簡單，解決了光伏逆變器因三相電網(wǎng)不平衡跌落時產(chǎn)生二次脈動嚴(yán)重影響光伏電站接入電能質(zhì)量的問題，使光伏逆變器具備網(wǎng)側(cè)不平衡故障穿越能力的特性。

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)中對大中型光伏逆變器低電壓穿越性能要求的示意圖；[0022]圖2是現(xiàn)有技術(shù)光伏逆變器控制系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖4是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)中反饋控制裝置的示意圖。在以上附圖中，11為光伏逆變器，12為反饋控制裝置，13為濾波裝置，14為直流電壓檢測裝置，15為電流dq變換器，16為電壓dq變換器，Cdc為逆變器直流電容，Cdc2為附加直流電容。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種光伏逆變器控制系統(tǒng)，圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖3示，該光伏逆變器控制系統(tǒng)包括:直流電壓檢測裝置14，設(shè)置在光伏逆變器11的直流側(cè)，用于測量光伏逆變器11的直流側(cè)的電壓信號Udc ;濾波裝置13，與直流電壓檢測裝置14連接，用于濾除電壓信號的諧波；反饋控制裝置12，與濾波裝置13連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號向光伏逆變器11發(fā)送控制信號。本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)通過加入硬件濾波裝置13，從根本上降低了光伏逆變器11的直流側(cè)信號的波動，濾除了直流側(cè)電壓Udc相應(yīng)產(chǎn)生二次脈動功率，從而反饋控制裝置12在實(shí)際的電壓外環(huán)控制中消除了直流電壓上的二次脈動，使得控制輸出量更加穩(wěn)定，而且不對電流內(nèi)環(huán)控制造成任何影響，從而優(yōu)化了并網(wǎng)電流質(zhì)量，未對光伏逆變器11的控制核心算法進(jìn)行改變，解決了三相電網(wǎng)不平衡跌落時產(chǎn)生二次脈動嚴(yán)重影響光伏電站接入電能質(zhì) 量的問題。上述濾波裝置13的具體形式可以為帶阻濾波器或者低通濾波器。使用帶阻濾波器的情況下，該帶阻濾波器的阻帶中心頻率為二次諧波的頻率(100Hz或120Hz)，從而濾除二次諧波脈動的影響。優(yōu)選地，可以使用為有源帶阻濾波器。使用低通濾波器的情況下，低通濾波器的截止頻率高于基波頻率，使濾波器的不會影響基波信號的測量。優(yōu)選地，還可以在逆變器直流側(cè)的直流母線上增加額外的電容來進(jìn)一步吸收二次功率，圖4是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示，第二實(shí)施例的光伏逆變器11在第一實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了附加直流電容Ctk2，設(shè)置在光伏逆變器11的直流側(cè)。直流母線加入附加直流電容Ctk2后，二次功率可以被電容所吸收，電容上的電壓波動會隨電容容值的增加而減弱，這樣便可以起到消弱二次功率脈動對并網(wǎng)電流影響的作用。實(shí)際上，現(xiàn)有逆變器的直流側(cè)一般配置有逆變器直流電容Cd。，但是容值一般比較小，以500kW逆變器為例，一般該直流電容容值在lOOOOuF，這樣的電容量不足以吸收二次脈動功率，因此，在本實(shí)施例中增加了附加直流電容Ctk2，但是由于電容器的占地面積、經(jīng)濟(jì)性以及調(diào)整響應(yīng)速度的原因，以上附加直流電容的電容值也不可過大。附加直流電容的電容值的取值范圍為原有光伏逆變器11直流電容容值的2至5倍，即在500kW逆變器中，附加直流電容值為20000uF至50000uF。[0034]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)中反饋控制裝置的示意圖，如圖所示，該反饋控制裝置12包括:最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，與濾波裝置13連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號生成第一電壓控制指令。最大功率點(diǎn)跟蹤控制器(Maximum Power PointTracking Controller, MMPT Controller)通過測量比較不同直流電壓下的太陽能池板的輸出功率輸出最大工作功率點(diǎn)電壓Umppt*,通過直流控制器和第一比例積分(Proportionalintegral, PI)控制器，生成第一電流控制指令I(lǐng)d*，最終向光伏逆變器11發(fā)送第一電壓控制指令Ud*,以保證逆變器直流側(cè)電壓Udc需要實(shí)時跟蹤該最大工作功率點(diǎn)電壓Umppt*，從而組成電壓外環(huán)控制。上述第一比例積分控制器，與最大功率點(diǎn)跟蹤控制器連接，用于根據(jù)第一電流控制指令I(lǐng)d*向光伏逆變器11發(fā)送第一電壓控制指令Ud*。其中，Umppt*是一個指令值，通過測量比較不同直流電壓下的太陽能池板的輸出功率得到。逆變器直流側(cè)電壓Udc需要實(shí)時跟蹤該最大工作功率點(diǎn)電壓Umppt*。本使用新型的技術(shù)方案為通過改變輸出電流的指令值Id*來實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓Udc的跟蹤，當(dāng)Udc大于Umppt*時，增大輸出點(diǎn)Id*，相反，當(dāng)Udc小于Umppt*時，減小輸出點(diǎn)Id*。
同時功控制器獲取對目標(biāo)無功功率Q*和實(shí)測無功功率Q，通過第二 PI控制器向逆變器發(fā)送第二電流信號Iq*，組成電流內(nèi)環(huán)控制。光伏逆變器11在電壓控制指令Ud*和第二電流信號Iq*的控制下，將光伏電池輸出的直流電能逆變?yōu)轭~定電壓的交流電能以接入電網(wǎng)。此外，以上光伏逆變器11采用dq矢量控制，因此，本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏逆變器控制系統(tǒng)還可以包括:電壓dq變換器16，與反饋控制裝置12和光伏逆變器11的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電壓相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電壓矢量并發(fā)送反饋控制裝置12 ;電流dq變換器15，與反饋控制裝置12和光伏逆變器11的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電流相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電流矢量并發(fā)送反饋控制裝置12。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，光伏逆變器控制系統(tǒng)通過加入硬件濾波裝置，從根本上降低了光伏逆變器的直流側(cè)信號的波動，濾除了直流側(cè)電壓Ud。相應(yīng)產(chǎn)生二次脈動功率，從而反饋控制裝置在實(shí)際的電壓外環(huán)控制中消除了直流電壓上的二次脈動，使得控制輸出量更加穩(wěn)定，而且不對電流內(nèi)環(huán)控制造成任何影響，從而優(yōu)化了并網(wǎng)電流質(zhì)量，未對光伏逆變器的控制核心算法進(jìn)行改變，解決了三相電網(wǎng)不平衡跌落時產(chǎn)生二次脈動嚴(yán)重影響光伏電站接入電能質(zhì)量的問題。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，本實(shí)用新型中所提到的各個裝置或控制器均為有確定形狀、構(gòu)造且占據(jù)一定空間的實(shí)體裝置。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 直流電壓檢測裝置，設(shè)置在所述光伏逆變器的直流側(cè)，用于測量所述光伏逆變器的直流側(cè)的電壓信號； 濾波裝置，與所述直流電壓檢測裝置連接，用于濾除所述電壓信號的諧波； 反饋控制裝置，與所述濾波裝置連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號向所述光伏逆變器發(fā)送控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波裝置為帶阻濾波器，所述帶阻濾波器的阻帶中心頻率為二次諧波頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述帶阻濾波器為有源帶阻濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波裝置為低通濾波器，所述低通濾波器的截止頻率高于基波頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 附加直流電容，設(shè)置在所述光伏逆變器的直流側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述附加直流電容的電容值的取值范圍為所述光伏逆變器直流電容容值的2至5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制裝置包括: 最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，與所述濾波裝置連接，用于根據(jù)所述濾波后的電壓信號生成第一電流控制指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制裝置還包括: 第一比例積分控制器，與所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器連接，用于根據(jù)所述第一電流控制指令向所述光伏逆變器發(fā)送第一電壓控制指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光伏逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 電壓dq變換器，與所述反饋控制裝置和所述光伏逆變器的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電壓相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電壓矢量并發(fā)送所述反饋控制裝置； 電流dq變換器，與所述反饋控制裝置和所述光伏逆變器的交流側(cè)分別連接，用于采集交流側(cè)的三相電流相應(yīng)轉(zhuǎn)換為dq電流矢量并發(fā)送所述反饋控制裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種光伏逆變器控制系統(tǒng)。該光伏逆變器控制系統(tǒng)包括直流電壓檢測裝置，設(shè)置在光伏逆變器的直流側(cè)，用于測量光伏逆變器的直流側(cè)的電壓信號；濾波裝置，與直流電壓檢測裝置連接，用于濾除電壓信號的諧波；反饋控制裝置，與濾波裝置連接，用于根據(jù)濾波后的電壓信號向光伏逆變器發(fā)送控制信號。本實(shí)用新型通過加入硬件濾波裝置，降低了光伏逆變器的直流側(cè)信號的波動，濾除了直流側(cè)電壓相應(yīng)產(chǎn)生二次脈動功率，反饋控制裝置在實(shí)際的電壓外環(huán)控制中消除了直流電壓上的二次脈動，使得控制輸出量更加穩(wěn)定，而且不對電流內(nèi)環(huán)控制造成任何影響，用于網(wǎng)側(cè)不平衡故障時的光伏系統(tǒng)控制，使光伏逆變器具備網(wǎng)側(cè)不平衡故障穿越能力的特性。
文檔編號H02M1/14GK203119498SQ20122074305
公開日2013年8月7日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者郭龍龍, 易子琛, 梁京哲, 劉杰 申請人:北京君泰聯(lián)創(chuàng)低碳節(jié)能科技有限公司