[发明专利]一种光伏并网发电系统中三相变流器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电设备的控制方法，特别涉及一种光伏并网发电系统中三相变流器的控制方法，属于光伏发电系统控制技术应用领域。

背景技术

太阳能分布广泛，易于为人们利用，太阳能光伏发电这一清洁、环保、可再生的新型发电方式与核电、风电及水电相比，有不可替代的独到优势，正成为能源结构中重要的替代能源，得到了全球各国的广泛重视。太阳能光伏并网变流器是连接光伏阵列模块和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列模块运行于最大功率点和向电网注入正弦电流两大主要任务。对于光伏并网发电变流器来说，它需要实现如下几个功能：

(1)全局最大功率跟踪能力。目前的公开发表的最大功率点跟踪算法(MPPT)，基本都假设光伏发电系统中太阳能电池板的输出功率和输出电压的关系只有一个极大值点，也就是最大功率点，而实际上太阳能电池板由于制造、阴影、气象条件、布置位置等原因必定会出现多个极大值点，这就必须要求搜索算法避免陷入局部功率最大值点(LMPP)，减少额外的功率损失。

(2)快速、可靠的防孤岛能力。目前，孤岛检测技术主要分为被动式孤岛检测技术和主动检测技术。被动式孤岛检测容易漏检，而主动式孤岛检测则又会对电网造成扰动，如何兼顾孤岛检测的全面性和对电力系统的扰动最小，成为摆在光伏发电变流器设计人员面前的一大难题。

(3)采用先进的控制技术，抑制谐波，提高效率，降低成本，同时可灵活调节系统的有功和无功功率。变流器的效率是决定其性能的一个重要因素，为进一步提高效率，可在有功功率与无功功率调节、电抗与电容的选取，功率管开关频率的大小，交流侧输出的最低谐波次数等方面进行设计优化。目前要求单级变换的光伏并网变流器在额定负载时的变换效率不能低于97％。

(4)具有在电网短时异常时的安全穿越能力。电网尤其是低压电网在运行过程中不可避免的会受到各种干扰，导致其电压、频率等出现波动。作为并网型光伏发电变流器，既要在电网出现长期异常时进行保护，又要尽可能提高变流器承受电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度，避免频繁的保护，即要求变流器具有安全穿越能力，并且能合理区分电网长期异常与短时异常过程。

(5)提供标准、可靠的通讯方式及友好的人机接口界面，监控电网及变流器自身的状态，可提供远程操作与监控接口。

发明内容

本发明目的在于提出一种简单、可靠、高效、低成本的光伏发电系统中三相变流器的控制方法。

一种光伏并网发电系统中三相变流器的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在光伏并网发电系统中的三相变流器，对电网的三相电压Ua，Ub，Uc通过采用基于数字延迟信号对消算法的软件锁相环实时锁定电网频率f和正序相角θ；

2)对电网正序相角θ进行dq坐标变换得到三相电网电压和变流器桥臂电感电流的d、q轴分量U_sd、U_sq、I_cd、I_cq；

3)在直流侧采用全局最大功率跟踪算法和直流母线电压控制算法得到变流器桥臂电感电流的d轴分量参考I_cdref；

4)结合变流器无功控制要求和基于无功电流正反馈的孤岛检测算法得到变流器桥臂电感电流的q轴分量参考I_cqref；

5)在旋转坐标系下对变流器桥臂电感电流的d、q轴分量分别进行解耦控制，再与变流器输出LCL滤波器中电容电压的d、q轴分量U_fd、U_fq相叠加，获得变流器参考输出电压矢量；

6)将解耦所得的参考输出电压矢量经过脉宽调制器，生成控制脉冲信号；

7)将所述控制脉冲信号经驱动电路，控制变流器中功率半导体器件，生成相应的电压。

进一步地，所述步骤1)中通过采样得到电网的三相电压U_a，U_b，U_c，再由数字信号处理器采用数字延迟信号对消算法得到电网电压的正、负序d、q分量，然后将电网电压正序q轴分量作为软件锁相环PI调节器的反馈输入，通过PI算法控制电网电压正序q轴分量为0来输出变流器跟踪电网频率f的调整量，从而实时锁定电网频率f和正序相角θ。

进一步地，所述步骤3)中直流母线电压控制算法为虚拟阻尼控制方法；电流控制算法采用变流器桥臂电感电流控制算法。