一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法
2023-07-04 05:45:21 1
專利名稱：一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法
技術領域：
本發明涉及太陽能發電供電領域，具體涉及一種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環。
背景技術：
近幾年來伴隨著光伏設備裝機容量的擴大，太陽能發電供電比重越來越大，因此，必須考慮電網故障時光伏電站的各種運行狀態對電網穩定性的影響。電網三相不平衡故障中的單相跌落和雙相跌落對光伏併網的影響越來越嚴重。目前，隨著光伏電站發電量的逐年增大，一旦這些故障，就會導致光伏電站輸出的有功功率大量減少，增加整個系統的恢復難度，甚至可能加劇故障，引起其他機組的解列，導致大規模停電。這就要求光伏發電系統必須具備低電壓穿越能力。然而，只有迅速準確的檢測到電網電壓跌落幅值和相位，才能為發電系統實現低電壓穿越提供必要的前提條件。為了保證分布式發電系統在低電壓等三相不平衡情況下，能夠保持繼續併網運行，要求發電系統必須具備低電壓穿越能力。因此，三相不平衡鎖相技術是保證光伏發電併網的關鍵技術之一。所謂低電壓穿越技術(Low Voltage Ride-Through, LVRT)最早是在風力發電系統中提出的，對於光伏發電系統是指當光伏電站併網點電壓跌落時候，光伏電站能夠保持併網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網電壓恢復正常，從而「穿越」這個低電壓時間(區域)。要實現低電壓穿越，前提必須要保證能夠迅速準確的檢測到電網電壓跌落幅值和相位，這樣才能通過電流環控制保證光伏電站併網運行。目前的鎖相技術存在兩個方面問題。一是常見的鎖相技術存在零點漂移問題。這主要是因為現在光伏電站一般是採用三相四線制併網，也就是說直接採集到三相相電壓，然後基於同步旋轉坐標軸變換的控制策略，進行併網控制，但是由於電網經常存在不平衡現象，電壓波動，會使三相 四線制電網中線點零電位漂移，導致對電壓幅值相角的檢測存在很大的誤差。另外，目前，通常三相併網逆變器輸出需要經過一個變壓器連接到電網，現在市場上最常見到的是△/Y型變壓器，這樣要求併網逆變器輸出是三相三線制，即沒有直流母線的中線。如果併網逆變器輸出是三相四線制的話，則需要特製Y/A型或Y/Y型變壓器，這樣就會額外的增加併網設備的成本。二是目前的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響。這種電壓偏移通常是由測量、數據轉換和電網電壓的參數估計誤差引入的。例如，基於定點DSP的光伏併網發電逆變器在A\D轉換之前需要手動設置一個偏移量，使輸入給A\D的信號是0到3V。經A\D轉換之後的信號數據類型是無符號整型，再變換成有符號整型。因此，很難找到一種變換使前後完全的匹配。現有的鎖相環均是對三相相電壓進行採集，沒有考慮測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響，同時都是應用於風力發電領域的低電壓穿越技術，因此，亟需一種可行性高、檢測準確的三相不平衡電網檢測的鎖相環，滿足光伏併網低電壓穿越的需要
發明內容
本發明為了解決現有的鎖相技術存在需考慮零點漂移的影響和現有的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響的問題，提出了一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法。一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法的具體過程如下:步驟Al:電網電壓V輸入到二階正交信號發生器，二階正交信號發生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V』和qv』，然後同時執行步驟A2和步驟A3 ；步驟A2:對步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』進行計算，得到線電壓幅值Vems,將所述線電壓幅值Vkms轉換為相電壓幅值VP，然後執行步驟A4 ；步驟A3:將步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』輸入到鎖相環，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角Q1轉換為相電壓相位角e P，然後執行步驟A4 ；
步驟A4:根據步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0 p，利用逆變器電流控制策略進行併網，實現光伏併網低電壓穿越。其進一步特徵在於，所述二階正交信號發生器為設置有低通濾波器的二階正交信號發生器。上述設置有低通濾波器的二階正交信號發生器在所述步驟Al中的電網電壓V輸入到二階正交信號發生器，二階正交信號發生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V』和qv』的方法為:電網電壓V與二階正交信號發生器輸出信號V』做差後，得到偏差信號e，該偏差信號e經過放大器後，得到放大信號ke，該放大信號ke與信號qVi』做差，得到的信號輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率相乘，得到的信號經過積分環節後，得到輸出信號V』，該輸出信號V』輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號經過積分環節後，得到信號qVi』，放大信號k e輸入到低通濾波器，濾波後的信號與信號qVi』做差，得到輸出信號qv』，鎖相角頻率是經鎖相環鎖定的電網角頻率反饋值。上述所述步驟A2中的對步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』進行計算，得到線電壓幅值Vkms的方法為:根據公式求解，得到線電壓幅值。其進一步特徵在於，所述鎖相環為基於正交信號發生器的同步坐標系鎖相環。其進一步特徵還在於，所述步驟A3中的將步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』輸入到鎖相環，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測的方法為:"[目號v』、qv』和9i經過a @/dq變換得到/[目號Vq和vd,用\減去彳目號vq後經PI
調節器，得到角頻率偏差，該角頻率偏差與電網角頻率相加後得到鎖相角頻率《』，該鎖相角頻率CO』經過一個積分環節後，得到相電壓相位角Q1，整個過程構成一個負反饋，即實時對線電壓相位角進行檢測，並通過調節PI參數來精確鎖相。上述步驟A2中的將所述相電壓幅值Vems轉換為相電壓幅值Vp的方法為: 定義線電壓Uab的幅值為Vab，線電壓ub。的幅值為Vb。，線電壓ua。的幅值為Va。，相電壓Ua的幅值為Va，相電壓Ub的幅值為\，相電壓U。的幅值為V。，
由三相相電壓和相電壓的向量關係，可以得到方程Va2+Vb2+Va*Vb = Vab2Vb2+Vc2+Vb*Vc = Vbc2(I)Va2+Vc2+Va*Vc = Vac2三角形面積:
權利要求
1.一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，包括下述步驟: 步驟Al:電網電壓V輸入到二階正交信號發生器，二階正交信號發生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V』和qv』，然後同時執行步驟A2和步驟A3 ； 步驟A2:對步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』進行計算，得到線電壓幅值Vkms，將所述線電壓幅值Vkms轉換為相電壓幅值VP，然後執行步驟A4 ； 步驟A3:將步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』輸入到鎖相環，對線電壓相位角Q1進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角Q1轉換為相電壓相位角9 ，然後執行步驟八4; 步驟A4:根據步驟A2得到的相電壓幅值Vp和步驟A3得到的相電壓相位角0p，利用逆變器電流控制策略進行併網，實現光伏併網低電壓穿越。
2.根據權利要求1所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述二階正交信號發生器為設置有低通濾波器的二階正交信號發生器。
3.根據權利要求2所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述步驟Al中的電網電壓V輸入到二階正交信號發生器，二階正交信號發生器輸出相位相差90°的兩個正弦信號V』和qv』的方法為: 電網電壓V與二階正交信號發生器輸出信號V』做差後，得到偏差信號e，該偏差信號e經過放大器後，得到放大信號k e，該放大信號ke與信號qVi』做差，得到的信號輸入到乘法器，乘法器將該信號與 鎖相角頻率相乘，得到的信號經過積分環節後，得到輸出信號V』，該輸出信號V』輸入到乘法器，乘法器將該信號與鎖相角頻率通過乘法器相乘，得到的信號經過積分環節後，得到信號qVi』，放大信號k e輸入到低通濾波器，濾波後的信號與信號qVi』做差，得到輸出信號qv』，鎖相角頻率是經鎖相環鎖定的電網角頻率反饋值。
4.根據權利要求1或2所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述步驟A2中的對步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』進行計算，得到線電壓幅值Vems的方法為: 根據公式求解，得到線電壓幅值。
5.根據權利要求1或2所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述鎖相環為基於正交信號發生器的同步坐標系鎖相環。
6.根據權利要求1所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述步驟A3中的將步驟Al得到的兩個正弦信號V』和qv』輸入到鎖相環，對線電壓相位角6!進行鎖定及檢測的方法為: 信號v』、qv』和0 1經過a P/dq變換得到信號Vq和&，用<減去信號Vq後經PI調節器，得到角頻率偏差，該角頻率偏差與電網角頻率Qci相加後得到鎖相角頻率《』，該鎖相角頻率經過一個積分環節後，得到相電壓相位角Q1，整個過程構成一個負反饋，即實時對線電壓相位角進行檢測，並通過調節PI參數來精確鎖相。
7.根據權利要求1或2所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述步驟A2中的將所述相電壓幅值Vkms轉換為相電壓幅值Vp的方法為: 定義線電壓Uab的幅值為Vab，線電壓ub。的幅值為Vb。，線電壓ua。的幅值為Va。，相電壓Ua的幅值為va，相電壓Ub的幅值為vb，相電壓Uc的幅值為Vc，由三相相電壓和相電壓的向量關係，可以得到方程
8.根據權利要求1或2所述的適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，其特徵在於，所述步驟A4中將步驟A3得到的線電壓相位角轉換為相電壓相位角的方法為:定義線電壓Uab的相位角為eab，線電壓Ub。的幅值為eb。，線電壓Ua。的幅值為ea。，相電壓Ua的幅值為0a，相電壓Ub的幅值為0b，相電壓U。的幅值為0。， 根據正弦定理
全文摘要
一種適於光伏併網低電壓穿越的三相鎖相環方法，涉及太陽能發電供電領域，具體涉及一種具有低電壓穿越功能的三相鎖相環。本發明解決了現有的鎖相技術存在需考慮零點漂移的影響和現有的檢測方法沒有考慮由測量電壓偏移給電壓檢測帶來的影響的問題。過程為步驟A1電網電壓v輸入到二階正交信號發生器，輸出相位相差90°的兩個正弦信號v'和qv'；步驟A2對信號v'和qv'進行計算，得到線電壓幅值VRMS，將所述相電壓幅值VRMS轉換為相電壓幅值VP；步驟A3將信號v'和qv'輸入到鎖相環，對線電壓相位角θl進行鎖定及檢測；將所述線電壓相位角θl轉換為相電壓相位角θp；步驟A4根據相電壓幅值VP和相電壓相位角θp，利用逆變器電流控制策略進行併網，實現光伏併網低電壓穿越。本發明適用光伏電站。
文檔編號G01R25/00GK103219731SQ20131012525
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月11日 優先權日2013年4月11日
發明者徐鵬飛, 牟英峰, 周璨, 李國利 申請人:無錫美凱能源科技有限公司