本發明涉及并網光伏發電系統的控制方法，具體涉及適用于含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法。

背景技術：

光伏發電分為離網和并網兩種工作模式。近年來，光伏發電及并網技術發展迅速，太陽能正在由“補充能源”發展為下一代的新型“替代能源”之一。光伏發電采用動態過程極快的電力電子設備實現并網，與傳統同步機的動態特性截然不同，因此其控制方法與傳統同步機的控制方法有所不同。實際應用過程中，當光伏電站接入電網后，相應的電網系統變成多電源系統，會對系統潮流產生影響，潮流控制較為困難；當逆變器輸出輕載時，由光伏電站輸入到該電網系統中的諧波含量會明顯增加；當逆變器輸出側發生故障時，逆變器的交流側電壓降低，此時會降低功率開關器件的利用率，且會產生不平衡功率，影響光伏陣列的正常運行。兩級式逆變器包括調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點的DC/DC變換環節以及主要用于對輸出電流相位和幅值進行控制的DC/AC逆變環節，兩級式逆變器在光伏并網發電系統中得到了較為廣泛的應用，隨著并網投運的光伏電站的日益增多，對含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法進行研究和改進，顯得必要。

技術實現要素：

本發明的目的是：為包含兩級式電壓逆變器的光伏發電系統，提供一種無論在正常運行亦或在低電壓穿越情況下均能對逆變器交流側電壓電流波形以及直流側電壓穩定實施較好控制的含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法。

本發明的技術方案是：本發明的含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法，包括以下步驟：

①通過電壓互感器和電流互感器分別采集逆變器直流側電壓U_dc和交流側的電壓電流U_sa、U_sb、U_sc、I_a、I_b、I_c以及逆變器的升壓電路DC/DC輸入電壓U；

②根據步驟①測得的數據判斷逆變器直流側電壓是否達到額定電壓的1.1倍；當逆變器直流側電壓達到額定電壓的1.1倍時，通過調節DC/DC升壓電路中的功率開關器件開斷對逆變器輸入直流電壓進行控制；當逆變器直流側電壓未達到額定電壓的1.1倍時，控制光伏陣列出口端電壓為最大功率點電壓，使其運行在最大功率點；

③根據步驟①測得的數據，采用式(1)計算判斷閾值Ux，若Ux≤0，也即當逆變器交流側電壓大于或等于額定電壓的80％時，判定系統運行狀態正常，執行步驟④；若Ux＞0，也即當逆變器交流側電壓降至小于額定電壓的80％時，判定系統發生故障，執行步驟⑤；

式中，U_skrms為逆變器交流側的k相電壓的有效值，k＝a，b，c；U_N為逆變器交流側的額定電壓值；

④采用電壓外環控制和電流內環控制對逆變器實施雙環控制，其中，電壓外環控制通過控制輸入逆變器的直流電壓的穩定實施；內環電流控制通過dq解耦對輸出功率因數進行控制且通過令q軸電流參考值為0達到零功率因數輸出實施；

⑤對逆變器實施正負序控制：將逆變器交流側電壓分解為正序分量和負序分量分別控制，其中，負序分量僅采用電流內環控制，且電流的參考值均為0；正序分量采用電流單環控制，此時q軸電流參考值按式(2)和式(3)確定(q軸電流參考值不再為0)：

U_rms＝min{U_sarms,U_sbrms,U_scrms} (3)

式中：I_qref為q軸電流的參考值；I_dref為d軸電流的參考值；I_dref1為正常運行時由電壓外環控制得到的d軸電流參考值；U_N為逆變器交流側的額定電壓；U_sarms、U_sbrms、U_scrms分別為逆變器交流側a，b，c相電壓的有效值。

本發明具有積極的效果：本發明的含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法，在系統正常運行情況下可使光伏陣列運行于最大功率點，發出的功率為最大功率，且使逆變器工作于單位功率因數狀態下，只發出有功功率；當系統發生故障時，本發明的方法可以穩定逆變器直流側電壓，且可根據逆變器交流側電壓的跌落程度發出一定的無功功率，用于支撐網側電壓。

附圖說明

圖1為本發明方法的流程圖；

圖2是實施例中所采用的光伏并網發電系統的仿真圖；

圖3是實施例中在本發明作用下的三相接地故障時逆變器交流側電壓的波形圖；

圖4是實施例中在本發明作用下的三相接地故障時電容電壓的波形圖；

圖5是實施例中在本發明作用下的三相接地故障時有功和無功功率的波形圖；

圖6是實施例中在本發明作用下的三相接地故障時測得的故障點處的電壓波形與現有技術中采用一般雙環控制時故障點處的電壓波形對比圖；

圖7是實施例中在本發明作用下的三相接地故障時測得的故障點處的電壓波形與現有技術中采用一般雙環控制時故障點處的放大的電壓波形對比圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

(實施例1)

參見圖1，本實施例的含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法，包括以下步驟：

①通過電壓互感器和電流互感器分別采集逆變器直流側電壓U_dc和交流側的電壓電流U_sa、U_sb、U_sc、I_a、I_b、I_c以及升壓電路DC/DC輸入電壓U；

②根據步驟①測得的數據判斷逆變器直流側電壓是否達到額定電壓的1.1倍；當逆變器直流側電壓達到額定電壓的1.1倍時，通過調節DC/DC升壓電路中的功率開關器件開斷對逆變器輸入直流電壓進行控制；當逆變器直流側電壓未達到額定電壓的1.1倍時，控制光伏陣列出口端電壓為最大功率點電壓，使其運行在最大功率點；

③根據步驟①測得的數據，采用式(1)計算判斷閾值Ux，若Ux≤0，也即當逆變器交流側電壓大于或等于額定電壓的80％時，判定系統運行狀態正常，執行步驟④；若Ux＞0，也即當逆變器交流側電壓降至小于額定電壓的80％時，判定系統發生故障，執行步驟⑤；

式中，U_skrms為逆變器交流側的k相電壓的有效值，k＝a，b，c；U_N為逆變器交流側的額定電壓值；

④采用電壓外環控制和電流內環控制對逆變器實施雙環控制，其中，電壓外環控制通過控制輸入逆變器的直流電壓穩定實施；內環電流控制通過dq解耦對輸出功率因數進行控制且通過令q軸電流參考值為0達到零功率因數輸出實現；

⑤對逆變器實施正負序控制：將逆變器交流側電壓分解為正序分量和負序分量分別控制，其中，負序分量僅采用電流內環控制，且電流的參考值均為0；正序分量采用電流單環控制，此時q軸電流參考值按式(2)和式(3)確定(q軸電流參考值不再為0)：

U_rms＝min{U_sarms,U_sbrms,U_scrms} (3)

式中：I_qref為q軸電流的參考值；I_dref為d軸電流的參考值；I_dref1為正常運行時由電壓外環控制得到的d軸電流參考值；U_N為逆變器交流側的額定電壓；U_sarms、U_sbrms、U_scrms分別為逆變器交流側a，b，c相電壓的有效值。

為驗證本實施例的含兩級式電壓逆變器的并網光伏發電系統的控制方法的有效性，本實施例中采用如圖2所示的仿真光伏并網發電系統，對本發明做進一步詳細說明。

如圖2所示的仿真光伏并網發電系統，包括光伏電池、具有DC/DC和DC/AC兩級的逆變器、輸出電壓L、變壓器1和變壓器2等器件，變壓器2接電網，該仿真系統的相關參數如表1和表2所示。

表1光伏組件和陣列參數

表2逆變器和變壓器參數

假定在0.5s～1.1s時在圖2所示的故障點發生經5Ω三相接地故障，其故障期間逆變器交流側電壓的波形圖如圖3所示，直流側電容電壓的波形如圖4所示，直流側輸出的功率波形如圖5所示。由圖3可以看出，在故障發生后，逆變器交流側的電壓依然可以保持為三相對稱電壓；由圖4可以看出在故障期間，逆變器DC/AC直流側輸入電壓可以保持穩定，而逆變器升壓電路DC/DC輸入電壓升高，這是由于在故障期間有不平衡功率存在，為了減少光伏陣列輸出的功率，因此光伏陣列的出口端電壓升高。從圖5可以看出在正常運行情況下，逆變器以單位功率因數運行，輸出無功功率為0，但是在故障期間，逆變器輸出一定的無功功率用于支撐電網電壓。

為了說明該控制策略的有效性，將該模型中的控制策略改為現有技術中一般的雙環控制，即在故障期間直接對逆變器交流側電壓進行控制，且I_qref＝0，I_dref為故障時刻的d軸電壓參考值且故障期間保持不變。在本發明的方法和現有技術中一般的雙環控制方法控制作用下，測得故障點處的電壓波形如圖6和圖7所示。由圖7中可很明顯的看出在本發明方法的控制作用下，故障點的電壓比一般雙環控制高0.22kV，可見本發明的控制方法的有效性。

以上實施例是對本發明的具體實施方式的說明，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本發明的專利保護范圍。