一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法
一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能光伏发电技术领域，具体地，设及一种弱光情况下光伏并网逆 变器的参考输出电流生成方法。
【背景技术】
[0002] 由于光伏并网逆变器是PWM斩波型电力电子装置，必定存在较大的高次谐波。特 别弱光情况下，光伏逆变器的负载率低，通常在10%W下，逆变器并网电流崎变率（T皿）通 常大于5%，特别是逆变器的开关频率及其整数倍附近的谐波含量超标严重，大型光伏电站 容量可能达到百兆瓦级，即使1 %的负载率，输出容量也将达到1MW的水平。
[0003] 该时，若光伏逆变器继续并网运行，则光伏电站却是一个很大的谐波源，反而增加 了大电网的负担；若光伏逆变器停止运行，则出现弃光现象，造成严重电能浪费。因此，光伏 并网逆变器的输出电流质量问题已经成为制约大型光伏电站电网接入的突出问题。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在注入电网电流谐波含量 超过国家标准、弃光而导致的电能损失W及电网安全性差等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考 输出电流生成方法，W实现注入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是；一种弱光情况下光伏并网逆变器的 参考输出电流生成方法，包括：
[0007] a、利用对称分量法提取正负序电压分量；
[000引 b、计算正序电压有效值；
[0009] C、根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。
[0010] 进一步地，所述步骤a,具体包括：
[0011] 利用对称分量法，对=相电网电压进行正负序电压分量提取。
[0012] 进一步地，所述步骤b，具体包括：
[0013] 采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角0p，计算同步旋转坐标系下的 d、q轴基波正序电压分量Udp和Uqp;
[0014] 利用yjul+ir,/、/S计算电网电压有效值Ui。
[0015] 进一步地，所述步骤C，具体包括：
[0016] 当电网电压有效值Ui处于额定值Uw的-10%至+10%之间时为电网电压正常区 域：
[0017] 若光线较强，则根据电网无功调度要求，即来自电网调度中屯、的无功功率指令Q* 或光伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*，根据'
计算参考无功 电流分量 ?
[0018] 若光线较弱，则根据本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电 牟 流曲线进行计算参考无功电流分量z'y 一 〇
[0019] 进一步地，所述步骤C，具体还包括：
[0020] 当检测到电网电压有效值Ui由额定值UW的+10%向-C%、-10 %方向变化时，由式 (1) 计算需要吸收的无功电流指令
[0021] (1);
[0022] B%需要根据实际情况进行优化，B% -般处于5%至15%之间；Iw表示光伏并网 逆变器的额定电流；C为数值较小的正数。
[0023] 进一步地，所述步骤C，具体还包括：
[0024]当检测到电网电压有效值Ui由额定值UW的-10%向+C%、+10%方向变化时，由式 (2) 计算需要发出的无功电流指令_
[0025] (2);
[0026] B%需要根据实际情况进行优化，B%-般处于5%至15%之间山表示光伏并网 逆变器的额定电流；C为数值较小的正数。
[0027] 本发明各实施例的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，由于包 括；利用对称分量法提取正负序电压分量；计算正序电压有效值；根据光线强弱及电压降 落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流；从而可W克服现有技术中注入电网 电流谐波含量超过国家标准、弃光而导致的电能损失W及电网安全性差等缺陷，W实现注 入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
[002引本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0029] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0030] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0031] 图1为本发明中光伏并网逆变器的参考输出电流的控制框图，（a)为功率控制图， 化）为电压控制图；
[0032] 图2为本发明电网电压正常时电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流 曲线图。
【具体实施方式】
[0033] W下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034] 根据本发明实施例，如图1和图2所示，提供了一种弱光情况下光伏并网逆变器的 参考输出电流生成方法。该弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，从控制 并网电流谐波水平角度出发进行设计弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流，解决了 弱光情况下光伏并网逆变器的输出电流质量问题，使得光伏电站获得最大的发电收益，W 及保障电力系统安全稳定运行。
[0035] 本发明所采用的技术方案是，一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生 成方法，W经典的单级式=相光伏并网逆变器为主电路，该主电路可W是两电平=相桥式 逆变器，也可W是T型或二极管错位型S电平逆变器，采用LC交流滤波电路。
[0036] 图1是光伏并网逆变器的参考输出电流的控制框图。控制器采样光伏阵列的输出 电压化V和输出电流Ipv，采用经典的扰动观察法，得到光伏阵列电压指令化v_ref，与光伏 阵列的输出电压化V进行相减，其误差经过经典比例积 分（PI)调节器运算后，得到最大功 率点跟踪条件下的参考有功电流^利用对称分量法，对=相电网电压进行正负序电压分 〇 量提取，采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角0P，计算同步旋转坐标系下的t q轴基波正序电压分量Udp和U。。，从而利用人；+1去计算电网电压有效值Ui。当电网 电压有效值Ui与额定值UW相比跌落10 %W下时为低电压故障区域；当电网电压有效值U1与额定值叫相比上升10%W上时为高电压故障区域，该两个区域分别属于低电压穿越区域 和高电压穿越区域，不是本发明的工作范围，因此在此不再讨论。而当电网电压有效值Ui处 于额定值叫的-10%至+10%之间时为电网电压正常区域，此时若光线较强（即光伏阵列的 输出功率不低于额定功率的A%，此时光伏并网逆变器输出电流的谐波含量刚好等于5% 的国家标准，假设A=20)，则系统根据电网无功调度要求（即来自电网调度中屯、的无功功 率指令Q*或光伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*)，根据貧=计算参 考无功电流分量（i若光线较弱（即光伏阵列的输出功率不高于额定功率的A% )，则根据 本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲线进行计算参考无功电 流分量<"参考有功电流/^和参考无功电流分量/;一旦确定，则可^根据现有的同步旋转 坐标系下的电流控制算法就可W使光伏并网逆变器的输出电流波形接近正弦波。
[0037] 图2是电网电压正常时电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲线，它 是满足滞环关系的曲线。当检测到电网电压有效值Ui由额定值Uw的+10%向-C% (注；C 为数值较小的正数，例如0. 5)、-10%方向变化（即按照图中实线箭头一方向变化）时，由 式（1)计算需要吸收的无功电流指令z'^^当检测到电网电压有效值Ul由额定值Uw的-10% 向+C%、+10%方向变化（即按照图中虚线箭头一方向变化）时，由式（2)计算需要发出的 无功电流指令其中，B%需要根据实际情况进行优化，B% -般处于5%至15%之间。Iw 表示光伏并网逆变器的额定电流：
[0040] 因此，本发明的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法可W解决弱 光情况下光伏并网逆变器输出电流谐波超过国家标准问题，利于提高系统的发电效率，具 有广阔的应用前景。
[0041] 本发明的有益效果是，电网电压正常时，通过增加吸收或发出的无功电流，既有助 于控制并网点电压在额定电压附近，也有助于增加并网电流的基波含量，因此降低谐波电 流含量的相对值，达到满足国标对谐波电流含量的要求。
[0042] 最后应说明的是；W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特征在于，包括： a、 利用对称分量法提取正负序电压分量； b、 计算正序电压有效值； c、 根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。2. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤a，具体包括： 利用对称分量法，对三相电网电压进行正负序电压分量提取。3. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤b，具体包括： 采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角θ p，计算同步旋转坐标系下的d、q轴 基波正序电压分量UdD和U gp; 利用计算电网电压有效值Up4. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体包括： 当电网电压有效值U1处于额定值U -10%至+10%之间时为电网电压正常区域： 若光线较强，则根据电网无功调度要求，即来自电网调度中心的无功功率指令Q*或光 伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*，根据计算参考无功电流 分量C.若光线较弱，则根据本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲 承 线进行计算参考无功电流分量& 〇5. 根据权利要求4所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体还包括： 当检测到电网电压有效值U1由额定值U N的+10 %向-C %、-10 %方向变化时，由式（1) 计算需要吸收的无功电流指令ζ .Β%需要根据实际情况进行优化，Β%-般处于5%至15%之间；In表示光伏并网逆变 器的额定电流；C为数值较小的正数。6. 根据权利要求5所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体还包括： 当检测到电网电压有效值U1由额定值U Ν的-10 %向+C %、+10 %方向变化时，由式（2) 计算需要发出的无功电流指令&B%需要根据实际情况进行优化，-般处于5%至15%之间；In表示光伏并网逆变 器的额定电流；C为数值较小的正数。
【专利摘要】本发明公开了一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，包括：利用对称分量法提取正负序电压分量；计算正序电压有效值；根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。本发明所述弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，可以克服现有技术中注入电网电流谐波含量超过国家标准、弃光而导致的电能损失以及电网安全性差等缺陷，以实现注入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/01
【公开号】CN104901336
【申请号】CN201510312781
【发明人】戴伟, 陈芳, 孙向东, 安少亮, 任碧莹, 王月盈
【申请人】新疆希望电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能光伏发电技术领域，具体地，设及一种弱光情况下光伏并网逆 变器的参考输出电流生成方法。
【背景技术】
[0002] 由于光伏并网逆变器是PWM斩波型电力电子装置，必定存在较大的高次谐波。特 别弱光情况下，光伏逆变器的负载率低，通常在10%W下，逆变器并网电流崎变率（T皿）通 常大于5%，特别是逆变器的开关频率及其整数倍附近的谐波含量超标严重，大型光伏电站 容量可能达到百兆瓦级，即使1 %的负载率，输出容量也将达到1MW的水平。
[0003] 该时，若光伏逆变器继续并网运行，则光伏电站却是一个很大的谐波源，反而增加 了大电网的负担；若光伏逆变器停止运行，则出现弃光现象，造成严重电能浪费。因此，光伏 并网逆变器的输出电流质量问题已经成为制约大型光伏电站电网接入的突出问题。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在注入电网电流谐波含量 超过国家标准、弃光而导致的电能损失W及电网安全性差等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考 输出电流生成方法，W实现注入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是；一种弱光情况下光伏并网逆变器的 参考输出电流生成方法，包括：
[0007] a、利用对称分量法提取正负序电压分量；
[000引 b、计算正序电压有效值；
[0009] C、根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。
[0010] 进一步地，所述步骤a,具体包括：
[0011] 利用对称分量法，对=相电网电压进行正负序电压分量提取。
[0012] 进一步地，所述步骤b，具体包括：
[0013] 采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角0p，计算同步旋转坐标系下的 d、q轴基波正序电压分量Udp和Uqp;
[0014] 利用yjul+ir,/、/S计算电网电压有效值Ui。
[0015] 进一步地，所述步骤C，具体包括：
[0016] 当电网电压有效值Ui处于额定值Uw的-10%至+10%之间时为电网电压正常区 域：
[0017] 若光线较强，则根据电网无功调度要求，即来自电网调度中屯、的无功功率指令Q* 或光伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*，根据'
计算参考无功 电流分量 ?
[0018] 若光线较弱，则根据本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电 牟 流曲线进行计算参考无功电流分量z'y 一 〇
[0019] 进一步地，所述步骤C，具体还包括：
[0020] 当检测到电网电压有效值Ui由额定值UW的+10%向-C%、-10 %方向变化时，由式 (1) 计算需要吸收的无功电流指令
[0021] (1);
[0022] B%需要根据实际情况进行优化，B% -般处于5%至15%之间；Iw表示光伏并网 逆变器的额定电流；C为数值较小的正数。
[0023] 进一步地，所述步骤C，具体还包括：
[0024]当检测到电网电压有效值Ui由额定值UW的-10%向+C%、+10%方向变化时，由式 (2) 计算需要发出的无功电流指令_
[0025] (2);
[0026] B%需要根据实际情况进行优化，B%-般处于5%至15%之间山表示光伏并网 逆变器的额定电流；C为数值较小的正数。
[0027] 本发明各实施例的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，由于包 括；利用对称分量法提取正负序电压分量；计算正序电压有效值；根据光线强弱及电压降 落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流；从而可W克服现有技术中注入电网 电流谐波含量超过国家标准、弃光而导致的电能损失W及电网安全性差等缺陷，W实现注 入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
[002引本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0029] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0030] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0031] 图1为本发明中光伏并网逆变器的参考输出电流的控制框图，（a)为功率控制图， 化）为电压控制图；
[0032] 图2为本发明电网电压正常时电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流 曲线图。
【具体实施方式】
[0033] W下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034] 根据本发明实施例，如图1和图2所示，提供了一种弱光情况下光伏并网逆变器的 参考输出电流生成方法。该弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，从控制 并网电流谐波水平角度出发进行设计弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流，解决了 弱光情况下光伏并网逆变器的输出电流质量问题，使得光伏电站获得最大的发电收益，W 及保障电力系统安全稳定运行。
[0035] 本发明所采用的技术方案是，一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生 成方法，W经典的单级式=相光伏并网逆变器为主电路，该主电路可W是两电平=相桥式 逆变器，也可W是T型或二极管错位型S电平逆变器，采用LC交流滤波电路。
[0036] 图1是光伏并网逆变器的参考输出电流的控制框图。控制器采样光伏阵列的输出 电压化V和输出电流Ipv，采用经典的扰动观察法，得到光伏阵列电压指令化v_ref，与光伏 阵列的输出电压化V进行相减，其误差经过经典比例积 分（PI)调节器运算后，得到最大功 率点跟踪条件下的参考有功电流^利用对称分量法，对=相电网电压进行正负序电压分 〇 量提取，采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角0P，计算同步旋转坐标系下的t q轴基波正序电压分量Udp和U。。，从而利用人；+1去计算电网电压有效值Ui。当电网 电压有效值Ui与额定值UW相比跌落10 %W下时为低电压故障区域；当电网电压有效值U1与额定值叫相比上升10%W上时为高电压故障区域，该两个区域分别属于低电压穿越区域 和高电压穿越区域，不是本发明的工作范围，因此在此不再讨论。而当电网电压有效值Ui处 于额定值叫的-10%至+10%之间时为电网电压正常区域，此时若光线较强（即光伏阵列的 输出功率不低于额定功率的A%，此时光伏并网逆变器输出电流的谐波含量刚好等于5% 的国家标准，假设A=20)，则系统根据电网无功调度要求（即来自电网调度中屯、的无功功 率指令Q*或光伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*)，根据貧=计算参 考无功电流分量（i若光线较弱（即光伏阵列的输出功率不高于额定功率的A% )，则根据 本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲线进行计算参考无功电 流分量<"参考有功电流/^和参考无功电流分量/;一旦确定，则可^根据现有的同步旋转 坐标系下的电流控制算法就可W使光伏并网逆变器的输出电流波形接近正弦波。
[0037] 图2是电网电压正常时电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲线，它 是满足滞环关系的曲线。当检测到电网电压有效值Ui由额定值Uw的+10%向-C% (注；C 为数值较小的正数，例如0. 5)、-10%方向变化（即按照图中实线箭头一方向变化）时，由 式（1)计算需要吸收的无功电流指令z'^^当检测到电网电压有效值Ul由额定值Uw的-10% 向+C%、+10%方向变化（即按照图中虚线箭头一方向变化）时，由式（2)计算需要发出的 无功电流指令其中，B%需要根据实际情况进行优化，B% -般处于5%至15%之间。Iw 表示光伏并网逆变器的额定电流：
[0040] 因此，本发明的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法可W解决弱 光情况下光伏并网逆变器输出电流谐波超过国家标准问题，利于提高系统的发电效率，具 有广阔的应用前景。
[0041] 本发明的有益效果是，电网电压正常时，通过增加吸收或发出的无功电流，既有助 于控制并网点电压在额定电压附近，也有助于增加并网电流的基波含量，因此降低谐波电 流含量的相对值，达到满足国标对谐波电流含量的要求。
[0042] 最后应说明的是；W上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特征在于，包括： a、 利用对称分量法提取正负序电压分量； b、 计算正序电压有效值； c、 根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。2. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤a，具体包括： 利用对称分量法，对三相电网电压进行正负序电压分量提取。3. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤b，具体包括： 采用锁相环得到基波正序电压分量的同步旋转角θ p，计算同步旋转坐标系下的d、q轴 基波正序电压分量UdD和U gp; 利用计算电网电压有效值Up4. 根据权利要求1所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体包括： 当电网电压有效值U1处于额定值U -10%至+10%之间时为电网电压正常区域： 若光线较强，则根据电网无功调度要求，即来自电网调度中心的无功功率指令Q*或光 伏并网逆变器自身预先设定的无功功率指令Q*，根据计算参考无功电流 分量C.若光线较弱，则根据本发明提出的电网电压有效值变化与系统需要补偿的无功电流曲 承 线进行计算参考无功电流分量& 〇5. 根据权利要求4所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体还包括： 当检测到电网电压有效值U1由额定值U N的+10 %向-C %、-10 %方向变化时，由式（1) 计算需要吸收的无功电流指令ζ .Β%需要根据实际情况进行优化，Β%-般处于5%至15%之间；In表示光伏并网逆变 器的额定电流；C为数值较小的正数。6. 根据权利要求5所述的弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，其特 征在于，所述步骤c，具体还包括： 当检测到电网电压有效值U1由额定值U Ν的-10 %向+C %、+10 %方向变化时，由式（2) 计算需要发出的无功电流指令&B%需要根据实际情况进行优化，-般处于5%至15%之间；In表示光伏并网逆变 器的额定电流；C为数值较小的正数。
【专利摘要】本发明公开了一种弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，包括：利用对称分量法提取正负序电压分量；计算正序电压有效值；根据光线强弱及电压降落大小与无功电流补偿曲线计算需要补偿的无功电流。本发明所述弱光情况下光伏并网逆变器的参考输出电流生成方法，可以克服现有技术中注入电网电流谐波含量超过国家标准、弃光而导致的电能损失以及电网安全性差等缺陷，以实现注入电网谐波含量小、光伏发电量多、电网安全性好的优点。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/01
【公开号】CN104901336
【申请号】CN201510312781
【发明人】戴伟, 陈芳, 孙向东, 安少亮, 任碧莹, 王月盈
【申请人】新疆希望电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月9日
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