级联型光伏并网逆变器低电压穿越的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法，特别是提供了一 种在网侧电压出现不对称故障时，实现级联型光伏逆变器柔性并网的方法，属于光伏并网 发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，光伏发电技术在我国发展迅猛，装机容量大幅上升，光伏并网发电接入电 网的比例越来越大，光伏并网发电系统与电力系统之间的相互影响不容忽视。当电网发生 故障造成并网点电压跌落时，一旦光伏电站发生大范围脱网，就可能造成电网电压与频率 崩溃，严重影响电网的安全稳定运行和供电可靠性。因此，对于大容量光伏并网发电系统， 要求光伏并网系统具备低电压穿越能力，当电网发生故障时，应保证光伏发电系统不脱网， 维持电网电压与频率的稳定，提高并网发电的电能质量。
[0003]目前光伏并网逆变器低电压穿越技术的实现主要采用超级电容和改进控制策略 两种方法。使用超级电容能够短时间内快速充放电，用于抑制电网故障期间的功率不平衡 与电网电流冲击，并有助于提高逆变器输出性能、改善输出电能质量，但超级电容器增加了 逆变器的硬件成本和装置控制的复杂度。通过改进控制策略来实现光伏并网系统的低电压 穿越无须额外的硬件开销，由于光伏电池板输出的特性决定了光伏发电系统不存在大惯性 环节，通过改进控制策略，限制逆变器的输出电流，可以获得光伏并网系统的低电压穿越能 力。比较经典的方法为矢量控制，矢量控制方法需要对并网点电压与并网电流分别进行正 负序分量提取和坐标变换，控制系统比较复杂。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提出一种级联型光伏并网逆变器的 低电压穿越控制方法，该方法可以在网侧电压发生故障时不发生直流侧电压突变，并保证 三相电流对称和单位功率因数输入，实现无缝切换，大大增强装置的可靠性。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] -种级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法，包括以下步骤：
[0007] S1、建立不对称电网故障条件下网侧电压的数学模型，得出各故障条件下三相网 侧电压幅值与相位之间的规律，并基于所得规律推导出故障条件下级联型光伏并网逆变器 的控制方法；
[0008] S2、采用总的直流侧电压与网侧电流解耦控制，实现并网逆变器的有功和无功功 率控制；
[0009] S3、在保证三相总的有功不变的条件下，采用相间功率平衡控制；
[0010] S4、采用相内功率平衡控制，保证每个功率单元直流侧电压稳定；
[0011] S5、网侧电压故障时，采用基于旁路原理的低电压穿越控制。
[0012] 进一步地，在步骤S1中，得出各故障条件下三相网侧电压幅值与相位之间的规 律，具体为：
[0013] 规律一：当发生单相接地短路时，零序与负序分量的幅值是电压跌落深度的1/3 ; 当发生单相接地短路时，相电压正序分量初相位为〇度，零序和负序分量初相位均为180 度，艮Ρ θ η= Θ z=冗；
[0014] 规律二：当发生相间短路时，相电压负序分量的幅值是电压跌落深度的1/2,当eb。 减小为〇时，负序分量与正序分量幅值相等；当发生相间短路时，相电压正序和负序分量初 相位均为0度，即θ n= 0,不存在零序分量。
[0015] 进一步地，在步骤S3中，相间功率平衡控制具体为，通过利用三相差值功率APa、 APb、ΔΡ。来计算需要注入的零序电压分量uz，并满足ΔΡ'ΔΡ'ΔΡ。：。，uz用于调节正 常运行或网侧电压故障时的相间功率不平衡。
[0016] 进一步地，在步骤S4中，相内功率平衡控制具体为，根据每个功率单元MPPT输出 的参考电压与直流侧实际电压\^的差值通过一个PI控制器得到各自Η桥的占空比 有功修正值A ddk，Δ ddk与初始的占空比值d相加，得到每个功率单元最终的占空比指令值 ddk，从而实现相内直流侧电压的稳定。
[0017] 进一步地，在步骤S5中，网侧故障电压控制具体为，
[0018] 首先，判断网侧电压故障类型，依据判断的网侧电压故障类型进行如下控制：当发 生单相接地短路故障时，采用基于零序电压注入的故障容错控制；当发生相间短路故障时， 采用基于负序电压注入的故障容错控制；
[0019] 然后，根据网侧电压跌落深度分别计算出需要旁路的单元数；
[0020] 最后，根据旁路单元数计算出需要注入的零序指令电压Uc]或负序指令电压（u an、 Ubn、Ucn)。
[0021] 进一步地，在步骤S2中，总的直流侧电压及电流解耦控制具体为，各相链节的输 出电压指令值《!、<、％经过相内功率平衡控制模块得出各个功率单元的输出电压调制 波.《i、<、<，最后通过载波移相PWM调制模块生成Η桥各个开关器件的脉冲信号。
[0022] 进一步地，各相链节的输出电压指令值由输出的各相链节电压指令 值ua、ub、u。和相间功率平衡控制输出的零序电压u 2以及网侧故障控制输出的零序指令电 压u。共同构成。
[0023] 进一步地，各相链节的输出电压指令值由输出的各相链节电压指令值 ua、ub、u。和相间功率平衡控制输出的零序电Suz以及网侧故障控制输出的负序指令电压 uan、ubn、ucn共同构成。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 一、该种级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法不仅可以保证级联型光伏 并网逆变器继续运行，并且使继续运行的功率单元维持在最大功率跟踪状态。
[0026] 二、在网侧电压发生不对称故障时，本发明可以快速实现相间功率平衡和直流侧 电压稳定。
[0027] 三、本发明可以实现零电压穿越控制，并旁路较少的功率单元数，实现了逆变器输 出功率的最大化。
[0028] 四、本发明不需要额外的旁路开关设备，只需要设置每个桥臂功率器件的开关状 态就可以旁路功率单元，响应速度较快，比较适合于网侧电压出现暂态故障时快速旁路功 率单元，实现低电压穿越控制。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明实施例中级联型光伏并网逆变器系统结构图；
[0030] 图2是不对称故障时网侧相电压矢量图，其中（a)为a相接地短路故障矢量图， (b)为be相间短路故障矢量图；
[0031] 图3是低电压穿越总控制框图；
[0032] 图4是网侧故障时电压控制框图；
[0033] 图5是功率单元旁路示意图；
[0034] 图6是相间发生短路故障时的仿真波形。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0036] 实施例
[0037] 该种级联型光伏并网逆变器低电压穿越的控制方法，以两种常见不对称电网故障 条件下网侧电压的数学模型为基础，总结出不同故障条件下三相网侧电压幅值与相位之间 的规律。
[0038] 基于上述规律推导出不同故障条件下级联型光伏并网逆变器的控制方法：（1)在 发生单相接地短路故障时，采用基于零序电压注入的故障容错控制；（2)两相发生相间短 路故障时，采用基于负序电压注入的故障容错控制。
[0039] 通过设置Η桥功率器件的开关状态旁路功率单元实现级联型光伏并网逆变器的 低电压穿越控制，旁路时重新计算正常运行单元的最优调制比，并调整载波移相模块生产 新的PWM脉冲信号。
[0040] 实施例方法可保证光伏并网逆变器在网侧电压故障期间输出对称的三相电流，实 现光伏并网逆变器单位功率因数运行，对光伏发电大规模并网后保证电网的安全稳定运行 具有重要意义。
[0041] 实施例用于级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制，图1为级联型光伏并网逆 变器的系统结构图，其中各单相分别由Ν个Η桥单元串联组成，三相之间采用星型接线方 式，Ν为星型接线的中性点。
[0042] 如图3所示，整体直流侧电压及电流解耦控制模块输出的各相链节电压指令值 ua、ub、u。和相间功率平衡控制输出的零序电Suz以及网侧故障控制输出的零序指令电压 I(或负序指令电压uan、ubn、um)共同构成了各相链节的输出电压指令值《!、<、心再经 过相内功率平衡控制模块得出各个功率单元的输出电压调制波《1、最后通过载 波移相PWM调制模块生成Η桥各个开关器件的脉冲信号。
[0043] 本发明针对级联型光伏并网逆变器提出了一种基于旁路原理的低电压穿越控制 策略，包括以下步骤：
[0044] 1)建立两种不对称电网故障条件下网侧电压的数学模型，总结出不同故障条件下 三相网侧电压幅值与相位之间的规律；
[0045] 1. 1)当发生单相接地短路时：
[0046] a.零序与负序分量的幅值是电压跌落深度的1/3 ;
[0047] b.相电压正序分量初相位为0度，零序和负序分量初相位均为180度，8卩θ n = θ ζ= π。
[0048] 1.2)当发生相间短路时：
[0049] a.相电压负序分量的幅值是电压跌落深度的1/2,当eb。减小为0时，负序分量与 正序