第42卷第6期2020年12月
黑龙江电力
Heilongjiang Electric Power
乱世劫Vol.42Nn6
Dec.2020
D01：10.ki.hljec-2222.06.002
光伏并网系统低电压穿越控制策略研究
郭殿林，李勇超，李凯飞
(黑龙江科技大学电气与控制工程学院，哈尔滨15/022)
摘要：在分析二极管箝位式(NPC)逆变器的基础上，建立其dq坐标下的数学模型，设计了具有电压前馈环节的电压平方外环电流内环的双闭环的控制策略，实现正常电网情况下的光伏并网控制。针对电网电压跌落的情况，采用了双二阶广义积分的锁相环进行电压跌落检测，该方法保证了对电网跌落深度的有
效检测，基于跌落的深度设计了无功支撑的控制策略对跌落电压进行控制而达到不脱网运行的目的。仿真结果表明，当电网发生对称和不对称电压跌落时，能够对跌落电压进行检测并控制，使系统具有低电压穿越能力，提高了系统的适应性和稳定性。
关键词:NPC；光伏并网系统；无功支撑；低电压穿越
中图分类号：TM464文献标志码：A文章编号:2095-6843(2020)06-0474-06
Study on low voltage ride-through control strategy in
grid-connected photevvltaio system
GUO Dianlia，LI Yongchan,LI Kaifci
(School of Electricai and Conrioi Engineering，Heilongjiang University of Science and Techkolicy，Harbin15/022,China) Abstract:BaC on trie analysii of diole geetrai poigt clampee(NPC)igvebes，trie matriematicei molel in dq ce-orbinate is estaniishee，ang trie donbie cloe-loon controO starigy of ontes voltaye square loop ang inges enrreet loop witri voltaye feee-foraarb ling is dciarvC ri realize trie gan-congectee pPotovoltaic ccp I to-unges normdl gbn congitiont.Aiming at trie precce of power griC voltaae sdg,donbie cong-crbes yeceralizeC inteerai pPa-locheC loop it dnopriC to d
etect trie voltage sdg，trie metrioO ecret trie effective detection of sdg depth in powes gaCt. According to trie saa depth，trie ceptrol sridrigy of reactive powes suppon is desiagep to control trie voltage saa, as to 100x6trie puao of gan-cepgected opeatiog.Simulatiop resqltt show triat w O cp symmetricht ang dsymmeri acan voltaee say occnrs in powes gag，trie say voltaee cog be detecteC ang controlleC，mles trie system eave trie agility of low voltaee ane trironpe ang improvv trie aVagtaVility ang stagility of trie system.
Key worOt:NPC;gan-congecteC photovoltam system；reactive powea suppoa;low voltaee ad trironpe
0引言
近年来，随着全球环境污染问题和化石能源危机的不断加剧，太阳能等清洁可再生能源受到了越来越多关注，光伏发电产业得到了快速发展［1-2］0为了保障并网系统以及整个电网的安全稳定运行，各个国家都会根据本国的国情对光伏电站低电压穿越做出具体的要求。当电网电压跌落时，对于并网电流限制其不过流，维持逆变器不发生脱网是实现穿越的核丿卜。对于限制逆变器不过流，文献［3］
收稿日期：2222-04-31o
作者简介：郭殿林(1972)男，副教授，博士，研究方向为电力电子与电力传动。分析了光伏发电系统的渗透率，进而分析光伏系统的暂态影响因素，结果表明维持LVRT的稳定对系统暂态过程具有重要意义；文献［4］采用了当电压跌落时输出无功电流电压的支撑作用；文献［5］提出了利用虚拟磁链控制技术，在电压跌落时，通过改进的瞬时对称分量法提取出电压的正序分量，在基于系统中配置储能装置的基础上，控制逆变器两端功率的平衡，使得逆变器输出支撑的无功分量完成穿越；文献［6］在实现单位功率因数并网的基础上，提出一种新型的基于一阶惯性滤波正序分离的锁相控制技术，避免电压跌落时传统检测方式的延时造成的误差，对电压进行及时检测，提高了LVRT 控制性能；文献［4］提出电网不对称跌落时，利用基
第4期郭殿林，等：光伏并网系统低电压穿越控制策略研究•474-
SOGI锁相环技术对于电网电压的正负序量
分离提取，又设计电网正序电压矢量定向控制的方，保证电压跌落期间并网光伏的运行。
此文主要探讨在电网电压跌落条件下，基于双二阶广义积分的锁相环电压暂降深度
为了电网故障状态下低电压力，研究具有的低电压控制策略，到电压跌落时，断开正常工作的双闭环的电压外环,
其成为单电流内环的闭环，通过不同的跌落新计算和分配有功电流指令电流指令，实现光伏并网的正常运行到电网恢复。
1光伏逆变器的拓扑结构和数学模型选择二极管箝位式(NPC)三电平拓扑为光伏并网逆变结构，结构如图1所示。
图1二极管箝位型三电平逆变拓扑结构
Fig.1Topology of diodc nectrol poinh clamped three-lcvvl invvrtcr
其中y-为逆变器直流输入电压,C1和S为直流侧母线电容，而且C1二C2，理想状态下,C1和C2的两端电压，等于1/2F dc o在拓扑结构中，。点为直流侧的中点。逆变器共有6同的桥臂，分别为A、B、C桥臂，每一个桥臂有4开管,4个续流二极管,2个箝位二极管。该拓扑控制采用具有平衡因子的空间矢量调制技术(SVP-WM)，保证光伏变换器的2个电容电压保持
实现了中性点电压平衡控制。
2平衡状态下闭环控制策略
瞬理论，逆变器产生的瞬时有功如等式(1)所示：
P=V•i(1)式中：V二［v a V i V c］是电压矢量，二4)c c］T 电流矢量，电压与电流相乘是标量积。对于给定的电压矢量，有无穷大的电流矢量，它向电网传递完同的瞬时有。产生正弦电流的电流矢量由式(2)彳
式中:P是平均有功功率，厂是正序电压矢量。在式(2)中的电流矢量由一组完全平衡的正序正弦波成，与正序电压矢量单调成正比。直流电压控制动，此，在每个电网电压周期中，有功基为是一个常数，除了矢量厂具有
的振幅。因此，参考电流矢量具有恒定的振幅，这个振幅由式(3)给出：
八2P
/二yf-(3)
y+
式中：符号八表示峰值。从式(2)可以定义最大功为
P LIMIT-亍‘厂(4)该表达式限定电网电流幅度，且其中的厂是正序电压的数，此此值下降的故
降低逆变器输出的平。上述分析是在一般坐标系下的，同用参考坐标其他参考系。
图如图2所示，将直流电压平方误差经PI控制到实际有馈信号，根据光伏发电的，给出逆变器有基准，功率误差的调节极式(4)决定，依据双广义积分锁相环得到坐标系下的正序电压矢量，从而了
• 476 -黑龙江电力第42卷
静止坐标系下的电流矢量和同步坐标系下的电流 矢量，其中陷波器用 故 的直流母
线电压的二次振荡。这是一种简单的方法，获得电
网电压正序a 、分量 ，即使电网电压是
不平衡情况下。外环输出i ：作为电流内环的参考
指令，轴控制电流内环输出的有功分量，而g 轴控
制输出的 分量，如
达到并网运行的目的,
控制并网点电流的相位与电网的电流相
位相同，
实现单位
数运行。 〃轴星期四的英语单词
g 轴上的电流分量之间
为 的 而
,
酒糟汤圆的做法
立的控制，所 前馈 控
制 。
e d - a>Li (
u d
PI
PI
dq
V +
5
PI
◎+ 3比
W M
S
P
陷波器
直流电压 控制器
功率限制器 和电流计算
电网同步系统正序检测器I
■师花
图2双闭环控制框图
Fig. 2 Block diagram of double clod-loop control
3
低电压穿越控制策略
3.1基于双二阶广义积分锁相环的电压跌落检测
在电压不对称跌落的情况下，负序基频分量会
金先读什么
二 波，
的
， 所
正序分量和负序分量分离进而
正序
的相位
，而双二阶广义积分器
(S0-
GI )可以达到目的。二阶广义积分器 一
通滤波器，对中
的信号 大，并且 为
，
号的 ，信号
变
。二阶广义积分器 正 号
器、正负序
计算模块、PI 控制器、积分器和坐标变换模 成,
其结构原理图如图3所示⑻。
PI
%gabc
正交信号发生器
正负序计算
SOGI -QSG.
图3双二阶广义积分锁相环控制原理图
Fig. 2 Sckematio digram of double cond-orOeo generalized integrated phg-locked loop
SOGI —-QSG
3.2低电压穿越无功支撑控制策略
光伏并网 在正常工作时，采用双闭环控
制策略
运行，
故 电压跌落时，有的控制策略 工作，电流，
脱网，而且 :
器件 为过电流从而 ，所
乞巧节电压跌落时，要采用 的低电压 控制策
略
不脱网运行。
前级光伏电池的功
逆变器的输
并且
制逆变器
流，对有功电流 电流指令的重新分配而达
第4期郭殿林，等：光伏并网系统低电压穿越控制策略研究• 444 •
到低电压 的过程。
在电网发生故障时，要把并网电流限制在/ 1
倍的 电流，则有
i ；二 /(1. 1)2 - i 二 0. 46,
(5)
根据式(5)可知，如果有功电流指令维持原状,
电流指令一
电流的0.46倍,
值，那么逆变器 流。所以，当电压
跌落 ，如
电流指令，就一
对有 电流指令
控制 。
电压跌落 间的关系为
—仏-⑺仏一(0 - U)/U n
式中：为额定电压；“0为跌落前电压值乂为跌
落无功电流；人。为跌落前
电流；厶为 电流。
电压指令
达为
；二 J 二饥1- U~)I N
办可以经过前馈控制计算得出。而电流被限制为
I < 'max 二 1 4I N
一般规定％ M 2，此次取2，当逆变器输出为额定
电流时，有功电流指令为怎么鉴别紫砂壶
• *
2 • * 2
；二槡；-;
所以，当电网发生电压跌落的时候，采用图2中
的电流单闭环控制策略。
4
仿真分析
上分析，搭建了 MatlaV 的仿真模型，具
体仿真参数如表1所示。
表1仿真参数
Table 1 Simulation pcrometers
参数
数值参数
数值电网相电压有效值/V
220机侧滤波电感/mH
3.0
电网频率/He 50
滤波电容/piF 21开关频率/iHe 10
网侧滤波电感/mH
1.05
K PP =0. 15
直流侧输入电压/V
740
电压平方PI 控制器
K ；=150
K 厂24
漏=10系统额定功率/jw 20
电流控制器
K=20
K =200
直流侧电容C1、C2/piF
2200
4. 0电压跌落检测仿真
对SOGI 电压跌落
真验证，首先设
置电压三相对称跌落，同样使电压 60%跌落,
共0.0 t ，并且在0. 2 s t 跌落，得到如图4所示
波。
A /s ffi
-ffi 3
00
1-20-30
o o o O
o o O 3 2 10 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
t/s
(a)并网点电压
0 8 6 4 2
L O O.O.00.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
t/s
(b)〃轴电压标幺值
图4对称跌落时并网点电压及其d 轴分量
Fig. 4
VolUge a nd its d-cxit componevh ch grid-connected poinh when symmetricoi sac occurs
由上分析，当电网发生三相对称跌落时，可以 到电压d 轴有功分量跌落，并且
，证
电压跌落 。
电网 不对称跌落时，仿真条件同上，当
发生一相跌落时，则得到如图5所示波形。
通过上 真分析，可知在0.2 t 时v 相发生 跌落60%时，二阶广义积分器在 电网电压d 轴
有功分量在 跌落 ，说明其可以
单相电压跌落。
电网 两相跌落时，在相同的条件下得到
的波形如图4所示。
图4 (h )的仿真波形，可以
现当电网 两相电压跌落时，二阶广义积分器
的电压d 轴有功分量，在
电压跌落 可下 ， 其
不对 两 电压
跌落的情况
。
•478•黑龙江电力第42卷
Fng25 Fng26
A
/
s
ffi
-ffi
3
o
0.4
O
4.2低电压穿越控制策略仿真分析
分析电压跌落10%的工作情况，当电网电
压在0.2s时跌落10%，在0.3s时电压恢复。当电
压跌落时，逆变器的输出电流13倍的电
流，此时并没有的，逆变器继续以双
闭环控制策略运行，而逆变器输出的P和Q与正常
并没有很大区别，所电网电压跌落10%时对
逆变，工作波形如图7、图8所示。
O
8
6
4
2
L
O.
O.
O.
O.
0.10.20.3
t/s
(a)并网点电压
0.10.20.3
t/s
(b)〃轴电压标幺值
Imfl
1■
m ill
0.4
图5—相跌落时并网点电压及其d轴分量
Voltage and iis d-oxis componeni ai grig-oonnected
poini when single-pha sag occurs
A
/
s
ffi
-ffi
3
00.1 0.20.30.4
t/s
(a)并网点电压
0.1 0.20.30.40.5
t/s
(a)并网点电压
图7电压跌落10%并网点电压电流
Fig.2Voltage and cuoeoi ai grig-oonnected
poini when voltage sag is10%
1.0
8
运动完喝牛奶
6
4
2
O.
O.
什叶派国家O.
O.
°0
0.1 0.20.30.4
t/s
(b)〃轴电压分量
•
I
W
V
O
^
IK
图6两相跌落时并网点电压及d轴分量
Voltage and its d-oxie componeni ai rog-oonnected
poini when two-pha voltage sag occcre
图8电压跌落10%逆变器输出有功和无功功率
Fig.2Activv and redetivv power of inveOer
when voltagr sag is
10%
