一种非隔离型及隔离型光伏并网逆变器软并网方法

技术领域

本发明涉及一种非隔离型及隔离型光伏并网逆变器软并网方法。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭和由于使用化石能源所带来的环境污染和温室效应，可再生 能源必将逐步取代传统能源，成为未来能源结构中的主导。而可再生能源中的太阳能，由 于其自身的各种优势，将占据未来世界能源结构的重要地位，成为未来世界能源的主体。 太阳能的利用多采用光伏发电的形式，通过并网逆变器将太阳能转换成的电能输送到电网 上去。光伏并网逆变器的直流侧为直流支撑电容以稳定直流母线电压，交流侧多采用LCL 滤波器以抑制高频谐波电流，使馈入电网的能量满足电能质量要求。

如图1所示，光伏并网逆变器交流侧一般会通过交流接触器与电网连接，如果是隔离 型光伏并网逆变器，还需通过三相工频变压器与电网隔离，若接触器直接合闸的话，由于 变压器的激磁涌流以及滤波电容充电，在合闸的瞬间，会有很大的冲击电流，这对逆变器 自身及电网都不利。

如图2所示，为了克服上述问题，一般采用电阻辅助软启的方式来实现逆变器的软并 网。首先合上辅助接触器QF2，通过电阻来进行限流，等合上主接触器QF1后，再断开QF2， 软启完成。采用这种方式，在硬件电路上需增加一个辅助接触器以及三相软启电阻。三相 软启电阻若阻值较小，则流过电阻的电流很大，需要选取功率很大的电阻；若阻值较大， 虽然电流较小，但电阻上分压较大，在合QF1时，再次给电容充电，冲击电流仍然较大， 故电阻的选择是一个折衷的过程，阻值和功率比较难以确定。

申请号为201110169396.9的一篇名称为《一种光伏并网逆变器及其并网控制方法》中， 公开了一种光伏并网逆变器，如图3，该逆变器包括直流信号检测模块、逆变模块、变压器、 交流接触器、交流信号检测模块以及控制电路，交流信号检测模块用于检测光伏并网逆变 器的输出电流和电网电压，控制电路包括由d轴电流调节器和q轴电流调节器组成的电流 环PI调节器，以及励磁指令运算模块，由励磁指令运算模块输出一个输出量作为q轴电流 调节器的参考信号，控制逆变模块输出无功分量对变压器进行预励磁，当预励磁完成，闭 合交流接触器，实现光伏并网逆变器准确安全的并网。

该专利进行软并网时，虽然省去了图2中的三相软启电阻，解决了图2中电阻的阻值 和功率难以确定的问题，但是，该专利中的软并网方法由于是通过对变压器的励磁实现的， 所以，该方法只适用于装有隔离变压器的逆变器进行并网，具有一定的局限性，而且需要 由励磁指令运算模块输出一个输出量作为q轴电流调节器的参考信号，并网前还需要检测 直流母线电压，并网过程复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种非隔离型及隔离型光伏并网逆变器软并网方法，用以解决现 有软并网方法只能针对隔离型光伏并网逆变器实现软并网，具有一定局限性，且并网过程 复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种非隔离型光伏并网逆变器软并网方法，检测 电网电压和非隔离型光伏并网逆变器的输出电流，所述输出电流经Clark/Park变换后分别形 成q轴和d轴电流调节器的反馈信号，给定非隔离型光伏并网逆变器的无功电流参考值i_q-ref和有功电流参考值i_{d_ref}分别作为q轴和d轴电流调节器的参考信号，将所述反馈信号与所 述参考信号进行比较，并分别经过各自对应的电流调节器调节后，由SVPWM空间矢量模 块进行PWM脉宽调制后控制逆变模块输出无功电流对滤波电容进行预充电，当非隔离型光 伏并网逆变器输出的电压与电网电压相等时，将非隔离型光伏并网逆变器并入电网。其中， 无功电流参考值i_q-ref=U_g2πfC_f，有功电流参考值i_{d_ref}=0，U_g为电网相电压，C_f为滤波电容 值，f为电网频率。

对非隔离型光伏并网逆变器的输出电流检测点位于LCL滤波器的第一电感与电容之 间，所述LCL滤波器由第一电感、电容和第二电感组成。

本发明还提供了一种隔离型光伏并网逆变器软并网方法，检测电网电压和隔离型光伏 并网逆变器的输出电流，所述输出电流经Clark/Park变换后分别形成q轴和d轴电流调节器 的反馈信号，给定隔离型光伏并网逆变器的无功电流参考值i_q-ref1和有功电流参考值i_{d_ref1}分 别作为q轴和d轴电流调节器的参考信号，将所述反馈信号与所述参考信号进行比较，并 分别经过各自对应的电流调节器调节后，由SVPWM空间矢量模块进行PWM脉宽调制后 控制逆变模块输出无功电流对滤波电容进行预充电，当隔离型光伏并网逆变器输出的电压 与电网电压相等时，将逆变器并入电网。其中，无功电流参考值i_q-ref1=U_g2πfkC_f，有功电 流参考值i_{d_ref1}=0，U_g为电网相电压，C_f为滤波电容值，f为电网频率，k为变压器变比。

对隔离型光伏并网逆变器的输出电流检测点位于LCL滤波器的第一电感与电容之间， 所述LCL滤波器由第一电感、电容和第二电感组成。

本发明达到的有益效果：本发明的软并网方法，通过对LCL滤波器中的滤波电容进行 预充电来实现软并网，跟隔离变压器关系不大，即使没有隔离变压器一样可以实现无缝并 网。

本发明的方法只需要采集交流侧的电流和电压，而且参考电流信号只需要根据网侧电 压即可计算得到，而且不需要检测直流侧的电流和电流，因此不需要专门设置一个计算模 块和直流检测模块，结构简单，并网过程更加简便，提高了并网速度。

附图说明

图1是光伏并网逆变器与电网连接示意图；

图2是光伏并网逆变器三相电阻软启示意图；

图3是现有的省去三相软启电阻的光伏并网逆变器软并网示意图；

图4是本发明非隔离型光伏并网逆变器软并网原理；

图5是本发明隔离型光伏并网逆变器软并网原理；

图6是本发明非隔离型及隔离型光伏并网逆变器软并网控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

非隔离性光伏并网逆变器软并网方法实施例：

如图4，光伏并网逆变器作为交流电流源，输出交流电流I_c，对非隔离型光伏并网逆变 器，其输出电压U_out即为滤波电容C_f的电压，当U_out与电网电压U_g近似相等时，合上交流 接触器，并网冲击电流很小，实现软并网。

如图6所示，本发明的非隔离型光伏并网逆变器包括：逆变模块，用于将输入的直流 电转变为交流电；交流接触器，用于切换非隔离型光伏并网逆变器的离网、并网状态；电 网电压检测电路以及逆变器输出电流检测电路，分别用于检测电网电压以及非隔离型光伏 并网逆变器输出电流；LCL滤波器，由第一电感、滤波电容和第二电感组成，用于抑制高 频谐波电流；锁相环PLL，用于对检测到的电网电压进行锁相，得到电网电压的相位；d轴 电流PI调节器、q轴电流PI调节器、Clark/Park变换模块和SVPWM空间矢量模块。i_d-ref、 i_q-ref分别为d轴电流PI调节器、q轴电流PI调节器的参考信号，非隔离型光伏并网逆变器 工作于单电流环状态，电流内环有功参考值i_{d_ref}=0，无功参考值i_{q_ref}根据电网电压和滤波 电容值计算得出，逆变模块直流侧为电池板开路电压，在合上交流接触器QF1前，通过检 测电网电压，经过PLL锁相得到电网电压的相位θ，逆变器输出电流检测电路检测到的输 出电流经过Clark、Park变换后得到d轴电流PI调节器、q轴电流PI调节器的反馈信号i_d-fdb、 i_q-fdb，该反馈信号i_d-fdb、i_q-fdb分别与参考信号i_d-ref、i_q-ref进行比较，比较后的电流值经过 PI调节器调节后，输出的电流经SVPWM空间矢量模块进行PWM脉宽调制后控制逆变模 块输出无功电流对滤波电容进行预充电，当检测到滤波电容两端的电压与电网电压一致时， 闭合交流接触器QF1，非隔离型光伏并网逆变器进入正常运行的双环控制模式，实现软并 网。Clark、Park变换和SVPWM空间矢量模块的PWM脉宽调制属于本领域技术人员熟知 技术，在此不再赘述。

根据图4可知，无功电流参考值i_{q_ref}的计算方式为i_q-ref=U_g2πfC_f，其中，i_q-ref为非隔 离型光伏并网逆变器的无功电流参考值，U_g为电网相电压，C_f为滤波电容值，f为电网频率。 软件设计时，计算出无功电流指令i_{q_ref}后，将实际指令按一定的步长斜坡递增至目标值， 这样电容电流无冲击，输出电压Uout的建立过程平稳、无超调。在同步完成后，交流接触 器合闸，在合闸瞬间，由于电流采用了闭环控制，而且两侧电压基本相同，能够很好的抑 制合闸时的电流冲击。合闸完成后，逆变器由单环转入到正常运行时的双环控制模式，软 并网过程完成。

本发明非隔离性光伏并网逆变器软并网方法的具体步骤如下：

检测电网电压和非隔离型光伏并网逆变器的输出电流，所述输出电流经Clark/Park变换 后分别形成q轴和d轴电流调节器的反馈信号，给定非隔离型光伏并网逆变器的无功电流 参考值i_q-ref和有功电流参考值i_{d_ref}分别作为q轴和d轴电流调节器的参考信号，将所述反 馈信号与所述参考信号进行比较，并分别经过各自对应的电流调节器调节后，由SVPWM 空间矢量模块进行PWM脉宽调制后控制逆变模块输出无功电流对滤波电容进行预充电，当 非隔离型光伏并网逆变器输出的电压与电网电压相等时，将非隔离型光伏并网逆变器并入 电网。其中，无功电流参考值i_q-ref=U_g2πfC_f，有功电流参考值i_{d_ref}=0，U_g为电网相电压， C_f为滤波电容值，f为电网频率。

隔离性光伏并网逆变器软并网方法实施例：

本实施例的并网过程与非隔离型光伏并网逆变器相同，不再赘述。本实施例与非隔离 型光伏并网逆变器软并网的不同之处在于，如图5所示，隔离型光伏并网逆变器还设有一 个隔离变压器，对于隔离型光伏并网逆变器，其输出电压U_out为变压器开路电压，因此， 当变压器的开路电压与电网电压一致时，闭合交流接触器QF1实现软并网；另外，对工频 变压器的隔离型光伏并网逆变器，一般激磁电感较大，这一支路的阻抗远大于滤波电容C_f支路的阻抗，故逆变器输出电流主要流过C_f，则有：i_q-ref1=U_g2πfkC_f，其中，i_q-ref1为隔 离型光伏并网逆变器的无功电流参考值；U_g为电网相电压；C_f为滤波电容值；f为电网频率； k为变压器变比。

本发明隔离性光伏并网逆变器软并网方法的具体步骤如下：

检测电网电压和隔离型光伏并网逆变器的输出电流，所述输出电流经Clark/Park变换后 分别形成q轴和d轴电流调节器的反馈信号，给定隔离型光伏并网逆变器的无功电流参考 值i_q-ref1和有功电流参考值i_{d_ref1}分别作为q轴和d轴电流调节器的参考信号，将所述反馈信 号与所述参考信号进行比较，并分别经过各自对应的电流调节器调节后，由SVPWM空间 矢量模块进行PWM脉宽调制后控制逆变模块输出无功电流对滤波电容进行预充电，当隔离 型光伏并网逆变器输出的电压与电网电压相等时，将逆变器并入电网。其中，无功电流参 考值i_q-ref1=U_g2πfkC_f，有功电流参考值i_{d_ref1}=0，U_g为电网相电压，C_f为滤波电容值，f为 电网频率，k为变压器变比。

本发明项目受国家高技术研究发展计划（863计划）课题资助，课题编号： 2012AA050206。