一种并网逆变器及其运行模式控制方法与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种并网逆变器及其运行模式控制方法。


背景技术：

2.电网阻抗，是指从公共连接点看进去的供电系统的阻抗。由于线路阻抗、并网机组数量、负载以及并网逆变器系统运行方式等因素的变化，电网阻抗存在一定大小的变化；过大的电网阻抗，即出现弱电网时，会造成并网逆变器控制系统的带宽下降，传统逆变器电流源控制的并网模式受到严重挑战，导致并网逆变器系统稳定性降低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种并网逆变器及其运行模式控制方法，以解决弱电网时系统稳定性低的问题。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.本发明第一方面提供了一种并网逆变器的运行模式控制方法，包括：
6.采集所述并网逆变器的并网电流；
7.根据所述并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，判断所述并网逆变器是否运行于弱电网场景；
8.若所述并网逆变器运行于弱电网场景，则将所述并网逆变器的运行模式由电流源并网模式切换为电压源并网模式。
9.可选的，根据所述并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，判断所述并网逆变器是否运行于弱电网场景，包括：
10.根据所述并网电流，确定其中所含各个所述次同步频率的谐波幅值最大值；
11.判断所述谐波幅值最大值是否大于预设阈值；
12.若所述谐波幅值最大值大于所述预设阈值，则判定所述并网逆变器运行于弱电网场景。
13.可选的，根据所述并网电流，确定其中所含各个所述次同步频率的谐波幅值最大值，包括：
14.通过谐波检测模块，分别计算各个所述次同步频率的谐波幅值；
15.确定各个所述谐波幅值中最大的一个作为所述谐波幅值最大值。
16.可选的，所述谐波检测模块为：基于快速傅里叶变换fft进行谐波检测的模块。
17.可选的，根据所述并网电流，确定其中所含各个所述次同步频率的谐波幅值最大值，包括：
18.采用带通滤波器，从所述并网电流中提取各个所述次同步频率的谐波；
19.确定各个所述谐波的幅值最大值作为所述谐波幅值最大值。
20.可选的，在采集所述并网逆变器的并网电流之前，还包括：
21.控制所述并网逆变器运行模式于电流源并网模式，并设置所述预设阈值的取值。
22.可选的，各个所述次同步频率分别为：大于零且小于电网频率的各个整数频率。
23.可选的，在根据所述并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，判断所述并网逆变器是否运行于弱电网场景之后，还包括：
24.若所述并网逆变器未运行于弱电网场景，则维持所述并网逆变器的运行模式为电流源并网模式。
25.本发明另一实施例还提供了一种并网逆变器，包括：逆变电路和控制系统；
26.所述逆变电路受控于所述控制系统；
27.所述控制系统用于执行如上述第一方面任一段落所述的并网逆变器的运行模式控制方法。
28.可选的，还包括：至少一个dcdc变换电路；
29.所述dcdc变换电路的一端连接直流源，另一端连接所述逆变电路的直流侧；
30.所述dcdc变换电路受控于所述控制系统；
31.和/或，
32.所述并网逆变器还包括：至少一个acdc变换电路；
33.所述acdc变换电路的交流侧连接相应的交流源，所述acdc变换电路的直流侧连接至所述逆变电路的直流侧；
34.所述acdc变换电路受控于所述控制系统。
35.本发明提供的并网逆变器的运行模式控制方法，首先采集并网逆变器的并网电流；然后根据该并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，确认当前是否出现由于弱电网引起的电流源并网模式下的次同步震荡，也即判断并网逆变器是否运行于弱电网场景；由于电压源并网模式下并网逆变器具有更好的弱电网适应性能，所以，若并网逆变器运行于弱电网场景，则主动将并网逆变器的运行模式由电流源并网模式切换为电压源并网模式，从而确保了并网逆变器和电网之间的安全稳定运行。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例提供的并网逆变器的运行模式控制方法的流程图；
38.图2为本发明实施例提供的并网逆变器的运行模式在电流源并网模式和电压源并网模式下，输出电流波形变化示意图；
39.图3为本发明实施例提供的并网逆变器的运行模式控制方法的流程图；
40.图4为本发明实施例提供的并网逆变器的运行模式控制方法的流程图；
41.图5为本发明实施例提供的并网逆变器的运行模式控制方法的流程图；
42.图6为本发明实施例提供的带通滤波器的频率设置情况示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
45.本发明提供一种并网逆变器的运行模式控制方法，以解决弱电网时系统稳定性低的问题。
46.如图1所示，该并网逆变器的运行模式控制方法，包括：
47.s101、采集并网逆变器的并网电流。
48.一般情况下，并网逆变器会运行于电流源并网模式；正常运行时，通过设置于并网逆变器交流侧的电流传感器，即可检测得到其并网电流。
49.值得说明的是，现有技术中通常会在交流侧设置有相应的电流传感器，以通过其检测得到并网电流后，作为反馈的实际值，以用于并网逆变器的电流输出控制；所以执行该运行模式控制方法时，可以借助该已有的电流传感器，而不必额外设置新的电流传感器。
50.s102、根据并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，判断并网逆变器是否运行于弱电网场景。
51.各个次同步频率分别为：大于零且小于电网频率的各个整数频率，比如，电网频率为50hz时，各个次同步频率分别为1hz至49hz。
52.实际应用中，通常采用scr(short circuit ratio，短路比)来表征新能源电站并网点的电网强弱，scr的计算公式为：(电站并网点电压2/电站并网点等值阻抗)/电站装机容量。在较低的scr情况下，并网逆变器注入的任何扰动都将被弱电网放大；例如在弱电网情况下，比如scr<3时，并网逆变器容易出现次同步震荡问题。
53.步骤s102通过检测次同步频率处的谐波幅值h
n
，一般典型特征为0<n<50hz，从而确认当前是否出现由于弱电网引起的电流源并网模式下的次同步震荡。
54.若并网逆变器运行于弱电网场景，则执行步骤s103。
55.s103、将并网逆变器的运行模式由电流源并网模式切换为电压源并网模式。
56.从阻抗角度来看，次同步震荡是发电设备和传输线阻抗不匹配而造成的不稳定现象，所以从控制上把电流源并网模式改为电压源并网模式，能够重塑发电设备的阻抗特性，进而能够抑制该不稳定现象。图2所示为testcondition：scr＝2时，即测试条件为scr＝2时，并网逆变器的运行模式由电流源并网模式(即图2中所示的current source mode)改为电压源并网模式(即图2中所示的voltage source mode)后，并网逆变器的输出电流波形变化。
57.而若并网逆变器未运行于弱电网场景，则可以维持并网逆变器的运行模式继续为电流源并网模式。
58.本实施例提供的该运行模式控制方法，借助电压源并网模式下并网逆变器具有更好的弱电网适应性能的特点，在并网逆变器运行于弱电网场景时，通过模式切换，使并网逆变器主动由电流源并网模式切换为电压源并网模式进行并网运行，从而确保了并网逆变器和电网之间的安全稳定运行。
59.需要说明的是，现有技术中存在一种基于电网阻抗自适应的逆变器模式切换方案，其主要是通过电网阻抗的大小来判断是否处于弱电网，从而进行并网运行模式的切换。但由于实际应用中，其获取电网阻抗时所采用的电网容量的短路比，是一个综合的等效值，无法通过1台逆变器或者1个电站获取真实的等效短路容量比；只有获取到一个区域，比如一个县/一个市或者一个地区内，所有电站的并网容量后，才能判断出真实的短路容量，所以实际上难以获取到真实的短路容量。
60.而本实施例提供的该运行模式控制方法，基于并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，来判断并网逆变器是否运行于弱电网场景，避免了现有技术中基于电网阻抗进行弱电网判断时，由于难以获取到真实的短路容量，而带来的判断可靠性低的问题。
61.在上一实施例的基础之上，优选的，该运行模式控制方法中的步骤s102、根据并网电流中各个次同步频率的谐波幅值，判断并网逆变器是否运行于弱电网场景，如图3中所示，具体包括：
62.s201、根据并网电流，确定其中所含各个次同步频率的谐波幅值最大值。
63.对于该步骤s201，其具体实现方式可以根据实际情况而定，图4和图5中分别给出了两种具体示例：
64.(1)如图4中所示，该步骤s201可以包括：
65.s301、通过谐波检测模块，分别计算各个次同步频率的谐波幅值。
66.实际应用中，该谐波检测模块可以是基于fft(fast fourier transform，快速傅里叶变换)进行谐波检测的模块，或者，也可以是采用小波变换等方式来进行谐波检测的模块；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
67.对于50hz电网，其各个次同步频率分别为1次至49次，则该谐波检测模块可以分别计算1次到49次的谐波幅值h1、h2、
…
、h
49
。
68.s302、确定各个谐波幅值中最大的一个作为谐波幅值最大值。
69.采用公式hsub＝max(h1，h2…
h
49
)，其中，max函数表示求取最大值函数，即可以求取h1、h2、
…
、h
49
内的最大值，作为该谐波幅值最大值hsub。
70.(2)如图5中所示，该步骤s201可以包括：
71.s401、采用带通滤波器，从并网电流中提取各个次同步频率的谐波。
72.s402、确定各个谐波的幅值最大值作为谐波幅值最大值。
73.仍以50hz电网为例，实际应用中，可以如图6所示，设置该带通滤波器的低频段截止频率为1hz，高频处截止频率为49hz，此时可将1次到49次的所有谐波提取出来，从而可获得h1至h
49
的谐波幅值最大值hsub。
74.执行完步骤s201之后即可执行下述步骤：
75.s202、判断谐波幅值最大值是否大于预设阈值。
76.也即判断hsub>hmax是否成立，其中hmax为该预设阈值；实际应用中，具体可以是在步骤s101之前，控制并网逆变器运行模式于电流源并网模式的同时，或者，控制并网逆变
器运行模式于电流源并网模式之前，设置该预设阈值hmax的具体取值；其取值大小视其应用环境而定即可，此处不做具体限定。
77.若谐波幅值最大值大于预设阈值，则执行步骤s203。
78.s203、判定并网逆变器运行于弱电网场景。
79.下面以50hz电网为例，对该运行模式控制方法给出如下一个完整示例：
80.步骤1，并网逆变器运行于电流源并网模式，并设置次同步谐振判断阈值，也即上述预设阈值hmax。
81.步骤2，并网逆变器运行在电流源并网模式后，通过采集并网电流il，采取任意一种方式获取次同步谐波的谐波幅值最大值hsub。
82.步骤3，判断条件hsub>hmax是否满足；若是，则转入步骤4，否则转入步骤1，继续运行在电流源并网模式下。
83.步骤4，并网逆变器由电流源并网模式向电压源并网模式切换，以电压源并网模式进行并网运行。
84.本实施例提供的该运行模式控制方法，基于并网电流的次同步谐波的提取或谐波幅值计算，并通过识别次同步谐波的谐波幅值最大值来判断逆变器是否运行于弱电网场景；并在判断出次同步谐波超过设定值后，将运行模式主动由电流源并网模式切换为电压源并网模式，从而确保并网逆变器的安全稳定运行。
85.本发明另一实施例还提供了一种并网逆变器，其具体包括：逆变电路和控制系统；其中：
86.该逆变电路受控于控制系统；且该控制系统用于执行如上述任一实施例所述的运行模式控制方法，该方法的具体执行过程参见上述实施例即可，不再一一赘述。
87.实际应用中，该逆变电路的直流侧可以直接连接直流源，比如光伏阵列或者电池系统。或者，该并网逆变器还可以包括：至少一个dcdc变换电路；各dcdc变换电路的一端连接相应的直流源，另一端均连接至逆变电路的直流侧；进而实现不同直流源的一级变换，避免不同直流源之间的环流。另外，该并网逆变器还可以包括：至少一个acdc变换电路；各acdc变换电路的交流侧连接相应的交流源，比如风力发电机，各acdc变换电路的直流侧均连接至逆变电路的直流侧；进而实现不同交流源的机侧变流。
88.该dcdc变换电路和该acdc变换电路均受控于控制系统。
89.该并网逆变器的其他结构设置参见现有技术即可，不再一一赘述。
90.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
91.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和
软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
92.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。