一种快速可靠的低电压穿越判定方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速可靠的低电压穿越判定方法，所述方法采用三相电压瞬时值对应的正序电压d轴分量结合来进行判定，式中为电网电压瞬时值的d轴正序分量，为电三相电网电压瞬时值的d轴负序分量，为常数；当计算出小于或者值小于时，判定电网电压发生了跌落，当低电压穿越发生时，本发明的方法所用时间较短，从而使逆变器迅速动作，提高了光伏发电系统的快速性。
【专利说明】-种快速可靠的低电压穿越判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源发电领域，尤其涉及一种光伏逆变器和风机变流器的低电压穿 越的判定方法。
【背景技术】
[0002] 《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》和《国家电网公司风电场接入电网技 术规定》中对光伏发电站和风电场的低电压穿越要求如下：大型和中型光伏电站或风电场 应具备一定的耐受电压异常的能力，避免在电网异常时脱网，引起电网电源的损失。
[0003] 当并网点在图1中电压轮廓线W下时，允许光伏电站或者风电场停止向电网线路 送电。参考图1，Uw为运行的最低电压限制，取0.9倍额定电压，Uu为需要耐受的电压下 限，Tl为电压跌落到Uu时需要保持并网的时间，Ts为电压跌落到Uw时需要保持并网的时 间。光伏电站接入标准中，Ulo取0.9倍额定电压，Uli取0.2倍额定电压，Tl取Is, Ts取3s ; 风电场接入标准中，化。取0. 9倍额定电压，Uu取0. 2倍额定电压，Tl取0. 625s，T2取3s。
[0004] 现有的低电压穿越判定方法为判定H相电压的幅值是否低于0. 9倍额定电压，但 是此种方法需要至少需要一个工频周期的电压信息，才能计算出H相电压的额定值，因此 时间上至少滞后0. 02s，使系统在电压异常时的快速性受到限制。传统的跌落方式判断中， 依据瞬时值进行判断时，快速性要求能达到要求，但是在浅度跌落时（90%不平衡跌落W及 80%不平衡跌落）由于发生误判的概率较大，从而影响低电压穿越算法的运行及电网的质 量。
[0005] 另有中国专利公布号为；CN102854421A，公布日为2013. 1. 2公开了一种光伏逆变 器低电压穿越的快速判定方法，所述方法采用公式U=Ua啡a+Ub啡b+Uc啡C进行计算，式中 Ua,化，化分别为A，B，C H相电网电压瞬时值，根据计算得到的U值来判断：当计算出U值 小于阔值Ul时，判定电网电压发生了跌落；当计算出U值小于阔值U2时，则判定电网电压 低于需要耐受的电压下限，逆变器断开电网，停止运行。该种判断方法由于是采用瞬时值进 行判断，判断的及时性基本满足要求，但是容易出现误判，比如电网出现谐波含量较大时， 或者电网电压出现闪变和跳变时，均会出现误判的现象，同时浅度跌落时容易出现误判，判 断精度不高，本文所述专利能完全克服此类误判现象。
【发明内容】
[0006] 本发明为了克服系统在电网电压异常情况的处理快速性和准确性上的制约，缩短 判定的时间W及提高判据的准确性，提出一种快速可靠的低电压穿越判定方法，减少了系 统处于浅度跌落时误判。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 一种快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：所述方法采用H相电压瞬时值对 应的正序电压d轴分量苗结合U =苗/(皆牛Q来进行判定，式中苗为电网电压瞬时值的d 轴正序分量，gf为电H相电网电压瞬时值的d轴负序分量，C为常数；当计算出苗小于％ 或者U值小于巧^时，判定电网电压发生了跌落，光伏逆变器系统能准确且快速地做出动 作。
[0008] 进一步的，％和巧S为跌落至正常运行的最低限制时，根据上述公式计算出来的 阔值。
[0009] 进一步的，6s和叫为电网电压单相跌落至额定电压的0. 9倍时计算出来的阔值。
[0010] 进一步的，跌落判据采用％和巧A相结合的方式，两个判据条件采用或的方式，可 避免在不平衡的浅度跌落时发生误判。
[0011] 进一步的，在叫^值小于^或者^小于的6时，光伏逆变器进入低电压穿越控制算 法，进行低电压穿越控制，继续并网发电。
[0012] 进一步的，电网电压跌落分为单相不对称跌落、两相不对称跌落、H相对称跌落。
[0013] 进一步的，电网电压跌落的检测时间一个控制周期为200US。
[0014] 本发明具有W下优点；当低电压穿越发生时，本发明的方法所用时间较短，从而使 逆变器迅速动作，提高了光伏发电系统的快速性；而公布号为；CN102854421A的专利，在电 网谐波较大、电压出现闪变或者跳变的情况下，容易出现误判，同时在浅度跌落时，判断的 精度不够，本发明克服了此类问题，提高了系统判定的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明中国家电网公司对大中型光伏电站和风电场并网点接入的要求规 定示意图。
[0016] 图2为本发明中电网电压的采集及处理流程。
[0017] 图3为本发明的A相电网电压在1砂处发生不对称跌落至0.9倍额定电压时的 6重值、U值W及皆值的示意图，黑色细实线代表苗值、黑色粗虚线代表U值、黑色粗实线 代表进值，C取值为5。
[0018] 图4为本发明的A、B、CH相电网电压对称跌落至0. 9倍额定电压时的苗值、U值、 值的示意图，黑色细实线代表苗值、黑色粗虚线代表U值、黑色粗实线代表ef值，C取值 为5。
【具体实施方式】 [001引 实施例1 一种快速可靠的低电压穿越判定方法，参考图2,通过电网电压采集电路和电压处理电 路，将电压信号送入数字处理器的AD转换单元，采集到H相电网电压的瞬时值。原理如下： 电网电压采集电路将电网电压(大电压）转换成小电压信号，电压处理电路将小电压信号处 理通过运算放大器、跟随器、电阻、电容，W提高采样阻抗，提高带负载的能力；采用电阻电 容组成的一阶低通滤波器和二阶己特斯沃低通滤波器，可得到较为平滑的电网电压采样信 号（OV - 3V的小电压）；将采样输出信号送入数字处理器的AD转换管脚，进行瞬时值的计 算。
[0020] 通过外部电路将H相电压采集到数字处理器后，得到H相瞬时值U。、A、巧，电 压量可分解为正序应"、负序炉'和零序沪，在没有中性点的系统中，系统可分解为正序和 负序两个对称分量，即忍D =0,本发明专利基于无中性点的系统。
[0021] 参考式（1)，式中将H相电网电压瞬时值分解为正序电压和负序电压之和的形 式，6。、吗、e,分别代表H相电网电压瞬时值，巧;P、巧分别为电网相电压正序、负序基波峰 值。
[0022] 参考式（2)，分别为电网电压的dq轴分量，苗、、进、皆分别代表电网电 压正负序的dq分量。式2表明，电网电压d轴分量由两部分组成，第一步部分e言为直流量， 第二部分％-2舶)*皆为100监交流量。 / \ / \ ^赁 S MS(Wt) COS(WJ) 气=巧 cos(wr -苦）+ 左f cos(W +字）...............CO 、' G日S(W+些） 圓(1械-些） \ 3 / \ 3 J /%、 { .X\ (\ 轻d 霞沒 ri/ 巧 弦读 ^ =P + 刮一2Wf)封................(2) UJ LgJ C/ = e'f/(ef + C)................(3)
[0023] 电网电压跌落分为H相对称跌落和H相不对称跌落，H相不对称跌落分为单相不 对称跌落和两相不对称跌落。当H相对称跌落发生时，正序d轴分量ef减小，因此^中的 4会迅速减小至一直流量，如图3所示；H相不对称跌落时，电网电压d轴出现负序分量进 ，正序d轴分量苗减小，因此^中的苗会迅速减小至一直流量。实际上，由于受电网的跌落 方式差异和采样误差等的影响，电网在跌落瞬间，该直流量会出现微小波动，在判断浅度跌 落时，出现误判几率较大，结合U = 4 / (ef +巧进行判断，可解决该一问题。
[0024] 电网H相对称跌落时，U =苗/(皆+〇,皆保持不变，苗迅速减小至一定值，贝U U迅速减小至一定值；电网H相不平衡跌落时，U =苗/知f+ Q，ef迅速增大至一定值， 迅速减小至一定值，则[/迅速减小至一个定值。
[00巧]参见图4,为A、B、C H相电网（平衡跌落)在0. 1砂跌落至0. 9倍额定电压时的值， 参考图3,为A相电网（平衡跌落）在0. 1砂处跌落至0. 9倍额定电压时的值，此时数字处 理器可W再一个控制周期200US内检测到和U值得变化，将执行低电压穿越逻辑控制算 法，并使逆变器做出相应动作。当跌落深度更深时，此时对应的值与阔值的差更大，更加容 易判断。
[0026] 本发明采用电网电压正序d轴分量苗与U =苗/(皆+巧相结合的方法进行判据， 两判据条件之间为或的关系，该判据条件计算简单，并且在工程上易于实施。
[0027] 具体计算方法： 通过电网电压采集电路，A/D转换单元，将H相电网电压的瞬时值采集到数字处理器 中，将H相电压瞬时值通过坐标变换方式转换到d-q坐标系下，按照公式2原理将电压矢量 分解成正负序分量下的d-q轴分量，得到正序d轴分量，并通过公式3计算得到U值。
[0028] 计算出平衡跌落和不平衡跌落至正常运行的最低电压限制(取0.9倍额定电压)时 ef和U的值，在单相不平衡跌落、两相不平衡跌落和H相平衡跌落几种跌落方式下，单相 跌落时的苗最大，在单相不平衡跌落、两相不平衡跌落工况下，单相跌落时U最大，将此值 设定为阔值6S和巧6。
[0029] 将计算得到的苗值和U值与阔值比较，当苗小于阔值％或者U小于阔值&时， 认为电网电压发生了跌落，判定为低电压穿越工况，系统执行低电压穿越流程，继续并网发 电，结合U值来判断，旨在解决在浅度不平衡跌落时的误判现象。
[0030] 通过该发明所采取的判据方法，能取得较好的效果。W 500KW光伏逆变器为例，采 用传统的H相电网的幅值的方法时，当低电压穿越发生时，检测到该一状况所需时间至少 为一个工频周期（0.02s)，当采用瞬时值来进行判断时，由于电压跌落方式差异和采样误差 等的影响，会发生误判，采用本发明的方法时，经历一个控制周期（200 U S)，就能快速进行 判据，且在浅度跌落时不会出现误判情况，有利于提高光伏发电系统的快速性与稳定性控 制。
【权利要求】
1. 一种快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：所述方法采用三相电压瞬时值 对应的正序电压d轴分量4结合= +Q来进行判定，式中4为电网电压瞬时值 的d轴正序分量，为电三相电网电压瞬时值的d轴负序分量，Ci为常数；当计算出 < 小 于^或者t/值小于K6时，判定电网电压发生了跌落。
2. 根据权利要求1所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：％和Uii为 跌落至正常运行的最低限制时，根据上述公式计算出来的阈值。
3. 根据权利要求2所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：?和为 电网电压单相跌落至额定电压的0. 9倍时计算出来的阈值。
4. 根据权利要求1所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：跌落判据采 用4和相结合的方式，两个判据条件采用或的方式。
5. 根据权利要求1所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：在4值小于 %或者U小于时，光伏逆变器进入低电压穿越控制算法，进行低电压穿越控制，继续并 网发电。
6. 根据权利要求1所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：电网电压跌 落分为单相不对称跌落、两相不对称跌落、三相对称跌落。
7. 根据权利要求1所述的快速可靠的低电压穿越判定方法，其特征在于：电网电压跌 落的检测时间一个控制周期为200μs。
【文档编号】G01R31/00GK104237711SQ201410542146
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】张跃火, 闵泽生, 陈建国, 蒋驰雷, 徐纯科, 陈辉 申请人:四川东方电气自动控制工程有限公司