一种光伏逆变器无功补偿方法及装置.docx

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一种光伏逆变器无功补偿方法及装置

一种光伏逆变器无功补偿方法及装置

技术领域

[0001]本发明属于无功补偿技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器无功补偿方法及装置。

背景技术

[0002]近年来，随着全球环境污染、能源危机以及全球变暖等问题不断加剧，可再生能源的应用和发展得到了越来越广泛的关注。

中共中央关于制定国民经济和社会制定的第十三个五年规划的提案里指出，推进能源革命，加快能源技术创新，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。

太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今世界最具光明前景的新能源之一。

[0003]在国外光伏发电技术已得到深入研究和推广，在我国也已进入推广应用阶段，光伏并网发电是光伏发电的主要发展趋势之一。

与此同时，随着我国工业化进程的加快，大量的非线性和冲击性负载随之涌现，引起电网电压波动的同时产生大量的谐波和无功功率，影响了电网的运行稳定性。

电子计算机以及一些精密仪器的广泛运用，人们对电能质量的提出了更高的要求。

因此，改善电网的电能质量，以期实现其稳定、高效的运行就显得尤为重要。

在改善电压波形、降低电路损耗、提高功率因数方面，除了通过增大电力系统的容量、采用多相整流的变压器外，使用无功补偿装置也是提高电能质量的途径之一。

[0004]随着配电网光伏电源比例的升高，光伏电源的利用率应当进一步提高。

现有光伏电源的运行模式为白天光照良好时，并网发电，向电网输送有功功率，在夜间无光照时处于离网状态，逆变器停止工作。

在夜间存在着大量空闲的光伏逆变器容量，使得光伏逆变器夜间利用率低，光伏系统经济效益差。

发明内容

[0005]本发明提供一种光伏逆变器无功补偿方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。

[0006]第一方面，本发明实施例提供一种光伏逆变器无功补偿方法，包括：

接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测，扰动的

：

，

表达式为，式中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测器的输

，

，

出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值；将所述三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；响应于获取的所述调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0007]第二方面，本发明实施例提供一种光伏逆变器无功补偿装置，包括：

提取模块，配

置为接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；输出模块，配置为基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观

：

测为考虑外部扰动的电流检测，扰动的表达式为，式中，z为无功电流q

，

，

，

轴分量的预设值

为扰动观测器的输出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值；变换模块，配置为将所述三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；生成模块，配置为响应于获取的所述调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0008]第三方面，提供一种电子设备，其包括：

至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的光伏逆变器无功补偿方法的步骤。

[0009]第四方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的光伏逆变器无功补偿方法的步骤。

[0010]本申请的方法及装置提供的方案针对在传统光伏逆变器的基础上，引入了SVG控制策略的方式中，采用对三相瞬时电流分量进行无功补偿以及扰动补偿，实现了考虑外部扰动，对无功电流的影响，从而有效地提高了光伏逆变器的抗干扰能力。

附图说明

[0011]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0012]图1为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器无功补偿方法的流程图；图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的光伏逆变器原理图；

图3为现有的SVG控制框图；

图4为本发明一实施例提供的一具体实施例的SVG控制框图；

图5为本发明一实施例提供的一具体实施例的Simulink仿真波形图；图6为本发明一实施例提供的一种光伏逆变器无功补偿装置的框图；图7是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

[0013]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

[0014]请参阅图1，其示出了本申请的光伏逆变器无功补偿方法一实施例的流程图。

[0015]如图1所示，在S101中，接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；

在S102中，基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测，扰动的表达式为：

，

，

，式中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测器的输出值

，

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值；

在S103中，将所述三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；

在S104中，响应于获取的所述调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0016]在本实施例中，对于S101，无功补偿装置接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量。

之后，对于S102，无功补偿装置基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测，扰

：

，

动的表达式为，式中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测

，

，

器的输出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值。

之后，对于S103，无功补偿装置将三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号。

然后，对于S104，无功补偿装置响应于获取的调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0017]本实施例的方法，采用对三相瞬时电流分量进行无功补偿以及扰动补偿，实现了考虑外部扰动，对无功电流的影响，从而有效地提高了光伏逆变器的抗干扰能力。

[0018]发明人在实现本申请的过程中发现对比传统光伏逆变器和光伏夜间无功SVG状态拓扑结构，逆变器输入侧均采用电容稳压，对电容耐压与容值要求一致；逆变器输出侧，传统光伏逆变器采用LC滤波，夜间光伏无功SVG状态采用输出电感滤波，其中，对电感参数要求一致。

[0019]发明人还发现：

对传统光伏逆变器的拓扑进行改进，在直流侧和输出滤波电容处增加开关，能够实现不增加传统无功补偿装置，通过投切输出滤波电容，充分利用夜间光伏逆变器空闲容量。

[0020]具体地，在夜间无光照时，存在着大量空闲的光伏逆变器容量，在夜间利用光伏逆变器产生无功，在传统光伏逆变器的基础上，引入SVG控制策略，使逆变器的利用率得以提

升，提升光伏系统的经济效益。

[0021]当光伏逆变器运行于光伏无功SVG状态时，采用考虑外部扰动的电流检测法检测无功电流。

对系统的总扰动进行了估计，使得无功补偿更加准确，从而提高了系统的抗干扰能力。

[0022]三相SVG在dq0坐标系下的数学模型：

式中，id、iq分别为电流的d轴分量、q轴分量，udc为直流侧电压

为电网电压的d轴分量，R、L分别为电路中的等效电阻与电感

为电网电压与逆变器输出电压的夹角，K为比例系数，Ｃ为SVG中变流器直流侧等效电容

为电网角频率。

，

，

，

[0023]经过推导整理可以得到SVG输出无功功率为：

其中，Us为电网电压的瞬时值，R为电路中的等效电阻

为电网电压与逆变器输出电压的夹角，Q为SVG输出无功功率。

，

[0024]控制的目的是产生补偿非线性负载的无功电流，以达到使电网的无功电流为零，逆变器输出电流q轴分量的期望值为iqref=-ilq，无功电流的跟踪误差可表示为

，其中，ilq为电感电流q轴分量，iqref为电流分量q轴的参考值。

[0025]考虑系统的外部扰动，扰动误差的导数可表示为：

其中，L为电抗器的电感值，R为电抗器的等效阻值，iq为电流的q轴分量值

为电网角频率，eq为电网电压的q轴分量值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值，d为恒定扰动值。

，

[0026]

作为系统扰动，可设计观测器，对总扰动进行计算：

，

，

，

其中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测器的输出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的

q轴分量值。

[0027]逆变器输出电压的q轴分量值可表示为：

其中，L为电抗器的电感值，K为控制器增益，iq为电流的q轴分量值

为扰动观测器的输出值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值,iqref为电流分量q轴的参考值。

，

[0028]上述描述，适用于光伏发电的无功补偿，具有以下优点：

（1）有效利用光伏逆变器在夜间无光照时的空闲容量，提升了光伏逆变器的利用率。

[0029]

（2）在传统光伏逆变器的基础上进行改进，改造成本低。

[0030]（3）充分发挥了光伏逆变器的价值，具有良好的经济效益。

[0031]请参阅图2，其示出了本申请的一个具体实施例的光伏逆变器原理图。

[0032]如图2所示，包含以下步骤：

步骤1：

物理拓扑转换阶段；

步骤2：

控制指令生成阶段。

[0033]其中步骤1包含以下过程：

步骤1.1：

当系统运行于光伏夜间无功SVG状态时，系统断开开关S1、S2，将光伏模块与输出滤波电容从系统中切除。

[0034]其中步骤2包含以下过程：

步骤2.1：

光伏夜间无功SVG状态。

[0035]根据ＫＶＬ理论以及能量守恒定律，可得三相SVG的数学模型如下：

；

，

、

、

，

、

、

，

、

、

其中

分别为a相、b相、c相电流的瞬时值

分别为a相、b相、c相逆变器输出电压的瞬时值

分别为a相、b相、c相电网电压的瞬时值，udc为直流侧电压。

[0036]通过变换矩阵Tabc-dqo将其变换到dq0坐标系，这里我们假定系统中ａ相电压重合于

d轴，即有：

；

，

、

其中

分别为电网电压的d轴、q轴分量。

[0037]得到三相SVG在dq0坐标系下的数学模型：

；

，

，

其中，id、iq分别为电流的d轴分量值、q轴分量值，udc为直流侧电压值，R、L分别为电路中的等效电阻与电感

为电网电压与逆变器输出电压的夹角，K为比例系数，Ｃ为SVG中变流器直流侧等效电容

为电网角频率。

[0038]经过推导整理可以得到SVG输出无功功率为：

。

[0039]请参阅图3，其示出了现有的SVG控制框图。

[0040]如图3所示，三相瞬时电流经过abc-dq0变换后得到d轴与q轴分量，分别与指令值进行比较之后送入PI环节得到电压的d轴和q轴分量。

[0041]最后，再通过abc-dq0反变换得到调制信号，经过PWM调制之后生成触发脉冲控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0042]请参阅图4，其示出了本申请一具体实施例的SVG控制框图。

[0043]如图4所示，在坐标变换后，加入扰动观测，采用考虑外部扰动的电流检测法检测无功电流，更加准确的跟踪电流的q轴分量，使得无功补偿更加准确，从而提高系统的抗干扰能力。

[0044]为了验证上述方法的有效性，在MATLABSimulink中搭建了仿真模型，进行了仿真验证，从0.5s开始，光伏逆变器运行于光伏夜间无功SVG状态，仿真结果如图5所示。

[0045]由图5可以看出，在夜间无光照时，可以利用空闲的光伏逆变器容量产生无功功率，因此本方法是提升光伏逆变器利用率和光伏系统经济效益的一种较为有效的方法。

[0046]请参考图6，其示出了本发明一实施例提供的光伏逆变器无功补偿装置的框图。

[0047]如图6所示，无功补偿装置200，包括提取模块210、输出模块220、变换模块230以及生成模块240。

[0048]其中，提取模块210，配置为接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；输出模块220，配置为基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并

输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测；

变换模块230，配置为将三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；

生成模块240，配置为响应于获取的调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0049]应当理解，图6中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。

由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图6中的诸模块，在此不再赘述。

[0050]在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的光伏逆变器无功补偿方法；

作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；

：

基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测，扰动的表达式为，式

，

，

，

中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测器的输出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值；

将所述三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；

响应于获取的所述调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0051]非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据光伏逆变器无功补偿装置的使用所创建的数据等。

此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至光伏逆变器无功补偿装置。

上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0052]本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项光伏逆变器无功补偿方法。

[0053]本发明实施例还提供一种电子设备。

[0054]图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括：

一个或多个处理器310以及存储器320，图7中以一个处理器310为例。

电子设备还可以包括：

输入装置330和输出装置340。

处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

存储器320为上述的非易失性计算机可读存储介质。

处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从

而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例光伏逆变器无功补偿方法。

输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与光伏逆变器无功补偿装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

输出装置340可包括显示屏等显示设备。

[0055]上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

[0056]作为一种实施方式，上述电子设备应用于光伏逆变器无功补偿装置中，用于客户端，包括：

至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

接收三相瞬时电流并实时提取三相瞬时电流分量；

：

基于扰动观测对获取的所述三相瞬时电流分量进行无功补偿并输出三相瞬时电压分量，其中，所述扰动观测为考虑外部扰动的电流检测，扰动的表达式为，式

，

，

，

中，z为无功电流q轴分量的预设值

为扰动观测器的输出值

为扰动观测的增益值，iq为电流的q轴分量值

为扰动的微分，L为电抗器的电感值，uq为逆变器输出电压的q轴分量值；

将所述三相瞬时电压分量经由abc-dq0反变换，以得到调制信号；

响应于获取的所述调制信号，生成触发脉冲，以控制光伏逆变器中功率器件的通断。

[0057]本申请实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于：

（1）移动通信设备：

这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。

这类终端包括:

智能手机（例如iPhone）、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

[0058]

（2）超移动个人计算机设备：

这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。

这类终端包括：

PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

[0059]（3）便携式娱乐设备：

这类设备可以显示和播放多媒体内容。

该类设备包括:

音频、视频播放器（例如iPod），掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

[0060]（4）服务器:

提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

[0061]（5）其他具有数据交互功能的电子装置。

[0062]以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0063]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可

借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。

基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

[0064]最后应说明的是：

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：

其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7