[發明專利]一種不平衡及諧波電網下的并網逆變器控制方法

有效

• 申請號: 201310232872.6
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103326399A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 年珩;沈永波
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01;H02M7/5387
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于變流器控制技術領域，具體涉及一種不平衡及諧波電網下的并網逆變器控制方法。

背景技術

并網逆變器作為VSC（三相電壓源變換器）的一類分支，在工業生產中得到了廣泛的應用，特別是在分布式能源并網、高壓直流輸電、伺服電機驅動、智能電網等領域應用極為普遍。目前對并網逆變器的控制大多停留在理想電網條件下，但是由于實際電網中經常有各類對稱或者不對稱故障發生，并且帶有5、7次等諧波分量，對于這樣的突發故障情況或者弱電網運行條件下，傳統的并網逆變器控制方法存在很大的缺陷，出現較大的電流和功率振蕩，因此必須開展不平衡諧波電網下運行控制研究并提出相應控制技術。

傳統的并網逆變器的控制系統中由于沒有考慮電網電壓的不平衡和諧波畸變，從而使得微小的不對稱電壓或者諧波電壓都將造成輸入到電網的有功和無功功率發生振蕩，影響到注入到電網的電能質量。在分布式能源特別是風力發電領域，從電網安全角度出發，電網規范要求風電機組能承受最大達2%的穩態和相對較大瞬態不對稱電壓而不脫離電網，以防引發后續的更大電網故障。這就要求作為系統重要組成部分的并網逆變器能在一定程度的不對稱和諧波電網電壓下具有持續運行的能力。目前，國內外主要針對的是單一考慮不平衡電網電壓下的并網逆變器控制技術的研究，或僅在諧波電網下針對并網逆變器電流諧波分量的抑制。

耿強等在標題為電網電壓不平衡情況下PWM整流器恒頻直接功率控制（中國電機工程學報，2010(36):第79-85頁）的文獻中提出了在不平衡電網電壓下的并網逆變器控制方法，其控制原理如圖1所示；系統首先采集三相電網電壓和電流，通過鎖相環計算出θ_g，將電壓電流進行正負序分解和坐標變換，計算出瞬時有功功率和無功功率，采用不平衡算法CSF-DPC（恒頻直接功率控制）策略計算出變流器的參考電壓，經合成和調制后輸出：利用三相電壓霍爾傳感器和三相電流霍爾傳感器采集電網側的電壓U_abc和電流I_abc；將采集得到的電壓電流信號經過三相靜止到兩相靜止坐標系變換（abc/αβ）后，得到電網電壓綜合矢量U_αβ和電流綜合矢量I_αβ；得到的綜合矢量經過正反轉同步旋轉坐標變換后和陷波器（filter）的作用后，可以得到電壓綜合矢量和電流綜合矢量的正負序分量根據以上得到的電壓電流正負序分量可以在功率計算模塊（power?calculation）中計算出有功功率直流分量P₀、無功功率直流分量Q₀、以余弦規律變化的有功功率二倍頻分量幅值P_c2和以正弦規律變化的無功功率二倍頻分量幅值Q_s2；將該計算得到的功率信號和功率參考信號和輸入到電壓參考計算（volta_ge?reference?calculation）模塊中，計算出電壓參考信號正負序分量上述參考值經過正反轉同步旋轉坐標系反變換后得到靜止坐標系下VSC輸出電壓參考值相加后得到用于空間電壓矢量脈寬調制SVPWM（空間矢量脈寬調制）參考控制信號從而獲得用于調制開關管通斷的開關信號，實現在不平衡電網電壓下對變流器的功率補償。

上述方法需要在同步坐標系下對變流器的三相電壓電流的正負序分量進行分解，需要在電壓變換模塊中加入陷波器，不可避免引入了延時；而且在計算電壓參考信號時，需要分離出功率的直流信號和倍頻信號。以上情況只是針對不平衡電網電壓，如果電網同時存在諧波分量，必然需要對變流器三相電壓電流的諧波分量做正負序分量分離，需要更多陷波器，引入更長延時；同時在計算電壓參考信號時，需要分離出功率的直流信號和其他倍頻信號，使參考電壓計算更加復雜；同時該方法并沒有使變流器輸出的電流對稱且正弦化，而且控制目標單一，不能滿足在弱電網下運行的要求。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種不平衡及諧波電網下的并網逆變器控制方法，無需正負序分解，能夠消除不平衡和諧波電網引起的功率波動或者電流畸變，且具有良好的動態響應能力。

一種不平衡及諧波電網下的并網逆變器控制方法，包括如下步驟：

（1）采集三相電網電壓以及并網逆變器的三相輸出電流，通過dq變換確定三相電網電壓和三相輸出電流在旋轉d-q坐標系中的分量；