[發明專利]具有頻率自適應特性的逆變器無交流電壓傳感器控制方法

有效

• 申請號: 201410404273.2
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104143836B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 胡書舉;龔文明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種三相并網逆變器的控制方法。

背景技術

可再生能源并網發電系統近年來發展迅速，當其接入電網末端或網架結構較為薄弱的配電網時，可能存在并網點短路容量較小，電網穩定性較差，電網存在較為嚴重的電壓波動、閃變、對稱或不對稱電壓跌落故障等問題。可再生能源自身的間歇性與隨機性有可能進一步惡化所接入電力系統的電壓穩定性，并反過來影響自身的穩定運行。為了實現可再生能源發電系統的并網功率與電流控制，現有的并網變流器或逆變器中一般采用鎖相環得到電網電壓信息，但這類鎖相環控制容易受到電網電壓波動的影響，容易降低可再生能源并網發電系統的電能質量。因此，近年來國內外一些研究者開始研究不依賴電網電壓信號的無交流電壓傳感器控制，以提高逆變器并網控制的魯棒性。

與有電壓傳感器控制類似，在無電壓傳感器控制算法中，重構的電壓/虛擬磁鏈信號可以是顯式的，并進行矢量控制；也可以是隱式的，并進行直接功率控制。現有的電網電壓/虛擬磁鏈重構方法大致可以分為兩類，一是基于復功率估計的電網電壓/虛擬磁鏈重構方法，屬于開環估計方法，精確度不高，并且由于含有電流微分項，因而容易引起干擾；二是基于網側電流偏差調節的電網電壓/虛擬磁鏈重構方法，屬于閉環估計方法，準確度較高。

T.Noguchi等人在文獻“Direct?power?control?of?PWM?converter?without?power-source?voltage?sensors”中提出了基于無電壓傳感器的直接功率控制方法，這種方法首先使用濾波器電感電流及其微分項估算得到交流側有功無功功率，然后進行電網電壓重構。為了減小微分項引起的誤差，這種方法需要較大的電感值與采樣頻率；另外，當電流較小時，電壓估計精度會受到較大影響。Malinowski等人在文獻“Sensorless?control?strategies?for?three-phase?PWM?rectifiers”中提出改用積分運算，觀測電網“虛擬磁鏈”；然而純積分器方法存在積分飽和與零點漂移等問題，且對初始值較為敏感。

專利CN201010109338.2提出一種無交流電壓傳感器并網逆變器的直接功率控制方法，解決現有方法由于網側電壓矢量的虛擬磁鏈觀測器中的積分器初始值選取不當，而造成并網逆變器無法正常工作的問題。專利CN201010207412.4提出一種無交流電壓傳感器高壓直流輸電變流器的控制方法，通過計算系統虛擬磁鏈矢量，實現無交流電壓傳感器控制。

上述文獻和專利中所述的無交流電壓傳感器控制方法通常使用基于磁鏈觀測器的方案：在同步坐標系下對電流進行積分，從而得到“虛擬磁鏈”，并間接計算出電網電壓角度。為了減小干擾、提高觀測精度，一般需要使用低通濾波器，但低通濾波器本身存在著零點漂移、積分飽和、穩態誤差以及初值敏感等問題；另外在電網電壓不對稱時，磁鏈觀測與正負序分離的級聯算法增加了延遲時間，降低了系統的動態響應速度。

由于二階廣義積分器(Second?Order?Generalized?Integrator，SOGI)能夠對特定頻率的交流量進行積分運算，因此常被用來構建靜止坐標系下的鎖相環，用于單相或三相電壓源型逆變器的并網同步控制。實際上，二階廣義積分器可用來構建一種正交濾波器(Quadrature?Filter，QF)，輸出一對正弦的正交信號，并用于電網電壓的重構，從而實現無交流電壓傳感器控制，其優點是快速、無靜差、對初值不敏感，同時該正交濾波器構建的電壓觀測器能夠適應電網頻率的變化，從而很好地解決了現有無交流電壓傳感器控制中存在的問題。另外，利用正交信號還可以同步地實現正負序分離，從而提高逆變器在不對稱電網條件下的動態性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有逆變器無交流電壓傳感器控制中可能存在的零點漂移、積分飽和、穩態誤差以及初值敏感等問題，并使逆變器無交流電壓傳感器控制能夠適應電網頻率的波動，提出一種具有頻率自適應特性的三相并網逆變器無交流電壓傳感器控制方法。本發明能夠在保持逆變器控制穩定性的情況下，避免常規無交流電壓傳感器控制中可能出現的積分飽和等問題，具有快速、無靜差、對初值不敏感等優勢，同時對電網電壓頻率變化具有良好的適應性。

本發明的一種具有頻率自適應特性的逆變器無交流電壓傳感器控制方法，基于二階廣義積分器(SOGI)構建可變頻率的正交濾波器，然后基于該正交濾波器并引入鎖相環控制構建具有頻率自適應特性的電網電壓觀測器，將此電壓觀測器應用于三相并網逆變器的控制器中，實現逆變器的無交流電壓傳感器控制。具體包括以下步驟：