[發(fā)明專利]基于有源電力濾波器的Z源逆變器并網(wǎng)控制方法

在審

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• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107221931A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊旭紅;楊峰峰;吳斌;孫克帥;尹聰聰;張?jiān)骑w
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/38
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力控制技術(shù)，特別涉及一種基于有源電力濾波器的Z源逆變器并網(wǎng)控制方法。

背景技術(shù)

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，可再生能源(風(fēng)能、太陽能等)的分布式發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占的容量持續(xù)增大。大多數(shù)分布式能源都需要通過逆變器接入電網(wǎng)，因此，逆變器控制技術(shù)變得尤為重要。同時(shí)，新能源的廣泛接入以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，大量非線性、沖擊性負(fù)載不斷涌現(xiàn)，由這些負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流使電能質(zhì)量日益惡化。

傳統(tǒng)的電壓型逆變器是降壓型逆變器，在輸入電壓較低或波動范圍較大時(shí)，需在前級加入升壓電路，這會使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、逆變效率大為降低。另外，傳統(tǒng)逆變器同一橋臂的上下兩個(gè)功率管不能同時(shí)導(dǎo)通，否則會引起短路，燒毀元器件。Z源逆變器由于引入了X型阻抗網(wǎng)絡(luò)，能夠有效克服傳統(tǒng)逆變器的不足。一方面Z源逆變器利用同一橋臂上下功率管的直通實(shí)現(xiàn)升壓功能，因此是一種升降壓逆變器。另一方面，由于直通成為了一種特殊的工作模式，由電磁干擾等造成的直通狀態(tài)不會損壞逆變器，并且可避免由死區(qū)時(shí)間引起的輸出波形畸變。

非線性負(fù)載的大量接入會導(dǎo)致大量的高次諧波注入電網(wǎng)之中，另外，對Z源逆變器采用的高頻脈寬調(diào)制下的電流控制也會產(chǎn)生大量的高次諧波，傳統(tǒng)無源濾波器早已無法保證較好的入網(wǎng)電流質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對非線性負(fù)載的大量接入會導(dǎo)致大量的高次諧波注入電網(wǎng)的問題，提出了一種基于有源電力濾波器的Z源逆變器并網(wǎng)控制方法，通過引入Z源逆變器來彌補(bǔ)傳統(tǒng)逆變器不能直通、升壓的缺陷，利用有源電力濾波器對并網(wǎng)電流的諧波進(jìn)行濾除同時(shí)還可以對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。該控制方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，能夠有效提高并網(wǎng)電流的質(zhì)量和功率因數(shù)。系統(tǒng)的快速性也得到了提升，魯棒性增強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于有源電力濾波器的Z源逆變器并網(wǎng)控制方法，直流電壓源V_dc并聯(lián)在Z源逆變器上，Z源逆變器輸出經(jīng)過線路電感L_i接電網(wǎng)和負(fù)載，線路電感L_i與電網(wǎng)之間有并聯(lián)型有源電力濾波器APF，并網(wǎng)控制部分包括Z源電容電壓檢測變送器、網(wǎng)側(cè)電流檢測變送器、網(wǎng)側(cè)三相電壓檢測變送器、三相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)、單相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)、低通濾波器，將網(wǎng)側(cè)電壓由三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的第一模塊，將網(wǎng)側(cè)電流由三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)的第二模塊，將電壓由兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系反變換到三相靜止坐標(biāo)系的第三模塊，將電流由兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系反變換到三相靜止坐標(biāo)系的第四模塊，PI控制器及兩個(gè)用于產(chǎn)生調(diào)制驅(qū)動信號的SPWM模塊；

Z源逆變器控制方法：

1)電壓檢測變送器采集三相并網(wǎng)電壓u_a、u_b、u_c，將此三相電壓一方面送到三相電壓鎖相環(huán)采集三相并網(wǎng)電壓的并網(wǎng)角度ωt，另一方面將三相電壓和并網(wǎng)角度ωt送到第一模塊，將三相靜止坐標(biāo)系下的電壓轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓u_d、u_q；

2)利用三相電流檢測變送器檢測三相并網(wǎng)電流i_a、i_b、i_c，將此三相電流和并網(wǎng)角度ωt送到第二模塊，將三相靜止坐標(biāo)系下的電流轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流i_d、i_q；

3)將得到的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓/電流進(jìn)行解耦，最終得到解耦后的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓u_1d、u_1q；

4)將解耦后得到的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓送到第三模塊，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓轉(zhuǎn)換成三相靜止坐標(biāo)系下的電壓，將此電壓信號送到SPWM調(diào)制模塊，得到傳統(tǒng)電壓型逆變器所需的開關(guān)信號；

5)利用電容電壓檢測變送器采集Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電容的電壓與參考值比較后送到傳統(tǒng)PI控制器，經(jīng)PI控制器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生Z源逆變器所需的直通矢量；將傳統(tǒng)開關(guān)矢量和直通矢量疊加后得到逆變器總的開關(guān)信號，該信號經(jīng)過驅(qū)動電路后控制Z源逆變器中三相逆變器開關(guān)管的接通與關(guān)斷，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)入網(wǎng)電流的幅值和相位；

APF控制方法：

(1)利用單相電網(wǎng)電壓檢測變送器檢測到單相電壓u_a，經(jīng)過單相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)得到A相電壓的并網(wǎng)角度ω₁t；