[發明專利]利用直流電容動態實現自同步的三相并網變流器控制方法

有效

• 申請號: 201710502059.4
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107257141B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 黃林彬;辛煥海
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/42
• 分類號: H02J3/42;H02J3/38
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種利用直流電容動態實現自同步的三相并網變流器控制方法。以三相并網變流器內部的直流電容電壓控制器輸出帕克變換角頻率，作為變流器的角頻率實際值，實現直流電容電壓與變流器輸出角頻率的動態耦合，達到以直流電容動態實現變流器并網自同步的目的。本發明方法實現了三相變流器的無鎖相環自同步并網，使變流器可適應于低短路比的弱電網，且可利用直流電容的儲能實現三相變流器參與電網的頻率調節，提高變流器對電網的頻率支撐能力。

技術領域

本發明屬于電氣工程領域，具體涉及一種利用直流電容動態實現自同步的三相并網變流器控制方法。

背景技術

近年來，隨著以風電、光伏為主的可再生能源技術的發展，電網中三相變流器的滲透率逐漸增大。在未來以變流器為主導的電網中，變流器的特性決定了電網的特性，并對電網的安全穩定運行具有重要意義，因此，變流器的控制方法得到了廣泛的關注。

目前，三相變流器的控制主要采用基于鎖相環的矢量控制，但這種控制方法無法使變流器參與到電網的頻率調節中，也無法使變流器在電網頻率波動時為電網提供有功功率以支撐電網頻率。并且，已有研究指出，基于鎖相環控制的變流器不適應于弱電網下運行，因為弱電網下鎖相環的動態性能變差，并可能使變流器失去穩定，危及電網的安全穩定運行。

發明內容

為了解決現有技術中采用鎖相環控制的三相變流器不適應于弱電網運行且無法支撐電網頻率的問題，本發明提出一種利用直流電容動態實現自同步的三相并網變流器控制方法。

本發明方法使變流器不需要通過鎖相環實現與電網的同步，因此可適應于低短路比(即短路比小于等于3)的弱電網運行，并且可以利用直流電容的儲能實現對電網的頻率支撐，提高變流器對電網的頻率支撐能力，改善了動態性能(動態性能主要是指小擾動分析下的穩定性)。

如圖1所示，本發明的技術方案采用以下技術方案：

本發明以三相并網變流器內部的直流電容電壓控制器輸出帕克變換(ParkTransformation)角頻率，作為變流器的角頻率實際值，實現直流電容電壓與變流器輸出角頻率的動態耦合，達到以直流電容動態實現變流器并網自同步的目的。

帕克變換角頻率輸入到積分器中經積分計算生成變流器相位θ，變流器相位θ和LCL濾波器的采樣信號一起經帕克變換輸出電流和電壓的dq坐標分量，電流和電壓的dq坐標分量經控制運算后再和變流器相位θ(是由變流器相位θ經空間矢量調制解算還原)一起輸入到三相并網變流器中。

所述帕克變換角頻率通過以下公式生成：

其中，ω^*是帕克變換角頻率，作為變流器的角頻率實際值，ω₀是變流器的角頻率設定值，s是拉普拉斯算子，V_DC是直流電容電壓，是直流電容電壓參考值，f(s)為復數域下的傳遞函數表達式，可表示為：

其中，a₀,a₁,...,a_n分別表示傳遞函數f(s)的第一、第二、…、第n超前系數，b₀,b₁,...b_m分別表示傳遞函數f(s)的第一、第二、…、第m滯后系數，s是拉普拉斯算子，m、n分別表示為復數域頻率下的分母分子階數，且a_n≠0，b_m≠0，m≥0，n≥0。

優選地，上式中特定的傳遞函數可以采用超前滯后環節(s+K_T)/(K_Js+K_D)，使所述變流器的角頻率ω^*通過以下方式控制：