[發明專利]一種集成光伏的新型統一電能質量調節裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201711041431.2
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107645166B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 曲正偉;侯爍;王云靜;王寶娜
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/01;H02J3/38
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

1.一種集成光伏的新型統一電能質量調節裝置的控制方法，所述裝置組成器件包括：

串聯變壓器，一次側串聯于在電網與負載之間，二次側與串聯變換器相連，起到串接電網與串聯變換器以及隔離串、并聯變換器的功能；

串聯變換器，通過串聯變壓器接入電網遠離負載的一側，直流母線與其并聯；作為正弦電流源運行，能夠為負載提供有功功率與無功功率，通過控制串聯變換器，能夠實現控制供電主通道的電流值功能以及穩定直流母線電壓；

并聯變換器，一端與串聯變換器共用直流母線，另一端與負載并聯；作為正弦電壓源運行，能夠為負載提供有功功率與無功功率，通過控制并聯變換器，能夠實現控制負載兩端的電壓值始終為給定的額定值；

直流母線電容，與串聯變換器和并聯變換器并聯；用于維持直流側電壓，補償負載無功功率；

boost變換器，用于連接光伏陣列與直流母線電容；由于光伏電池電壓較低， 通過將boost變換器向統一電能質量調節裝置提供功率，控制boost變換器能夠實現光伏電池恒壓輸入；

光伏電池陣列，經boost變換器并聯于直流母線，光伏電池可以為負載提供一部分功率，以節省電網的能源；為保證串聯變換器的傳輸效率，其傳輸的功率設計為不超過負載功率的30％；如果電網發生電壓中斷，通過并聯逆變器為負載提供所需的全部功率；

其特征在于：所述方法包括如下內容：

(1)為避免電網電壓畸變的影響并且能夠準確獲取電網電壓的正序基波分量，使用廣義級聯延遲信號消除的方法來提取所需正序基波分量；通過廣義延遲信號消除技術，設計變換使電壓基波正序分量具有統一的增益通過濾波器，并濾除正序和負序的諧波；

當電壓信號不平衡和畸變時，U_αβ可表示為：

式中h次諧波空間矢量的瞬時相角為初始相角，諧波次數h＝±1,±2...±H；

原始矢量延遲T/n個周期，得到延遲矢量θ_n是延遲T/n后滯后的角度，θ_n＝hω×T/n＝2πh/n；用延遲矢量乘以旋轉因子得到旋轉矢量結合原始矢量組成一個延遲信號消除模型：

定義為諧波增益矢量，A為增益幅值，為相角，有

當θ_n+θ_r＝2kπ,k＝0,±1,±2...時，諧波幅值增益A＝1；θ_n+θ_r＝(2k+1)π,k＝0,±1,±2...時，A＝0，由此可見，選擇合適的n和θ_r，即可決定h次諧波經過延遲信號消除模型的幅值增益和相角增益；為計算簡單，選擇θ_r＝-2πh^*/n,h^*為用戶設定的目標諧波次數，而所述集成光伏的新型統一電能質量調節裝置用于提取基波，所以h^*選為1；

當h^*選為1時，增益矢量為

由于公共耦合點電壓中諧波含量未知，所以采用級聯延遲信號消除模型，選取N＝2,4,8,16,32五個延遲信號運算模塊；

(2)負載的電壓與電流通過Park變換以及瞬時功率計算之后，分別用于作為串聯變換器給定電壓和并聯變換器給定電流的計算；

p_L＝u_Ldi_Ld+u_Lqi_Lq (5)

q_L＝u_Ldi_Ld+u_Lqi_Lq (6)

其中，電壓p_L和q_L分別為負載的有功功率和無功功率，u_Ld、i_Ld是負載電壓、電流經過dq分解的d軸分量，u_Lq、i_Lq是負載電壓、電流經過dq分解的q軸分量；

(3)串聯變換器除在公共耦合點電壓發生變化時保護敏感負載，在電壓不發生變化的時候，也能為負載提供其所需的無功功率，因此提高了串聯變換器的利用率，降低了并聯變換器的額定容量，同時也有維持直流母線電壓的功能；

(4)控制傳統統一電能質量調節裝置并聯變換器的目的是防止負載不平衡電流、諧波電流與無功電流對電網的干擾，集成光伏發電的復功率控制下的統一電能質量調節裝置不僅能夠實現上述功能，還能夠將光伏陣列輸出的有功功率注入電網，兼具維持直流母線電壓的功能；并聯變換器的給定值與電網電壓幅值、電網相位以及復功率控制下的統一電能質量調節裝置的控制角有關，通過公共耦合點電壓經由廣義級聯延遲信號消除鎖相環可得到電壓基波正序分量的幅值與電網的相位，由此得到K，K＝1/k，將K做向下取整運算，得到K_d；由于公共耦合點電壓暫升時，電流會下降，此時串聯變換器要補償相同無功功率就需要輸出更高的電壓；相比于電壓暫降的情況，電壓暫升出現的幾率非常小，所以當電壓發生暫升時，系統工作在有功功率控制下的統一電能質量調節裝置的模式；

而γ角在公共耦合點電壓正常時的為：

當公共耦合點電壓發生變化時，上式被修正為：

其中，k＝U_S/U_L^*，Q_se為串聯變換器輸出的無功功率，K_d與式(8)分子相乘可以實現電壓暫升時，串聯變換器不參與無功補償的功能；

(5)通過boost變換器，實現光伏電池的恒壓輸出，從而保證直流母線的電壓不變。