[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)的并網(wǎng)電流諧波抑制的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210086882.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114498643A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊興武;張亞楠;王雅妮;徐常天;王江;劉春;李錦;丁青杰;鮑一鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/01
• 分類號(hào): H02J3/01;H02J3/38;H02M1/12;H02M7/493;H02M7/5387
• 代理公司: 南京禹為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 康偉

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)的并網(wǎng)電流諧波抑制的方法，包括：采集并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)公共耦合點(diǎn)(PCC點(diǎn))電壓和所述PCC點(diǎn)電壓的相位，并將所述PCC點(diǎn)電壓相位前饋至電流控制回路中；對(duì)傳統(tǒng)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；獲取并網(wǎng)變壓器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及輸出阻抗模型；利用電網(wǎng)電流前饋控制產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)控制VSC各橋臂中IGBT的通斷，提高并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)的并網(wǎng)電流諧波抑制的方法，交流濾波器采用L型濾波器，從而避免了LCL逆變器固有的諧振，保證了逆變器拓?fù)渌缴系南到y(tǒng)穩(wěn)定性；利用基于阻抗重塑的新能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制方法，通過(guò)改進(jìn)鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)的相角裕度，簡(jiǎn)單有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)的并網(wǎng)電流諧波抑制的方法。

背景技術(shù)

電力與國(guó)家經(jīng)濟(jì)和人民生活息息相關(guān)，供電安全更是國(guó)家安全戰(zhàn)略和國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要方面。在生態(tài)環(huán)境不斷惡化、民眾環(huán)保意識(shí)日漸提高、新能源技術(shù)不斷發(fā)展等的大趨勢(shì)下，構(gòu)建環(huán)保、可靠、高效的現(xiàn)代化電力能源網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。可再生能源發(fā)電系統(tǒng)具有能效利用合理、損耗小、污染少、運(yùn)行靈活、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮螅恢笔菄?guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。但是，這些可再生能源系統(tǒng)同時(shí)也具有容量小，分布廣，交直流兼有，且電壓或頻率波動(dòng)性大等弊端。如何穩(wěn)定、可靠地將這些可再生能源系統(tǒng)并網(wǎng)，融入到電力系統(tǒng)中是我們目前所面臨的一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題，并網(wǎng)逆變器作為分散式可再生能源接入配電網(wǎng)的重要接口，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，隨著分布式可再生能源滲透率的不斷提高，并網(wǎng)逆變器在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的地位越發(fā)突出，因此成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)之一。

作為連接分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間的橋梁，并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行狀態(tài)與控制性能對(duì)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行與并網(wǎng)電能質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。逆變器的控制性能主要由逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)及控制策略決定，只有選用合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并配合相應(yīng)的控制技術(shù)，才能高效地把新能源電源產(chǎn)生的直流電量電能轉(zhuǎn)化為符合微電網(wǎng)內(nèi)用戶用電設(shè)備需求，同時(shí)又符合電力系統(tǒng)并網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電能，實(shí)現(xiàn)滿足本地負(fù)載用電需求的同時(shí)，將多產(chǎn)生的電能送入大電網(wǎng)的目標(biāo)。并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的建造、維護(hù)成本、電能轉(zhuǎn)換效率與控制性能等指標(biāo)具有重大意義，是新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

現(xiàn)今，無(wú)論是PQ型并網(wǎng)逆變器還是DCVQ型并網(wǎng)逆變器都仍然需要追蹤電網(wǎng)的頻率和相位來(lái)與大電網(wǎng)保持同步，從而保證良好的并網(wǎng)電能質(zhì)量。目前廣泛使用鎖相環(huán)(phase-locked loop,PLL)作為與電網(wǎng)的同步單元，因此并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的控制性能主要取決于PLL對(duì)電網(wǎng)頻率和相位的準(zhǔn)確追蹤。在電網(wǎng)阻抗小到可以忽略的強(qiáng)電網(wǎng)情況下，PLL能穩(wěn)定的工作并且能夠準(zhǔn)確提供電網(wǎng)電壓信息供控制回路使用。

但是我國(guó)的風(fēng)光清潔能源主要位于西北等地區(qū)，由于遠(yuǎn)離重負(fù)荷區(qū)，目前分布式發(fā)電系統(tǒng)廣泛使用較為經(jīng)濟(jì)的集中發(fā)電，遠(yuǎn)距離輸電模式。這種遠(yuǎn)距離輸電模式會(huì)給電網(wǎng)引入較大的線路阻抗，使大電網(wǎng)對(duì)于分布式發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特性。而PWM控制會(huì)在并網(wǎng)逆變器與大電網(wǎng)的公共耦合點(diǎn)(point of common coupling，PCC)產(chǎn)生諧波電壓，這種情況下弱電網(wǎng)的高電網(wǎng)阻抗特性會(huì)使PCC點(diǎn)電壓出現(xiàn)諧波共振和波形畸變。如果不加以控制，畸變的PCC電壓又會(huì)使并網(wǎng)逆變器的同步單元PLL出現(xiàn)偏差甚至失效，進(jìn)一步惡化并網(wǎng)電能質(zhì)量，導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)失穩(wěn)的現(xiàn)象。同時(shí)隨著PLL帶寬的增加這種不穩(wěn)定現(xiàn)象逐漸加劇。而現(xiàn)有的針對(duì)PLL的一系列改進(jìn)措施在不同的電網(wǎng)環(huán)境下需要對(duì)同步單元進(jìn)行調(diào)整，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。并且在不同的電網(wǎng)環(huán)境下需要對(duì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，不具有普適性。

針對(duì)弱電網(wǎng)下PLL給并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性帶來(lái)的負(fù)面影響以及一系列改進(jìn)措施的復(fù)雜程度，如果能去除PLL環(huán)節(jié)就能夠從根本上解決該問(wèn)題。而現(xiàn)有的去除PLL但是卻引入例如鎖頻環(huán)等其他的同步單元的做法會(huì)帶來(lái)和PLL一樣的問(wèn)題。因此考慮將研究的重點(diǎn)改為利用并網(wǎng)逆變器的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)自同步，這具有現(xiàn)實(shí)的意義。

發(fā)明內(nèi)容