基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法技术

技术编号:19514688 阅读:52 留言:0更新日期:2018-11-21 09:52
本发明专利技术揭示了一种基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,首先利用锁相环得到Park变换所需的负载电流的基波角频率,并利用多同步旋转坐标系方法,将负载电流中交变的谐波分量转化为相应坐标系下的直流量,进而将直流量打包发送到多功能并网逆变器侧。逆变器将直流量合成为相应的交变电流,作为谐波补偿分量。多功能并网逆变器在获得基波参考分量与谐波补偿分量后,在abc坐标系下利用比例谐振控制器对该交流分量进行跟踪,从而实现多功能并网逆变器的谐波治理功能。本发明专利技术可以较低带宽将数据发送到多功能并网逆变器端,另外,该方法简洁地解决了非线性负载带来的谐波污染问题,提高了电能质量的可靠性,有助于提高能源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法
本专利技术涉及一种谐波治理方法,尤其涉及一种基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,属于电能质量改善领域。
技术介绍
并网逆变器是用来连接分布式供电系统和电网,实现电能传送和交换的设备。当然,并网逆变器也可以工作于不并网状态,即独立于电网、单独向用户供电。实际上,目前电网中由于非线性负载的大量接入,及电力系统电力电子化程度不断加深,由此引发的谐波、三相不平衡、电压暂降、电压暂升等电能质量问题,极大地降低了电网的电能质量,从而导致电网污染、电力品质下降,引起供电及用电设备故障,甚至引发严重火灾事故等,不断威胁着电力系统的安全经济稳定运行。目前改善电能质量主要有两个方向:一是添加额外的电能质量改善装置,主要分为:无源滤波装置、有源滤波装置及无功补偿装置;虽然无源滤波器的成本极低、经济且简便,但是抑制谐波的能力比较弱,效果不好,例如LC串联滤波器;对于有源滤波器而言,有源滤波器能做到适时补偿,且不增加电网的容性元件,滤波效果较好,但是由于有源滤波器受到电力电子元件耐压、额定电流的发展限制,成本极高,其制作也比无源滤波器复杂得多,成本也高很多,例如,有源滤波器(APF);合理的选择无功补偿装置可以做到最大限度的减少网络的损耗,使电网质量提高,但是,如果选择或使用不当,可造成供电系统、电压波动,甚至谐波增大等诸多因素,例如,静态无功补偿器(SVC)等等。二是在逆变器有功输出的基础上修改算法,使得逆变器可以在有功输出的基础上,对系统的谐波、不平衡与无功等进行补偿,即多功能并网逆变器(MGFTI)。这种方法不需要加大初始投资费用,并充分利用逆变器的剩余容量,是解决电能质量问题的一种较为经济有效的途径。在多功能并网逆变器中,分析负载电流的谐波分量的常见方法有瞬时无功功率理论(pq理论)与快速傅里叶变换(FFT)。综上所述,如何提供一种基于多功能并网逆变器治理谐波,就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的上述缺陷,提供了一种基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,通过锁相环得到派克变换(Park变换)将交流量转换为相应旋转坐标系下的直流量,该直流量被打包发送到多功能并网逆变器侧,作为谐波治理指令。从而在有功输出的基础上,实现了负载谐波的治理,以解决现有多功能逆变器必须本地采集负荷信息的限制。本专利技术的技术解决方案是:基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,包括如下步骤:S1:基波角频率的获取;通过设计锁相环,在负载侧与多功能并网逆变器同时对系统电压进行锁相得到角频率的值;S2:基波参考电流的计算,包括如下步骤:S21:在逆变器侧,通过Park变换将系统电压从abc静止坐标系转换到dq坐标系下,利用dq坐标系下的dq轴电压与给定的有功功率P与无功功率Q,计算出相应的dq轴参考电流;S22:将d轴电流与补偿系统损耗的d轴电流相加,再与q轴电流进行Park反变换,从而得到abc静止坐标系下的基波参考电流;S3:谐波参考电流的计算,包括如下步骤:S31:在负载侧,分析负载电流中的谐波成分;S32:对于不同的谐波分量,分别将负载电流以合适倍基波角频率进行Park变换,对dq轴下的分量进行低通滤波后得到相应的直流分量,得到负载电流中的谐波成分的直流分量;S33:将谐波成分的直流分量打包并发送至多功能并网逆变器侧;S34:多功能并网逆变器再对谐波成分的直流分量以合适倍基波角频率进行Park反变换,从而在本地合成出abc坐标系下的谐波参考电流;S4:多功能并网逆变器参考电流的合成;将步骤S2中的基波参考电流与S3中的谐波参考电流合成为多功能并网逆变器参考电流;S5:多功能并网逆变器参考电流的跟踪;在abc静止坐标系下,交流分量的无稳态误差跟踪是通过设计合适的比例谐振控制器的比例系数与谐振系数,及在谐振点处提供无限增益的方式实现。优选地,所述多功能并网逆变器为三相三线制,多功能并网逆变器的直流侧的电容与分布式电源或储能直流输出端并联;多功能并网逆变器的输出端与配电网相连接。优选地,所述分布式电源或储能直流输出端为:风力发电机整流输出端、光伏设备输出端、燃料电池输出端、燃气轮机输出端、蓄电池组输出端、飞轮储能输出端、超级电容器输出端中的一种或几种。优选地,所述多功能并网逆变器的输出端与配电网的连接方式为:多功能并网逆变器的输出端通过滤波器直接与配电网相连接,或多功能并网逆变器的输出端分别通过滤波器、变压器与配电网相连接。优选地,所述滤波器为RL滤波器、LC滤波器或LCL滤波器。优选地,所述步骤S5中多功能并网逆变器参考电流包括基波参考电流与谐波参考电流,所述基波参考电流由上层能量管理系统或最大可输出功率决定。优选地,所述步骤S1中的锁相环的基本任务是快速准确地跟踪电网信号的频率和相位;所述锁相环包括鉴相器、环路滤波器及压控振荡器;锁相环的基本原理为:将电网电压vabc经过克拉克变换转换到αβ参考系下,再转换到dq参考系下,把dq参考系下的电网电压的q轴分量vq和给定的0信号进行比较后经PI控制器得到基准角频率ωt,将ωt积分后即得到电网电压的相位角θ。优选地,所述步骤S2中Park变换的公式为:所述步骤S21中的所述dq轴参考电流的计算方法包括如下步骤:S211:利用Park变换公式将系统电压vabc转换为dq轴上的电压分量,则dq坐标系下的瞬时功率的计算公式为:S212:在给定的有功功率P与无功功率Q的情况下,dq轴电流分量的计算公式为:S213根据所述上层能量管理系统或最大可输出功率指令P*,Q*,从而计算出dq轴参考电流所述步骤S22中的所述abc静止坐标系下的基波参考电流为:其中,为d轴参考电流中用以补偿逆变器损耗的基波分量;所述步骤S22中的补偿系统损耗的d轴电流的获取方法是通过采集电容电压的实际值与给定直流侧电压做差,然后进行PI闭环控制。优选地,所述步骤S4中的多功能并网逆变器参考电流的计算公式为:优选地,所述步骤S5中比例谐振控制器的传递函数为:式中的ωc为截止频率,ωh为基波和谐波的自然角频率,Kp是PR控制器的比例增益,Kr是PR控制器的谐振积分系数。本专利技术提供了一种基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,该方法通过多同步旋转坐标变换将谐波交流量转化为直流量,从而可将直流量打包后通过低带宽信道从负载侧发送到逆变器侧,在逆变器侧进行Park反变换后,即可复现出所需治理的谐波分量。这种方法使得逆变器无需直接采集负载侧的谐波信息,无需保证负载在逆变器的电气下游,因而更具灵活性。此外,通过在三相静止坐标系下采用比例谐振控制器,简化了参考电流跟踪控制算法,提高了计算效率。以下便结合实施例附图,对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述,以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为本专利技术的示意图;图2为本专利技术中多功能并网逆变器未投入时的电源侧电流谐波分析;图3为本专利技术中多功能并网逆变器仅对25次以下谐波补偿的电源侧电流谐波分析;图4电源侧电流Is及多功能逆变器输出电流Ig。具体实施方式基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其中,多功能并网逆变器为三相三线制,多功能并网逆变本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:基波角频率的获取;通过设计锁相环,在负载侧与多功能并网逆变器同时对系统电压进行锁相得到角频率的值;S2:基波参考电流的计算,包括如下步骤:S21:在逆变器侧,通过Park变换将系统电压从abc静止坐标系转换到dq坐标系下,利用dq坐标系下的dq轴电压与给定的有功功率P与无功功率Q,计算出相应的dq轴参考电流;S22:将d轴电流与补偿系统损耗的d轴电流相加,再与q轴电流进行Park反变换,从而得到abc静止坐标系下的基波参考电流;S3:谐波参考电流的计算,包括如下步骤:S31:在负载侧,分析负载电流中的谐波成分;S32:对于不同的谐波分量,分别将负载电流以合适倍基波角频率进行Park变换,对dq轴下的分量进行低通滤波后得到相应的直流分量,得到负载电流中的谐波成分的直流分量;S33:将谐波成分的直流分量打包并发送至多功能并网逆变器侧;S34:多功能并网逆变器再对谐波成分的直流分量以合适倍基波角频率进行Park反变换,从而在本地合成出abc坐标系下的谐波参考电流;S4:多功能并网逆变器参考电流的合成;将步骤S2中的基波参考电流与S3中的谐波参考电流合成为多功能并网逆变器参考电流;S5:多功能并网逆变器参考电流的跟踪;在abc静止坐标系下,交流分量的无稳态误差跟踪是通过设计合适的比例谐振控制器的比例系数与谐振系数,及在谐振点处提供无限增益的方式实现。...

【技术特征摘要】
1.基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:基波角频率的获取;通过设计锁相环,在负载侧与多功能并网逆变器同时对系统电压进行锁相得到角频率的值;S2:基波参考电流的计算,包括如下步骤:S21:在逆变器侧,通过Park变换将系统电压从abc静止坐标系转换到dq坐标系下,利用dq坐标系下的dq轴电压与给定的有功功率P与无功功率Q,计算出相应的dq轴参考电流;S22:将d轴电流与补偿系统损耗的d轴电流相加,再与q轴电流进行Park反变换,从而得到abc静止坐标系下的基波参考电流;S3:谐波参考电流的计算,包括如下步骤:S31:在负载侧,分析负载电流中的谐波成分;S32:对于不同的谐波分量,分别将负载电流以合适倍基波角频率进行Park变换,对dq轴下的分量进行低通滤波后得到相应的直流分量,得到负载电流中的谐波成分的直流分量;S33:将谐波成分的直流分量打包并发送至多功能并网逆变器侧;S34:多功能并网逆变器再对谐波成分的直流分量以合适倍基波角频率进行Park反变换,从而在本地合成出abc坐标系下的谐波参考电流;S4:多功能并网逆变器参考电流的合成;将步骤S2中的基波参考电流与S3中的谐波参考电流合成为多功能并网逆变器参考电流;S5:多功能并网逆变器参考电流的跟踪;在abc静止坐标系下,交流分量的无稳态误差跟踪是通过设计合适的比例谐振控制器的比例系数与谐振系数,及在谐振点处提供无限增益的方式实现。2.根据权利要求1所述的基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其特征在于:所述多功能并网逆变器为三相三线制,多功能并网逆变器的直流侧的电容与分布式电源或储能直流输出端并联;多功能并网逆变器的输出端与配电网相连接。3.根据权利要求2所述的基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其特征在于:所述分布式电源或储能直流输出端为:风力发电机整流输出端、光伏设备输出端、燃料电池输出端、燃气轮机输出端、蓄电池组输出端、飞轮储能输出端、超级电容器输出端中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的基于多同步旋转坐标系的多功能并网逆变器谐波治理方法,其特征在于:所述多功能并网逆变器的输出端与配电网的连接方式为:多功能并网逆变器的输出端通过滤波器直接与配电网相连接,...

【专利技术属性】
技术研发人员:岳东陈剑波柏少童窦春霞刘钊
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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