基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法。该方法如下：检测并转换三相电压、并网电流；利用锁相环得到电网电压角度以及角频率；并网电流检测值经过计算得到平均值，平均值经过一个积分环节后与并网电流检测值共同进行dq坐标变换。测量直流电压量，计算得到旋转坐标系下有功电流给定值。在旋转坐标系下利用电流参考值与实测值进行作差计算，经过FO‑PIR控制器得到旋转坐标系下的电压参考值，与旋转坐标系下有功、无功电压实测值以及耦合量进行计算并转换得到两相静止坐标系下的电压信号，再经过SPWM调制得到控制网侧变流器的开关信号。本发明专利技术可在不对系统硬件进行较大改动的前提下，实现非隔离型三相并网逆变器的直流分量抑制，使逆变器输出电流含有极少的直流分量。

【技术实现步骤摘要】
基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法
本专利技术涉及并网逆变器控制领域，尤其是基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法。
技术介绍
非隔离型光伏并网逆变器由于不含隔离变压器，转换效率最高可达到98％，其拓扑结构的研究受到世界各国研究人员的追捧。但非隔离并网逆变器与电网之间不存在电气隔离，难以避免的会将逆变发电所产生的直流分量注入电网。直流分量的危害主要表现在注入电网后对电网设备产生极大的危害，尤其是对电力变压器产生的影响最为严重。电力变压器是否能够正常运行会直接影响到用电单位的用电质量以及电网电能的传输。直流分量注入电网不仅会对电力变压器产生严重的影响，对其他的用电设备也会造成不同程度的危害：(1)导致电网变压器初级电流峰值过高，使电流保护设备安全受到威胁。输入电流保险会由于过高的电流烧毁，引起区域性断电。(2)并网电流中的直流分量会造成接地导线电蚀加剧。(3)电网上的其他设备会遭到不同程度的负面影响。例如会使并网的交流发电机发热或产生脉动转矩等。(4)直流分量还会导致检测误差或增加谐波含量等。采用非隔离型并网逆变器，必须解决直流分量注入问题，国内外学者相继投入对该问题的研究。众多直流分量抑制方法中，虚拟电容法性价比较高，应用较为广泛；同样的，三相并网逆变器多采用电网电压前馈控制策略，必然涉及到坐标系的转换问题；当采用虚拟电容法，在进行坐标转换时，往往需要进行复杂的解耦控制，使虚拟电容法失去优势。因此，需要一种新的技术方案来解决虚拟电容法不适用于三相并网逆变器的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种方法简单、工作可靠的直流分量抑制方法，该方法可使虚拟电容法应用在三相并网逆变器时，避免复杂的解耦过程，并在一定程度上提升控制器的性能。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下:1.基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法，其特征在于，检测并转换三相电压、并网电流；利用锁相环得到电网电压角度以及角频率；并网电流检测值经过计算得到平均值，平均值经过一个积分环节后与并网电流检测值共同进行dq坐标变换；测量直流电压量，计算得到旋转坐标系下有功电流给定值；在旋转坐标系下利用电流参考值与实测值进行作差计算，经过FO-PIR控制器得到旋转坐标系下的电压参考值；与旋转坐标系下有功、无功电压实测值以及耦合量进行计算并转换得到两相静止坐标系下的电压信号，再经过SPWM调制得到控制网侧变流器的开关信号进一步的，具体包括以下步骤：(1)、检测电网电压eAB、eBC、eAC，并网电流ia、ib、ic，用锁相环得到电网电压角度θg，电网电压角频率ω；并网电流经过平均值计算得到并网电流平均值ia0、ib0、ic0，并网电流平均值经过传递函数为K0/s的积分环节得到直流分量反馈值；并网电流实测值与直流分量反馈值经过park变换模块后得到dq轴电流id、iq；电网电压经过park变换后得到dq轴电压ed、eq。(2)、检测直流电压值Udc，将Udc与参考值Udc*作差并经过PI控制器后得到有功电流id的参考值id*，当逆变器处于单位功率因数运行状态时，只是向电网传送有功功率，此时需要控制系统无功功率为零，即令无功电流给定值iq*＝0；(3)、将id*与iq*与id、iq进行作差比较，经过FO-PIR控制器进行校准调节，得到旋转坐标系下的电压参考值ud、uq；(4)、将ud、uq与ed、eq以及dq旋转坐标轴中d、q两轴耦合量ωLid、ωLiq进行作差作和计算并转换得到两相静止坐标系下电压信号，该信号经过SPWM调制后产生控制网侧变流器的开关信号。本专利技术的有益效果：本专利技术所提出的方法，在传统的电网电压前馈控制策略中，加入虚拟电容法与平均电流检测法相结合的直流分量抑制方法，通过FO-PIR控制器对该方法反馈的直流分量以及并网电流进行校正调节，从而抑制并网电流中所含直流分量。该方法无需对系统硬件进行大规模的改动，一定程度上提升了并网电流控制系统的动态性能，并解决了虚拟电容法在三相并网逆变器的应用中需要进行复杂的解耦控制问题。附图说明图1是并网电流中含有直流分量情况下三相并网逆变器控制原理框图；图2是带有隔直电容的三相并网逆变器；图3是直流分量抑制控制框图；图4是平均电流检测法原理图，其中，图4(a)是当并网电流为不含直流分量时的原理图，图4(b)是当并网电流为包含直流分量时的原理图；图5是FO-PI与IO-PI阶跃响应曲线；图6是谐振系数Kr变化时，电流环根轨迹；图7是FO-PIR控制器波特图；图8是并网电流中含有直流分量情况下，采用基于PIR控制器的直流分量抑制方法的控制效果图，其中，图8(a)是未采用直流分量抑制的并网电流图，图8(b)是采用直流分量抑制的并网电流图；图9是并网电流FFT对比分析图，其中，图9(a)是未采用直流分量抑制方法的效果图，图9(b)是采用直流分量抑制方法的效果图；具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。本专利技术方法的基本思路如下：检测并转换三相电压、并网电流；利用锁相环得到电网电压角度以及角频率；并网电流检测值经过计算得到平均值，平均值经过一个积分环节后与并网电流检测值共同进行dq坐标变换。测量直流电压量，计算得到旋转坐标系下有功电流给定值。在旋转坐标系下利用电流参考值与实测值进行作差计算，经过FO-PIR控制器得到旋转坐标系下的电压参考值，与旋转坐标系下有功、无功电压实测值以及耦合量进行计算并转换得到两相静止坐标系下的电压信号，再经过SPWM调制得到控制网侧变流器的开关信号。图1为将本专利技术应用于三相并网逆变器的整体控制结构图，结合图1具体说明其控制方法的具体步骤：步骤一、检测电网电压eAB、eBC、eAC，并网电流ia、ib、ic，用锁相环得到电网电压角度θg，电网电压角频率ω；并网电流经过平均值计算得到并网电流平均值ia0、ib0、ic0；并网电流平均值经过积分环节K0/s得到直流分量反馈值；并网电流实测值与直流分量反馈值经过park变换模块后得到dq轴电流id、iq；电网电压经过park变换后得到dq轴电压ed、eq。步骤二、检测直流电压值，将此实测值Udc与参考值Udc*作差并经过PI控制器后得到有功电流id的参考值id*，当逆变器处于单位功率因数运行状态时，只是向电网传送有功功率，此时需要控制系统无功功率为零，即令无功电流给定值iq*＝0；步骤三、将id*与iq*与id、iq进行作差比较，经过PIR控制器进行校准调节，得到旋转坐标系下的电压参考值ud、uq。步骤四、将ud、uq与ed、eq以及d、q两轴耦合量ωLid、ωLiq进行作差以及作和计算，并转换得到两相静止坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法，其特征在于，检测并转换三相电压、并网电流；利用锁相环得到电网电压角度以及角频率；并网电流检测值经过计算得到平均值，平均值经过一个积分环节后与并网电流检测值共同进行dq坐标变换；测量直流电压量，计算得到旋转坐标系下有功电流给定值；在旋转坐标系下利用电流参考值与实测值进行作差计算，经过FO‑PIR控制器得到旋转坐标系下的电压参考值；与旋转坐标系下有功、无功电压实测值以及耦合量进行计算并转换得到两相静止坐标系下的电压信号，再经过SPWM调制得到控制网侧变流器的开关信号。

【技术特征摘要】
1.基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法，其特征在于，检测并转换三相电压、并网电流；利用锁相环得到电网电压角度以及角频率；并网电流检测值经过计算得到平均值，平均值经过一个积分环节后与并网电流检测值共同进行dq坐标变换；测量直流电压量，计算得到旋转坐标系下有功电流给定值；在旋转坐标系下利用电流参考值与实测值进行作差计算，经过FO-PIR控制器得到旋转坐标系下的电压参考值；与旋转坐标系下有功、无功电压实测值以及耦合量进行计算并转换得到两相静止坐标系下的电压信号，再经过SPWM调制得到控制网侧变流器的开关信号。2.根据权利要求1所述基于分数阶PIR的并网电流直流分量抑制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)、检测电网电压eAB、eBC、eAC，并网电流ia、ib、ic，用锁相环得到电网电压角度θg，电网电压角频率ω；并网电流经过平均值计算得到并网电流平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超波，李皓，高嵩，马媛，景卓，张咪，张宏鹏，郎宝华，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61