一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，通过过电流保护功率控制方法来调节不平衡电网下并网逆变器的输出电流和输出功率；不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法包括对不平衡电网下输出电流分析，对最大输出电流进行控制并计算出合理的有功功率和无功功率参考值调节功率波动，然后通过模型预测功率控制选择三个矢量，并调节其占空比来对三电平逆变器的各个开关器件进行控制。本发明专利技术方法可以实现柔性功率控制，减少不平衡电网下的有功和无功功率波动，而且本发明专利技术方法控制的逆变器稳态性能表现良好，能够提高并网逆变器的功率容量。

A Power Control Method for Overcurrent Protection of Grid-connected Inverters in Unbalanced Grid

The invention discloses an over-current protection power control method for grid-connected inverters under unbalanced power grids, which adjusts the output current and output power of grid-connected inverters under unbalanced power grids through the over-current protection power control method; the over-current protection power control method for grid-connected inverters under unbalanced power grids includes the analysis of the output current under unbalanced power grids and the maximum output current. Reasonable reference values of active power and reactive power are calculated to adjust power fluctuation. Then three vectors are selected by model predictive power control and duty cycle is adjusted to control the switching devices of three-level inverters. The method of the invention can realize flexible power control, reduce the fluctuation of active and reactive power under unbalanced power grid, and the steady-state performance of the inverter controlled by the method is good, and the power capacity of the grid-connected inverter can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法
本专利技术涉及并网逆变器控制
，具体涉及一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法。
技术介绍
随环境问题和能源危机的日益严重，利用太阳能、风能等可再生能源的分布式发电技术受到越来越广泛的关注。而逆变器是分布式发电系统与电网的接口，它的控制性能的优劣会决定供电质量。实际电网由于一系列不确定因素会导致电网不平衡，不考虑电网不平衡的传统控制策略会降低并网逆变器输出电流质量，带来功率震荡等负面影响，而且当电网电压下降时，并网逆变器的控制策略会使诸如电流迅速增加，这可能会损坏开关器件。现有的用于不平衡电网的控制策略，有通过修改功率参考值来直接减少电网电流避免过电流的方法，但是这种只通过降低期望输出的有功功率来避免过电流的方法会降低其功率容量；有通过注入额外的无功功率，使电网电流的峰值被限制在额定值以下，但这种方法中三角函数的计算会增加控制芯片的计算负担，而且输出功率的功率因数会变小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有不平衡电网下并网逆变器控制策略中，过电流保护策略功率容量降低、计算量较大、功率因数降低的缺点，提供一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，用计算更为简单的策略实现过电流保护功率控制的条件下，避免功率容量大幅减少，相比于同类方法有效提高过电流保护情况下的功率容量。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，该过电流保护功率控制方法包括下列步骤：针对三电平并网逆变器，在不平衡电网下，计算出正序和负序电流峰值，调节有功功率和无功功率参考值进行过电流保护，并调节功率波动；利用模型预测功率控制的目标函数从备选的矢量组合中选择合适的三个矢量，并计算对应的开关序列以及占空比对逆变器的功率开关器件进行控制，而所有备选的矢量组合由三电平逆变器空间电压矢量图中每个小三角形的顶点对应的矢量构成，当小三角形包含零矢量时，选择共模电压最小的OOO矢量，每个小三角形都包含两个个小矢量，两个小矢量对中点电压影响不一样，于是空间电压矢量图中24个小三角形包含48个矢量组合。具体步骤如下：在不平衡电网下，αβ坐标系下电网电压正序和负序分量(e+α，e+β)和(e-α，e-β)的计算公式为：其中，e+αβ＝e+α+je+β，e-αβ＝e-α+je-β，eαβ＝eα+jeβ，T是电网基频周期，而αβ坐标系下电网电流正序和负序分量只需将式(I)中电压分量变为电流分量即可通过相同的方法获得。在不平衡电网的静止两相坐标系αβ下，为了实现功率调节，对有功功率和无功功率二倍频波动进行调节，引入一个系数χ，且0≤χ≤1，设置有功和无功功率参考值为：其中，Pref是输出有功功率的实际期望值，而输出无功功率的实际期望值为0，(e+α，e+β)和(e-α，e-β)是αβ坐标系下电网电压的正序和负序分量，E-和E+是负序和正序电网电压的峰值。当系数χ＝0时，可以完全消除无功功率波动；当系数χ＝1时，可以完全消除有功功率波动；当时，可以完全消除电网电流中的负序分量。通过调整χ的值，还可以对有功和无功功率波动幅度进行调整，实现功率控制。在给定有功和无功功率的条件下，输出电流峰值IF为：计算出输出峰值电流以后，当χ小于[(E+)2-(E-)2]/2(E+)2时，式(III)中绝对值可以被消去，式(III)可以被化简为：当以减少不平衡电网下并网逆变器无功功率波动为控制目标时，其中，IN是χ的值为[(E+)2-(E-)2]/2(E+)2时的输出电流峰值，IR是χ的值为0时的输出电流峰值，Irated是额定电流。当χ大于[(E+)2-(E-)2]/2(E+)2时，式(III)中绝对值同样可以被消去，式(III)可以被化简为：当以减少不平衡电网下并网逆变器有功功率波动为控制目标时，其中，IA是χ的值为1时的输出电流峰值。当Pref的值过大时，只利用χ难以调节输出峰值电流IF在额定电流Irated以下，由此，对并网逆变器系统而言，输出功率的最大限制值为：于是，通过调节Pref和χ，实现过电流保护功率控制。计算出合理有功功率和无功功率参考值以后，利用模型预测功率控制在每个开关周期内选择逆变器输出的3个电压矢量，进而实现对功率的跟踪控制，模型预测功率控制的目标函数为：J＝[PrefF-P(k+1)]2+[QrefF-Q(k+1)]2+λ|uo(k+1)|(IX)其中，P(k+1)和Q(k+1)分别是k+1时刻的有功功率和无功功率；λ的取值为0.1，为模型预测功率控制中实现三电平逆变器中点电压平衡的系数，中点电压方程为：其中，uo＝uc2-uc1为母线电容的电压差，C是直流侧电容的大小，viabc为逆变器的开关状态，ti是开关状态对应的作用时长，|viabc|＝{|via|,|vib|,|vic|}T,vix(x＝a,b,c)∈{-1,0,1}，iabc是所连接系统的线电流且iabc＝{ia,ib,ic}。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术在模型预测功率控制的基础上，采用不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，相比于直接减少输出有功功率最大值来避免过电流的方法，通过调节χ的值调节有功和无功功率参考值，提高了功率容量；相对于注入额外无功功率限制电网电流的峰值的方法，本专利技术只需计算χ的值即可实现功率调节，有效减少了计算量，减轻了控制芯片的计算负担，提高了功率因数。附图说明图1是三电平并网逆变器电路图；图2是三电平逆变器空间电压矢量图；图3是本专利技术中不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法的流程图；图4是不平衡电网下并网逆变器的实验主电路图；图5(a)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少无功功率波动情况下的输出电流示意图；图5(b)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少无功功率波动情况下的输出功率示意图；图6(a)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少无功功率波动且Pref从3kW升高到3.8kW情况下的电流变化示意图；图6(b)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少无功功率波动且Pref从3kW升高到3.8kW情况下的功率变化示意图；图7(a)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少有功功率波动情况下的输出电流示意图；图7(b)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少有功功率波动情况下的输出功率示意图；图8(a)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少有功功率波动且Pref从3kW升高到3.8kW情况下的电流变化示意图；图8(b)是不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法工作在减少有功功率波动且Pref从3kW升高到3.8kW情况下的功率变化示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例在图1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，其特征在于，所述的过电流保护功率控制方法包括下列步骤：针对三电平并网逆变器，在不平衡电网下，计算出正序和负序电流峰值，调节有功功率和无功功率参考值进行过电流保护，并调节功率波动；利用模型预测功率控制的目标函数从备选的矢量组合中选择合适的三个矢量，并计算对应的开关序列以及占空比对逆变器的功率开关器件进行控制，其中，所述的备选的矢量组合由三电平逆变器空间电压矢量图中每个小三角形的顶点对应的矢量构成。

【技术特征摘要】
1.一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，其特征在于，所述的过电流保护功率控制方法包括下列步骤：针对三电平并网逆变器，在不平衡电网下，计算出正序和负序电流峰值，调节有功功率和无功功率参考值进行过电流保护，并调节功率波动；利用模型预测功率控制的目标函数从备选的矢量组合中选择合适的三个矢量，并计算对应的开关序列以及占空比对逆变器的功率开关器件进行控制，其中，所述的备选的矢量组合由三电平逆变器空间电压矢量图中每个小三角形的顶点对应的矢量构成。2.根据权利要求1所述的一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，其特征在于，所述的调节有功功率和无功功率参考值进行过电流保护的过程如下：在不平衡电网的静止两相坐标系αβ下，为了实现功率调节，对有功功率和无功功率二倍频波动进行调节，引入一个系数χ，且0≤χ≤1，设置有功功率参考值PrefF和无功功率参考值QrefF为：其中，Pref是输出有功功率的实际期望值，而输出无功功率的实际期望值为0，(e+α，e+β)和(e-α，e-β)是αβ坐标系下电网电压的正序和负序分量，E-和E+是负序和正序电网电压的峰值，当系数χ＝0时，完全消除无功功率波动；当系数χ＝1时，完全消除有功功率波动；当系数时，完全消除电网电流中的负序分量；通过调整χ的值，对有功和无功功率波动幅度进行调整，实现功率控制；在给定有功功率和无功功率的条件下，输出电流峰值IF为：通过调节系数χ以及Pref的值实现调节输出电流峰值。3.根据权利要求2所述的一种不平衡电网下并网逆变器的过电流保护功率控制方法，其特征在于，计算出输出电流峰值IF以后，当系数χ小于[(E+)2-(E-)2]/2(E+)2时，式(B)中绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，程建材，胡毕华，张健彬，罗璇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44