电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，包括以下步骤：将电网电压分解为正序和负序分量，测量得到正、负序电压的幅值和相位；建立正、负序控制器；以电网的正、负序电压作为两个控制器的跟踪对象，将两个控制器的输出信号合成为PWM的调制信号，驱动逆变器；将线路的电流进行正负序分解，分别作为正、负序控制器的输入量；引入正、负序电流反馈到正、负序控制器，实现同步后功率的传递、对负序电流的抑制。本发明专利技术实现了并网逆变器在电网电压不平衡条件下正常运行的同时抑制系统的负序电流，避免了负序分量给系统带来的影响，减少了计算的复杂程度。本发明专利技术还公开了一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三相逆变器并网控制领域，特别涉及一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置和方法。
技术介绍
作为分布式发电系统的接口，并网逆变器通常将可再生能源发出的电能转化为电网可接受的交流电能。可再生能源发电存在随机性和波动性，通常采用最大功率跟踪控制，一般不参与电网调压和调频。控制改变并网逆变器的运行特性，并将并网逆变器模拟为传统同步发电机，能够提升电网对分布式电源的适应性和接纳能力，使逆变器模拟出同步发电机的外特性，从而使分布式电源能够像同步发电机一样参与电网频率和电压调节，快速同步并无缝地并离网，降低分布式能源对电网的不利影响。然而分布式发电系统通常呈现弱电网状态，容易出现电网电压不平衡的情况，电网电压的负序分量将影响系统内并网逆变器的正常工作，可能导致并网电流出现严重畸变，甚至引发逆变系统失稳脱网。因此非常有必要研究一种不平衡条件下逆变器还能正常工作，并能有效抑制负序电流的方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种计算简单、实用性强的电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，并提供一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置，包括逆变器；控制模块；正负序提取模块，正负序提取模块包括电流分解单元、逆变器输出电压分解单元和电网电压分解单元，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输入端分别与逆变器输出端、逆变器输出端、电网相连，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输出端与控制模块的输入端相连；控制模块的输出端经PWM驱动模块连接逆变器；所述控制模块包括用于满足给定输出功率的正序控制器和用于抑制负序电流的负序控制器。一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，包括以下步骤：1)在电网不平衡条件下，利用对称分量法将电网电压分解为正序和负序分量，测量得到正、负序电压的幅值和相位信息；2)根据同步发电机的原理以及数学模型建立两个控制器，分别为正序、负序控制器；3)以电网的正、负序电压信号作为两个控制器的跟踪对象，将两个控制器的输出信号合成为PWM的调制信号，驱动逆变器输出电压，输出电压同样分解为正负序，且同步于电网侧的相应电压；与电网同步后再进行并网；4)并网后将线路的电流进行正负序分解，分别作为对应的正、负序控制器的电流输入量；5)引入正序电流反馈到正序控制器，并在正序控制器内进行功率设定，实现同步后功率的传递；负序控制器跟踪电网的负序电压，引入负序电流反馈到负序控制器，实现对负序电流的抑制。上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤1)中，利用对称分量法，不考虑零序分量，三相电网电压Vabc分解成正负序分量，其中正序表示为Vabc+，负序表示为Vabc-，按下式进行计算求得；Vabc+＝[T+]Vabc；Vabc-＝[T-]Vabc式中，[T+]与[T-]为正、负序分解矩阵，其中α＝ej120＝e-j240是一个复数算子，然后利用双二阶广义积分器的软件锁相环方案获取分序后的电压频率、幅值和相位，各公式中参数的上标+、-分别代表正、负序。上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤2)具体步骤为，根据同步发电机数学模型建立正、负序控制器，从提取的电网正负序信息设定控制器的参数；按照公式计算出控制器的输出信号，也为逆变器的输出电压；式中：为感应电动势；Mf为虚拟的互感系数；if为虚拟的励磁电流，即将Mfif设为常数；θ为虚拟的转子转动角度；为控制逆变器输出与电网同步，即e＝vg，vg为电网侧电压，将控制器中的θ设定为θg，为虚拟的角频率，即因为if为常数，有所以Vg为vg的幅值，从而分别建立正序控制器、负序控制器，其输出分别为e+、e-,正序控制器中负序控制器中上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤3)根据电网的正负序电压信号，分别使两个控制器的输出电动势独立跟踪电网的正负序电压，使e+＝vg+,e-＝vg-，式中上标+、-分别代表正、负序，其中正序控制器中的数学模型为其中ifconstant为下标，表示虚拟的励磁电流if为常数；<.,.>表示内积；负序控制器中的数学模型为将两个控制器的输出信号合成为PWM的调制信号，驱动逆变器输出电压，其输出电压同样分解为正负序，且同步于电网侧的相应电压；不对称的三相电压中，把每相电压分三个分量表示，即正序、负序、零序的代数和，不考虑零序分量，按照公式计算正负序电压的合成，式中为控制模块输出的正序电动势；为控制模块输出的负序电动势；为合成的三相电电动势；将输入PWM驱动模块控制逆变器输出，实现一台逆变器虚拟为两个同步控制器联合控制的逆变器。上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤3)中，为了使控制器控制逆变器输出电压与电网同步，即要保证逆变器正负序电压的幅值和频率及相位分别与电网侧电压相同，在负序控制器中，参考负序有功功率同时将作为逆变器负序电压的额定频率，因此其中为虚拟的负序机械转矩；在同步逆变器的下垂特性中，定义负序控制器中下垂系数ΔT-为负序总虚拟转矩的变化率，Δω-逆变器负序电压频率的变化率，即可表示为ω-和的差值，由此计算ΔT-；在并网前，逆变器与电网之间无电流经过，根据负序控制器中的数学模型有根据同步逆变器的虚拟转矩平衡方程与以及ΔT-的代数和再经过1/Js模块得到ω-，此过程实现控制器输出负序电压频率与电网侧同步，而ω-经过积分模块得到负序电压的相位角θ-；在负序控制器控制逆变器输出负序电压与电网侧负序电压同步的同时，正序控制器同样控制与电网侧正序电压的同步，两者同时经行；在正序控制器中，参考正序有功功率和无功功率在并网前都设定为零，根据同步发电机并网功率计算公式和其中XS为虚拟的同步发电机的同步阻抗；当P和Q都为零时，有相位角θ＝θg和电压幅值E＝Vg来满足逆变器的并网条件；将作为逆变器正序电压的额定频率，因此其中为虚拟的正序机械转矩，并网前为零；在同步逆变器的下垂特性中，定义正序控制器中下垂系数ΔT+为正序总虚拟转矩的变化率，Δω+为逆变器正序电压频率的变化率，即可表示为ω+和的差值，由此可以计算ΔT+；在并网前，逆变器与电网之间无电流经过，根据正序控制器中的数学模型有和Q+＝0，根据同步逆变器的虚拟转矩平衡方程与以及ΔT+的代数和再经过1/Js模块得到ω+，此过程实现控制器输出正序电压频率与电网侧同步，而ω+经过积分模块得到正序电压的相位角θ+。上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤4)根据并网后的线路电流，利用双二阶广义积分器的软件锁相环方案获取分序后的正负序电流i+和i-作为两个控制器的电流参考信号。上述电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，所述步骤5)中，在负序控制器中，保持原来的运行模式不变，逆变器的负序电压始终跟踪电网的负序电压，保持对负序电流的抑制，因此i-为零，及始终保持在正序控制器中，要保证逆变器的正常运行，开始向电网侧传递有功功率和无功功率，根据需要设定有功功率值，有在功角0<δ<π/2，有功功率表示为P＝Teω，当功角δ增减时，Te也会随之增减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置，其特征在于：包括逆变器；控制模块；正负序提取模块，正负序提取模块包括电流分解单元、逆变器输出电压分解单元和电网电压分解单元，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输入端分别与逆变器输出端、逆变器输出端、电网相连，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输出端与控制模块的输入端相连；控制模块的输出端经PWM驱动模块连接逆变器；所述控制模块包括用于满足给定输出功率的正序控制器和用于抑制负序电流的负序控制器。

【技术特征摘要】
1.一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的装置，其特征在于：包括逆变器；控制模块；正负序提取模块，正负序提取模块包括电流分解单元、逆变器输出电压分解单元和电网电压分解单元，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输入端分别与逆变器输出端、逆变器输出端、电网相连，电流分解单元、逆变器输出电压分解单元、电网电压分解单元的输出端与控制模块的输入端相连；控制模块的输出端经PWM驱动模块连接逆变器；所述控制模块包括用于满足给定输出功率的正序控制器和用于抑制负序电流的负序控制器。2.一种电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，包括以下步骤：1)在电网不平衡条件下，利用对称分量法将电网电压分解为正序和负序分量，测量得到正、负序电压的幅值和相位信息；2)根据同步发电机的原理以及数学模型建立两个控制器，分别为正序、负序控制器；3)以电网的正、负序电压信号作为两个控制器的跟踪对象，将两个控制器的输出信号合成为PWM的调制信号，驱动逆变器输出电压，输出电压同样分解为正负序，且同步于电网侧的相应电压；与电网同步后再进行并网；4)并网后将线路的电流进行正负序分解，分别作为对应的正、负序控制器的电流输入量；5)引入正序电流反馈到正序控制器，并在正序控制器内进行功率设定，实现同步后功率的传递；负序控制器跟踪电网的负序电压，引入负序电流反馈到负序控制器，实现对负序电流的抑制。3.根据权利要求2所述的电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，其特征在于：所述步骤1)中，利用对称分量法，不考虑零序分量，三相电网电压Vabc分解成正负序分量，其中正序表示为Vabc+，负序表示为Vabc-，按下式进行计算求得；Vabc+＝[T+]Vabc；Vabc-＝[T-]Vabc式中，[T+]与[T-]为正、负序分解矩阵，其中α＝ej120＝e-j240是一个复数算子，然后利用双二阶广义积分器的软件锁相环方案获取分序后的电压频率、幅值和相位，各公式中参数的上标+、-分别代表正、负序。4.根据权利要求2所述的电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，其特征在于：所述步骤2)具体步骤为，根据同步发电机数学模型建立正、负序控制器，从提取的电网正负序信息设定控制器的参数；按照公式计算出控制器的输出信号，也为逆变器的输出电压；式中：为感应电动势；Mf为虚拟的互感系数；if为虚拟的励磁电流，即将Mfif设为常数；θ为虚拟的转子转动角度；为控制逆变器输出与电网同步，即e＝vg，vg为电网侧电压，将控制器中的θ设定为θg，为虚拟的角频率，即因为if为常数，有所以Vg为vg的幅值，从而分别建立正序控制器、负序控制器，其输出分别为e+、e-,正序控制器中负序控制器中5.根据权利要求2所述的电网不平衡条件下抑制同步逆变器负序电流的方法，其特征在于：所述步骤3)根据电网的正负序电压信号，分别使两个控制器的输出电动势独立跟踪电网的正负序电压，使e+＝vg+,e-＝vg-，式中上标+、-分别代表正、负序，其中正序控制器中的数学模型为其中ifconstant为下标，表示虚拟的励磁电流if为常数；<.,.>表示内积；负序控制器中的数学模型为将两个控制器的输出信号合成为PWM的调制信号，驱动逆变器输出电压，其输出电压同样分解为正负序，且同步于电网侧的相应电压；不对称的三相电压中，把每相电压分三个分量表示，即正序、负序、零序的代数和，不考虑零序分量，按照公式计算正负序电压的合成，式中为控制模块输出的正序电动势；为控制模块输出的负序电动势；为合成的三相电电动势；将输入PWM驱动模块控制逆变器输出，实...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，李磊，彭寒梅，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43