基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，通过提取PCC电压中的负序或谐波分量，前馈至电感电流PI控制器的参考值处，等效为在PCC处并联了一个较小的虚拟阻抗，使得逆变器总的输出阻抗在负序或谐波频率处的阻抗值极大地减小，进而降低负载电流中的负序或谐波分量在输出阻抗上产生的负序或谐波压降，抑制PCC电压不平衡或谐波畸变，改善微网逆变器PCC处的电压质量；本发明专利技术提供的这种方法基于微网逆变器已有的检测信号，通过在现有控制系统中进行控制实现，系统无需添加额外的元件，可有效减小能耗和节省控制成本。

【技术实现步骤摘要】
基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法
本专利技术属于微电网逆变器控制
，更具体地，涉及一种基于并联虚拟阻抗(ParallelVirtueImpedance，PVI)的PCC电压不平衡与谐波抑制方法。
技术介绍
现代电力系统正从传统集中式发电模式逐步发展为分布式发电模式，微电网作为分布式电源的有效载体，主要由电力电子变流器装置、储能装置、保护以及负荷控制等设备构成，可运行在并网与孤岛两种模式，是分布式电源接入大电网的有效途径，也是智能电网的重要组成部分。三相电压源型逆变器(VoltageSourceInverter，VSI)通常只对基波正序分量进行闭环控制，VSI的基波正序等效输出阻抗极小；而对负序分量和谐波来说，相当于是开环控制，因此负序和谐波的等效输出阻抗很大。在以VSI为接口的低压微电网中，当系统中只有平衡负载和线性负载时，公共接入点(PointofCommonCoupling，PCC)处A、B、C三相电压完全平衡(幅值相等、相位互差120°)，没有明显的谐波畸变。但是，当系统中带有不平衡负载时(如单相负载、两相相间负载等)，相当于在负载侧接入负序电流源，负序电流在逆变器的输出阻抗上产生负序压降，从而导致PCC处三相电压不平衡。当系统中带有非线性负载时(如晶闸管变频调速装置、不控整流装置等)，相当于在负载侧接入谐波电流源，谐波电流在逆变器输出阻抗上产生谐波压降，从而会导致PCC处电压谐波畸变。PCC处的不平衡与谐波电压将影响其他用电设备的正常工作，导致比如磁性元件过热、损耗增大等，极大降低系统的性能和效率。面对上述问题，现有方法是对PCC处三相电压的不平衡与谐波抑制分开处理，分别控制；对三相电压不平衡的处理方法大多基于对称分量法，对三相电压进行正负序分解，提取负序分量，通过对负序分量进行闭环控制来抑制三相电压的不平衡。在谐波抑制方面，有一种在电压控制回路中合成谐波阻抗来抑制微电网谐波的方法，也有采用基于单周控制技术的有源滤波器来消除谐波的方法；上述这些方法的控制目标和控制方法相对单一，只适用于不平衡负载或非线性负载中的一种工况；当系统中既有不平衡负载又有非线性负载时，为了同时抑制PCC处电压三相不平衡与谐波，控制系统将十分复杂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其目的在于通过减小负载电流中的负序或谐波分量在输出阻抗上产生的负序或谐波压降，解决微电网中PCC处电压不平衡或谐波畸变问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，通过在微网逆变器的PCC处并联较小的虚拟的负序和/或谐波阻抗Zv，使微网逆变器总的等效输出负序和/或谐波阻抗小于虚拟的阻抗Zv，以减小负载电流中的负序分量和/或谐波分量在输出阻抗上产生的压降，抑制PCC处的不平衡与谐波电压，改善微网系统的电压质量。优选地，上述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，通过dq同步旋转坐标变换将负序分量转变为dq坐标系下的2倍频分量，将5次谐波分量、7次谐波分量均转变为dq坐标系下的6倍频分量；通过在PCC处并联2倍频的虚拟阻抗来抑制PCC电压不平衡，通过在PCC处并联6倍频的虚拟阻抗来抑制PCC电压的5次谐波分量和7次谐波分量。优选地，上述PCC电压不平衡与谐波抑制方法，通过在dq坐标下采用中心频率为2倍频或6倍频的二阶带通滤波器提取PCC电压中的不平衡或谐波分量，并将该分量前馈至电感电流PI控制器的参考值处，达到等效于在PCC处并联2倍频或6倍频的虚拟阻抗的目的。为实现本专利技术的目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，包括如下步骤：(1)通过dq同步旋转坐标变换将PCC处的负序分量和/或谐波分量转换为倍频分量；(2)在dq坐标系下利用倍频分量对应频率的带通滤波器提取PCC电压中的负序分量和/或谐波分量；(3)将提取的负序分量和/或谐波分量前馈至电感电流PI控制器参考值处，等效为在PCC处并联了一个负序和/或谐波虚拟阻抗，使得微网逆变器总的输出阻抗在不平衡或谐波频率处的阻抗值极大地减小，以降低负载电流中的负序和/或谐波分量在输出阻抗上产生的压降。优选地，上述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，当仅需抑制PCC电压不平衡，则仅将提取到的负序分量前馈至电感电流PI控制器参考值处；当仅需抑制谐波，则仅将谐波分量前馈至电感电流PI控制器参考值处；当需要抑制不平衡和谐波，则将提取到的负序分量和谐波分量前馈至电感电流PI控制器参考值处。优选地，上述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，将PCC处的负序分量转换为dq坐标系下的2倍频分量，将5次谐波分量、7次谐波分量均转换为dq坐标系下的6倍频分量。优选地，上述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，在dq坐标系下利用中心频率为100Hz的带通滤波器提取负序分量、利用中心频率为300Hz的带通滤波器提取谐波分量。本专利技术提供的上述方法，通过降低不平衡或谐波电流在输出阻抗上所产生的压降来改善PCC电压质量，在逆变器的输出侧并联一个较小的虚拟负序或谐波阻抗，使总的输出负序或谐波阻抗减小，从而降低负序或谐波电流在输出阻抗上所产生的负序或谐波压降，达到抑制PCC点不平衡与谐波电压的目的。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，通过提取PCC电压中的负序或谐波分量，并前馈至电感电流PI控制器的参考值处，等效于在PCC处并联一个较小的虚拟阻抗，使得逆变器总的输出阻抗在负序或谐波频率处的阻抗值极大地减小，进而降低负载电流中的负序和/或谐波分量在输出阻抗上产生的负序和/或谐波压降，抑制PCC电压不平衡或谐波畸变，改善微网逆变器PCC处的电压质量；本方法是基于微网逆变器已有的检测信号，通过在现有控制系统中进行控制实现，系统无需添加额外的元件，可有效减小能耗和节省控制成本；(2)本专利技术提供的基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，并联的虚拟阻抗的幅值和频率点人为可控，可根据需求灵活控制；(3)本专利技术提供的基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，能同时抑制微网逆变器PCC处不平衡与谐波电压，控制方法简单实用。附图说明图1为三相VSI的PCC端并联虚拟阻抗的单相等值电路及其s域等效模型示意图；其中，1(a)为三相VSI输出侧单相等值电路图；图1(b)是图1(a)在s域中的等效模型；图1(c)是将图1(b)中虚拟阻抗比较点后移得到的等效模型；图2为在图1所示等效模型上加入控制后的框图及其推导示意图；其中，图2(a)是将图1(c)中虚线框模型前移到控制中的示意图，图2(b)是图2(a)中两个虚线框合并后等效模型；图3为三相VSI在dq同步旋转坐标系下的控制示意图；图4为加入PVI前后输出阻抗的伯德图；图5为微网逆变器系统带各种负载总体示意图；图6为满足逆变器稳定工作的PVI的取值范围；图7为实施例中的微网逆变器带不平衡负载时PCC电压波形及不平衡度变化曲线；图7(a)为PCC三相电压波形，图7(b)为PCC三相电压有效值变化曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过在微网逆变器的PCC处并联虚拟的负序和/或谐波阻抗，使微网逆变器总的等效输出负序和/或谐波阻抗小于虚拟的负序和/或谐波阻抗，以减小负载电流中的负序分量和/或谐波分量在输出阻抗上产生的压降，抑制PCC处的不平衡与谐波电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于并联虚拟阻抗的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过在微网逆变器的PCC处并联虚拟的负序和/或谐波阻抗，使微网逆变器总的等效输出负序和/或谐波阻抗小于虚拟的负序和/或谐波阻抗，以减小负载电流中的负序分量和/或谐波分量在输出阻抗上产生的压降，抑制PCC处的不平衡与谐波电压。2.如权利要求1所述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过dq同步旋转坐标变换将负序分量转变为dq坐标系下的2倍频分量；通过在PCC处并联2倍频的虚拟阻抗来抑制PCC电压不平衡。3.如权利要求2所述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过在dq坐标下采用中心频率为2倍频的二阶带通滤波器来提取PCC电压中的负序分量，并将所述负序分量前馈至电感电流PI控制器的参考值处，达到等效于在PCC处并联2倍频的虚拟负序阻抗的目的。4.如权利要求1所述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过dq同步旋转坐标变换将5次谐波分量、7次谐波分量均转变为dq坐标系下的6倍频分量；通过在PCC处并联6倍频的虚拟阻抗来抑制PCC电压的5次谐波分量和7次谐波分量。5.如权利要求4所述的PCC电压不平衡与谐波抑制方法，其特征在于，通过在dq坐标下采用中心频率为6倍频的二阶带通滤波器提取PCC电压中的谐波分量，并将所述谐波分量前馈至电感电流PI控制器的参考值处，达到等效于在PCC处并联6...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雪军，陈志，杨敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42