一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法技术

一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法，针对电网电压不平衡条件下并网同步信息检测、数字采样、PWM输出等延时问题，研究一种基于预测占空比、零极点补偿控制以及正负序分量复数滤波器的改进控制方法，以提高并网逆变器的动态性能。本文首先引入了电网电压不平衡条件下的LCL型三相逆变器数学模型；其次，通过引入预测占空比和零极点补偿控制相结合的方法来消除数字控制带来的采样延时、PWM输出延时，利用复数滤波器快速获取并网点电压正负序分量。最后，仿真分析了不平衡电网电压条件下并网逆变器输出特性，其结果表明所提方法比传统控制方法具有更高的动态特性。

【技术实现步骤摘要】
一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及不平衡电网电压条件下的并网逆变器的改进数字控制技术。
技术介绍
近年来，随着国家大力倡导发展新型清洁能源，分布式可再生能源发电得到了快速发展，并网逆变器作为电网与可再生能源发电设备之间的接口装置。在三相电网电压不平衡情况下，由于并网同步信息的检测存在电压基波分量、谐波分量等扰动，造成了延时；同时并网逆变器采用数字控制时存在控制延时。这些因素会影响并网控制和并网同步信息检测的实时性和准确性，进而影响并网电流控制性能。目前，所提出的解决方法主要有Simth预测补偿法和增加零极点补偿延时法。前者是根据当前和过去时刻的信息估算下一时刻的信息以达到消除延时的目的；但是它对系统模型的依赖性较强，存在一定的估计误差。后者只能消除零阶保持器带来的半拍调制延时，而不能消除并网控制中产生的采样延时。针对数字控制存在的延时问题和基波信息检测存在的检测延时问题，在电网电压不平衡情况下将延时补偿方法和基于前置滤波器分离电压正负序分量的方法结合起来，以减小控制延时和检测延时，从而达到综合提高整个并网系统实时性的目的。因此，研究一种提高电网电压不平衡条件下并网逆变器实时性的控制方法对于增强现代电力网络对分布式电源/网络的接纳能力，改善系统电能质量都具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决电网电压不平衡条件下存在的控制延时和检测延时问题。本专利技术是一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法，其步骤为：<br>步骤1：通过克拉克坐标变换将三相电网电压uga、ugb、ugc转换为两相静止坐标系下的电压uα和uβ；将采集到的LCL滤波器的网侧电流i2a、i2b、i2c进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电流i2α与i2β；将采集到的LCL滤波器上的电容电流iCa、iCb、iCc进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电容电流iCα与iCβ；步骤2：在两相静止坐标系下，通过前置复系数滤波器快速的提取基波电压正负序分量利用前置复系数滤波器提取基波电压正负序分量，其频域传递函数为：式中ω为中心频率，ωp为剪切频率；进一步可以得到：步骤3：根据步骤2得到的基波电压正负序分量，利用瞬时功率理论计算并网电流的参考值和以有功功率恒定为控制目标时，通过瞬时功率理论计算并网电流的参考值：以无功功率恒定为控制目标时:式中：P*为有功功率给定值；步骤4：在两相静止坐标系下，将步骤3得到的并网电流参考值与电网中实际的电流值和作比较后得到电流误差信号，并将其通过延时补偿控制和电流调节器后作为内环电容电流的参考值；其中延时补偿控制是一种以预测占空比与零极点补偿相结合的控制方法；以预测占空比与零极点补偿结合的延时补偿控制器的传递函数为：电流调节器采用准比例谐振控制器QPR，它的传递函数表示为：式中，ω0为谐振频率，kp为比例增益系数，kr为比例增益系数，ωc为截止频率，Ts为采样时间；利用双线性法对准比例谐振控制器进行离散化处理可得：其中：式中，kp为比例增益系数，kr为谐振增益系数，ω0为谐振频率，ωc为截止频率，Ts为系统采样时间；步骤5：在两相静止坐标系下，将步骤4得到的电容电流参考值减去并网逆变器的滤波电容电流的实际值，输出的误差信号即为电压的调制信号，利用该调制信号控制并网逆变器中IGBT的导通和关断。本专利技术的有益之处在于：综合考虑了电网电压不平衡条件下并网同步信息检测、数字采样、PWM输出等延时问题，将预测占空比方法、零极点补偿控制以及正负序分量复数滤波法相结合后，既减小了并网逆变器数字控制过程中产生的控制延时，又能迅速提取基波电压正负序分量，减小并网同步信息获取时间，从而进一步提高了并网逆变器在电网电压不平衡条件下的实时性。附图说明图1是三相并网逆变器拓扑结构；图2是基波电压正负序分量检测示意图；图3是复数滤波器时域结构图；图4是延时环节补偿前后伯德图；图5是逆变器并网控制原理图；图6是不平衡电网电压波形；图7是以有功功率恒定为目标的控制方法综合改进前后功率波形；图8是以有功功率恒定为目标的控制方法综合改进前后并网电流波形；图9是以无功功率恒定为目标的控制方法综合改进前后功率波形；图10是无功功率恒定为目标的控制方法综合改进前后并网电流波形。具体实施方式本专利技术是一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法，是一种提高电网电压不平衡条件下并网逆变器实时性的改进数字控制方法，其步骤为：步骤1：通过克拉克坐标变换将三相电网电压uga、ugb、ugc转换为两相静止坐标系下的电压uα和uβ；将采集到的LCL滤波器的网侧电流i2a、i2b、i2c进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电流i2α与i2β；将采集到的LCL滤波器上的电容电流iCa、iCb、iCc进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电容电流iCα与iCβ；步骤2：在两相静止坐标系下，通过前置复系数滤波器快速的提取基波电压正负序分量利用前置复系数滤波器提取基波电压正负序分量，其频域传递函数为：式中ω为中心频率，ωp为剪切频率。进一步可以得到：步骤3：根据步骤2得到的基波电压正负序分量，利用瞬时功率理论计算并网电流的参考值和以有功功率恒定为控制目标时，通过瞬时功率理论计算并网电流的参考值：以无功功率恒定为控制目标时:式中：P*为有功功率给定值。步骤4：在两相静止坐标系下，将步骤3得到的并网电流参考值与电网中实际的电流值和作比较后得到电流误差信号，并将其通过延时补偿控制和电流调节器后作为内环电容电流的参考值；其中延时补偿控制是一种以预测占空比与零极点补偿相结合的控制方法；以预测占空比与零极点补偿结合的延时补偿控制器的传递函数为：电流调节器采用准比例谐振控制器QPR，它的传递函数表示为：式中，ω0为谐振频率，kp为比例增益系数，kr为比例增益系数，ωc为截止频率，Ts为采样时间。利用双线性法对准比例谐振控制器进行离散化处理可得：其中：上式中，kp为比例增益系数，kr为谐振增益系数，ω0为谐振频率，ωc为截止频率，Ts为系统采样时间。步骤5：在两相静止坐标系下，将步骤4得到的电容电流参考值减去并网逆变器的滤波电容电流的实际值，输出的误差信号即为电压的调制信号，利用该调制信号控制并网逆变器中IGBT的导通和关断。如图1所示为LCL型三相并网逆变器拓扑结构，它由三相桥式逆变单元、滤波器和电网三部分构成。其中，L1为逆变器侧电感，L2为网侧电感，C为滤波电容，Udc为逆变器直流侧电压；iCa、iCb、iCc为滤波电容电流；i2a、i2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法，其特征在于，其步骤为：/n步骤1：通过克拉克坐标变换将三相电网电压u

【技术特征摘要】
1.一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1：通过克拉克坐标变换将三相电网电压uga、ugb、ugc转换为两相静止坐标系下的电压uα和uβ；将采集到的LCL滤波器的网侧电流i2a、i2b、i2c进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电流i2α与i2β；将采集到的LCL滤波器上的电容电流iCa、iCb、iCc进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的电容电流iCα与iCβ；
步骤2：在两相静止坐标系下，通过前置复系数滤波器快速的提取基波电压正负序分量
利用前置复系数滤波器提取基波电压正负序分量，其频域传递函数为：



式中ω为中心频率，ωp为剪切频率；
进一步可以得到：






步骤3：根据步骤2得到的基波电压正负序分量，利用瞬时功率理论计算并网电流的参考值和
以有功功率恒定为控制目标时，通过瞬时功率理论计算并网电流的参考值：



以无功功率恒定为控制目标时:



式中：P*...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴贵，祁霄鹏，杨维满，王海亮，马平，郭永吉，郭群，李晓英，王琢玲，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62