一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，包括：采集并网逆变器系统公共耦合点(PCC点)电压和所述PCC点电压的相位，并将所述PCC点电压相位前馈至电流控制回路中；对传统的同步旋转坐标系锁相环结构进行改进；获取并网变压器系统的数学模型及输出阻抗模型；利用电网电流前馈控制产生的调制信号控制VSC各桥臂中IGBT的通断，提高并网逆变器系统的稳定性。本发明专利技术设计了一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，交流滤波器采用L型滤波器，从而避免了LCL逆变器固有的谐振，保证了逆变器拓扑水平上的系统稳定性；利用基于阻抗重塑的新能源发电系统并网逆变器控制方法，通过改进锁相环结构来提高系统的相角裕度，简单有效。简单有效。简单有效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法


[0001]本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法。

技术介绍

[0002]电力与国家经济和人民生活息息相关，供电安全更是国家安全战略和国民经济社会发展的重要方面。在生态环境不断恶化、民众环保意识日渐提高、新能源技术不断发展等的大趋势下，构建环保、可靠、高效的现代化电力能源网络是十分必要的。可再生能源发电系统具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活、系统经济性好等特点，发展潜力巨大，一直是国内外关注的热点。但是，这些可再生能源系统同时也具有容量小，分布广，交直流兼有，且电压或频率波动性大等弊端。如何稳定、可靠地将这些可再生能源系统并网，融入到电力系统中是我们目前所面临的一项关键问题，并网逆变器作为分散式可再生能源接入配电网的重要接口，在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用，随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，并网逆变器在传统配电网中的地位越发突出，因此成为了人们关注的热点技术之一。
[0003]作为连接分布式新能源发电系统与大电网之间的桥梁，并网逆变器的运行状态与控制性能对微电网稳定运行与并网电能质量起至关重要的作用。逆变器的控制性能主要由逆变器主电路拓扑结构、控制结构及控制策略决定，只有选用合适的拓扑结构并配合相应的控制技术，才能高效地把新能源电源产生的直流电量电能转化为符合微电网内用户用电设备需求，同时又符合电力系统并网电能质量要求的交流电能，实现满足本地负载用电需求的同时，将多产生的电能送入大电网的目标。并网逆变器的拓扑结构对新能源并网系统的建造、维护成本、电能转换效率与控制性能等指标具有重大意义，是新能源并网系统的核心环节。
[0004]现今，无论是PQ型并网逆变器还是DCVQ型并网逆变器都仍然需要追踪电网的频率和相位来与大电网保持同步，从而保证良好的并网电能质量。目前广泛使用锁相环(phase
‑
locked loop,PLL)作为与电网的同步单元，因此并网逆变器系统的控制性能主要取决于PLL对电网频率和相位的准确追踪。在电网阻抗小到可以忽略的强电网情况下，PLL能稳定的工作并且能够准确提供电网电压信息供控制回路使用。
[0005]但是我国的风光清洁能源主要位于西北等地区，由于远离重负荷区，目前分布式发电系统广泛使用较为经济的集中发电，远距离输电模式。这种远距离输电模式会给电网引入较大的线路阻抗，使大电网对于分布式发电系统来说呈现弱电网特性。而PWM控制会在并网逆变器与大电网的公共耦合点(point of common coupling，PCC)产生谐波电压，这种情况下弱电网的高电网阻抗特性会使PCC点电压出现谐波共振和波形畸变。如果不加以控制，畸变的PCC电压又会使并网逆变器的同步单元PLL出现偏差甚至失效，进一步恶化并网电能质量，导致出现系统失稳的现象。同时随着PLL带宽的增加这种不稳定现象逐渐加剧。而现有的针对PLL的一系列改进措施在不同的电网环境下需要对同步单元进行调整，增加
了控制系统的复杂程度。并且在不同的电网环境下需要对控制系统的结构进行调整，不具有普适性。
[0006]针对弱电网下PLL给并网逆变器稳定性带来的负面影响以及一系列改进措施的复杂程度，如果能去除PLL环节就能够从根本上解决该问题。而现有的去除PLL但是却引入例如锁频环等其他的同步单元的做法会带来和PLL一样的问题。因此考虑将研究的重点改为利用并网逆变器的控制策略来实现自同步，这具有现实的意义。

技术实现思路

[0007]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0008]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0009]因此，本专利技术解决的技术问题是：弱电网的高电网阻抗特性会使PCC点电压出现谐波共振和波形畸变，导致出现系统失稳的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括，采集并网逆变器系统公共耦合点(PCC点)电压和所述PCC点电压的相位，并将所述PCC点电压相位前馈至电流控制回路中；对传统的同步旋转坐标系锁相环结构进行改进；获取并网变压器系统的数学模型及输出阻抗模型；利用电网电流前馈控制产生的调制信号控制VSC各桥臂中IGBT的通断，提高并网逆变器系统的稳定性。
[0011]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：采用电压传感器测量并网逆变器系统公共耦合点(PCC点)电压，利用锁相环采集所述PCC点电压的相位。
[0012]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：对传统的同步旋转坐标系锁相环结构进行改进包括，在所述锁相环结构环路滤波通道中设计一种低通滤波器。
[0013]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：所述滤波器H(s)包括，
[0014][0015]其中，π表示圆周率，k
f
表示增益系数，P
f
＝RC，R表示电阻，C表示电容。
[0016]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：改进后的锁相环结构的传递函数G
PLL
(s)包括，
[0017][0018]其中，π表示圆周率，k
f
表示增益系数，P
f
＝RC，R表示电阻，C表示电容，U
m
表示PCC点电压幅值。
[0019]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：根据并网逆变器系统的控制结构图得到控制系统的数学模型，由所述控制系统的数
学模型得到系统的输出阻抗模型。
[0020]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：所述输出阻抗系统模型包括，
[0021]利用所述并网逆变器控制系统的数学模型获取并网电流i
g
；
[0022]基于所述PCC点电压、并网电流参考电流幅值I
ref
和改进后的锁相环结构的传递函数G
PLL
(s)获取并网电流控制的基准电流i
ref
。
[0023]作为本专利技术所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法的一种优选方案，其中：所述并网电流i
g
包括，
[0024][0025]其中，L
f
表示滤波电感，K
PWM
表示脉冲调制增益系数，G
i
(s)表示并网电流控制器，G
de
(s)表示数字控制延时的传递函数，U
PCC
表示PCC点电压，i
ref
表示并网电流控制的基准电流。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于，包括：采集并网逆变器系统公共耦合点(PCC点)电压和所述PCC点电压的相位，并将所述PCC点电压相位前馈至电流控制回路中；对传统的同步旋转坐标系锁相环结构进行改进；获取并网变压器系统的数学模型及输出阻抗模型；利用电网电流前馈控制产生的调制信号控制VSC各桥臂中IGBT的通断，提高并网逆变器系统的稳定性。2.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：采用电压传感器测量并网逆变器系统公共耦合点(PCC点)电压，利用锁相环采集所述PCC点电压的相位。3.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：对传统的同步旋转坐标系锁相环结构进行改进包括，在所述锁相环结构环路滤波通道中设计一种低通滤波器。4.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：所述滤波器H(s)包括，其中，π表示圆周率，k
f
表示增益系数，P
f
＝RC，R表示电阻，C表示电容。5.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：改进后的锁相环结构的传递函数G
PLL
(s)包括，其中，π表示圆周率，k
f
表示增益系数，P
f
＝RC，R表示电阻，C表示电容，U
m
表示PCC点电压幅值。6.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：根据并网逆变器系统的控制结构图得到控制系统的数学模型，由所述控制系统的数学模型得到系统的输出阻抗模型。7.如权利要求1所述的基于改进锁相环的并网电流谐波抑制的方法，其特征在于：所述输出阻抗系统模型包括，利用所述并网逆变器控制系统的数学模型获取并网电流i
g
；基于所述PCC点电压、并网电流参考电流幅值I
ref
和改进后的锁相环结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兴武，张亚楠，王雅妮，徐常天，王江，刘春，李锦，丁青杰，鲍一鸣，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：