一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，即不平衡电网下采用基于电压前馈的自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法的并网电流平衡控制策略。PCC端口导纳负序分量抑制算法是将一阶降阶滤波器提取的PCC电压负序分量经前馈函数后，根据本地负载情况通过自适应择优算法得到最优的电压前馈量，并馈入系统环路中以抵消PCC电压负序分量对并网电流的影响，继而消除并网电流中的负序扰动项，最终实现了对并网电流的平衡控制。本发明专利技术所提及的逆变系统并网电流平衡控制策略，适用于不平衡电网下带线性对称负载的逆变系统并网运行工况，平衡了并网电流，提高了逆变系统并网运行的可靠性。系统并网运行的可靠性。系统并网运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法


[0001]本专利技术属于三相电力电子逆变器并网发电控制领域，具体涉及一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法。

技术介绍

[0002]电力并网系统运行时，电网可能会出现相间短路、单相或两相短路接地等情况，继而导致电网出现三相不对称电压跌落的情况。当电网电压不平衡时，存在着大量的负序分量，对逆变系统并网的稳定运行产生了严重的影响：(1)造成锁相环的电压检测产生较大误差，影响电网提供频率支撑与电压支撑的准确性；(2)导致并网电流不平衡，造成并网质量下降，会造成敏感负荷性能降低、保护装置误操作、线损增加等问题；(3)使并网功率出现二倍频波动；(4)引起负载电压或并网电流出现冲击，从而损坏器件。
[0003]为了实现不平衡电网下的并网电流平衡控制，现有技术主要有2种控制策略：一种是采用电压电流正负序分离双dq负序补偿控制策略，提取正负序电压电流直流分量，在双闭环控制中通过负序电压补偿算法或负序电流补偿算法，实现并网电流的平衡控制；一种是不进行正负序分离，而是通过将电网电压前馈信号叠加到调制波中，消除电网电压的影响，从而平衡并网电流，且不影响电流环路的增益、相位裕度与系统稳定性，不会造成谐波放大的问题。
[0004]第一种采用电压电流正负序分离双dq负序补偿控制策略，存在多个电压电流PI调节器之间的参数协调与最优解寻找困难的问题。第二种采用电压前馈控制策略，未涉及带本地负载运行工况的解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术缺陷，提供一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，即不平衡电网下采用基于电压前馈的自适应公共耦合点(PCC)端口导纳负序分量抑制算法的并网电流平衡控制策略。当带线性对称负载的逆变系统并网运行时，根据自动识别的本地负载情况在自适应择优算法中得到最优的幅频值与相频值，并进一步得到最优的电压前馈量，以抵消PCC电压负序分量对并网电流的影响，继而消除并网电流中的负序扰动项，最终实现了对并网电流的平衡控制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：在不平衡电网逆变系统中，将两相旋转dq坐标系下的PCC电压q轴分量u
PCCq
通过三阶广义积分器TOGI滤波，得到该电压的q轴正序直流分量，并作为锁相环PLL单元的输入，得到电网角频率ω
g
与相角θ
g
；由逆变器桥臂电流采样值i
Lfa
、i
Lfb
、i
Lfc
，PCC电压采样值u
PCCa
、u
PCCb
、u
PCCc
，并网电流采样值i
ga
、i
gb
、i
gc
，通过abc/dq变换得到逆变器桥臂电流dq分量i
d
、i
q
，PCC电压dq分量u
PCCd
、u
PCCq
，并网电流dq分量i
gd
、i
gq
；网侧电流环采用PI调节器G
PI2
(s)，比例系数为k
ip_i
，积分系数为k
ii_i
，网侧电流环的参考值i
gd_ref
、i
gq_ref
与并网电流采样值i
gd
、i
gq
的差值通过PI调节器G
PI2
(s)得到电流内环参考值i
d_ref
、i
q_ref
；逆变器桥臂电流环采用P调节器G
PI1
(s)，比例系数为k
ip
，电流内环参考值i
d_ref
、
i
q_ref
与逆变器桥臂电流采样值i
d
、i
q
的差值通过P调节器G
PI1
(s)得到电流内环输出电压u
iod
、u
ioq
，u
iod
、u
ioq
与有源阻尼单元的输出相减，再与PCC电压u
PCCd
、u
PCCq
相加得到电压u
d_PWM
、u
q_PWM
，并与自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法得到的电压前馈量FB
d
、FB
q
相加得到脉宽调制单元的输入调制电压u
FBd_PWM
、u
FBq_PWM
，最后通过脉宽调制单元调节开关管占空比从而调节逆变器输出电流，实现平衡并网电流的目的；有源阻尼单元的输出为滤波电容电流与有源阻尼系数H
d
的乘积，其中，滤波电容电流i
Cd
、i
Cq
为逆变器桥臂电流i
d
、i
q
减去本地负载识别得到的负载电流i
d1
、i
q1
，再减去并网电流i
gd
、i
gq
后得到的电流值。
[0007]所述逆变系统拓扑部分由输入源、三相逆变器、本地负载和低压交流电网等组成，控制部分包括网侧电流外环逆变器桥臂电流内环的双环结构、含三阶广义积分器(TOGI)滤波的锁相环(PLL)单元、有源阻尼单元、含自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法的电压前馈单元和脉宽调制单元。
[0008]所述自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法采用以下方法实现：
[0009]步骤S1、电网不平衡时，PCC电压u
PCC
分解为正序分量u
PCCPS
与负序分量u
PCCNS
；其中，负序分量u
PCCNS
作为扰动项，导致并网电流i
g
不平衡；在不影响PCC端口导纳正序分量Y
PCCPS
的前提下，加入PCC电压u
PCC
前馈控制，忽略电感电压，此时并网电流i
g
为
[0010]i
g
＝G
i
(s)
·
i
g_ref
‑
[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]·
Y(s)
·
u
PCC
ꢀꢀ
(1)
[0011]其中
[0012][0013]i
g_ref
为网侧电流环参考值，G
i
(s)为电流增益，Y(s)为PCC端口导纳，[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]为导纳增益，H
d
为有源阻尼系数，R
load
为负载电阻，X
load
为负载电抗；
[0014]步骤S2、由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，其特征在于，当不平衡电网下带线性对称负载的逆变系统并网运行时，将一阶降阶滤波器提取的公共耦合点PCC电压负序分量经前馈函数后，根据自动识别的本地负载情况通过自适应择优算法得到最优的幅频值与相频值，进而得到最优的电压前馈量，并馈入系统环路中以抵消PCC电压负序分量对并网电流的影响，继而消除并网电流中的负序扰动项，实现对并网电流的平衡控制。2.根据权利要求1所述的一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，其特征在于，所述逆变系统拓扑部分包括输入源、三相逆变器、本地负载和低压交流电网，逆变系统控制部分包括网侧电流外环逆变器桥臂电流内环的双环结构、含三阶广义积分器TOGI滤波的锁相环PLL单元、有源阻尼单元、含自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法的电压前馈单元和脉宽调制单元。3.根据权利要求2所述的一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，其特征在于，该方法具体实现方式为：将两相旋转dq坐标系下的PCC电压q轴分量u
PCCq
通过三阶广义积分器TOGI滤波，得到该电压的q轴正序直流分量，并作为锁相环PLL单元的输入，得到电网角频率ω
g
与相角θ
g
；由逆变器桥臂电流采样值i
Lfa
、i
Lfb
、i
Lfc
，PCC电压采样值u
PCCa
、u
PCCb
、u
PCCc
，并网电流采样值i
ga
、i
gb
、i
gc
，通过abc/dq变换得到逆变器桥臂电流dq分量i
d
、i
q
，PCC电压dq分量u
PCCd
、u
PCCq
，并网电流dq分量i
gd
、i
gq
；网侧电流环采用PI调节器G
PI2
(s)，比例系数为k
ip_i
，积分系数为k
ii_i
，网侧电流环的参考值i
gd_ref
、i
gq_ref
与并网电流采样值i
gd
、i
gq
的差值通过PI调节器G
PI2
(s)得到电流内环参考值i
d_ref
、i
q_ref
；逆变器桥臂电流环采用P调节器G
PI1
(s)，比例系数为k
ip
，电流内环参考值i
d_ref
、i
q_ref
与逆变器桥臂电流采样值i
d
、i
q
的差值通过P调节器G
PI1
(s)得到电流内环输出电压u
iod
、u
ioq
，u
iod
、u
ioq
与有源阻尼单元的输出相减，再与PCC电压u
PCCd
、u
PCCq
相加得到电压u
d_PWM
、u
q_PWM
，并与自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法得到的电压前馈量FB
d
、FB
q
相加得到脉宽调制单元的输入调制电压u
FBd_PWM
、u
FBq_PWM
，最后通过脉宽调制单元调节开关管占空比从而调节逆变器输出电流，实现平衡并网电流的目的；有源阻尼单元的输出为滤波电容电流与有源阻尼系数H
d
的乘积，其中，滤波电容电流i
Cd
、i
Cq
为逆变器桥臂电流i
d
、i
q
减去本地负载识别得到的负载电流i
d1
、i
q1
，再减去并网电流i
gd
、i
gq
后得到的电流值。4.根据权利要求3所述的一种带线性对称负载的逆变系统并网电流平衡控制方法，其特征在于，所述自适应PCC端口导纳负序分量抑制算法采用以下方法实现：步骤S1、电网不平衡时，PCC电压u
PCC
分解为正序分量u
PCCPS
与负序分量u
PCCNS
；其中，负序分量u
PCCNS
作为扰动项，导致并网电流i
g
不平衡；在不影响PCC端口导纳正序分量Y
PCCPS
的前提下，加入PCC电压u
PCC
前馈控制，忽略电感电压，此时并网电流i
g
为i
g
＝G
i
(s)
·
i
g_ref
‑
[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]
·
Y(s)
·
u
PCC
ꢀꢀ
(1)其中
i
g_ref
为网侧电流环参考值，G
i
(s)为电流增益，Y(s)为PCC端口导纳，[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]为导纳增益，H
d
为有源阻尼系数，R
load
为负载电阻，X
load
为负载电抗；步骤S2、由步骤S1得到的加入电压前馈的PCC端口导纳的导纳增益[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]需要满足式(2)条件，就能够实现对PCC端口导纳负序分量Y
PCCNS
的抑制；即其中ω
PS
为正序角频率，正序角频率等于电网角频率，ω
PS
＝ω
g
；ω
NS
为负序角频率，负序角频率等于二倍频电网角频率，ω
NS
＝2ω
g
，ω
g
为电网基波角频率；由式(3)可得，导纳增益[T(s)
‑
F(s)
·
W(s)]可等效为陷波器的传递函数G(s)；其中，ω
re
为谐振角频率，ω
re
＝2ω
g
；由式(4)推导出前馈函数W(s)在复数域下的表达式为PCC电压u
PCC
通过前馈函数W(s)馈入系统后，PCC端口导纳的正序分量Y
PCCPS
保持不变，PCC端口导纳的负序分量Y
PCCNS
大幅度衰减，即式(5)前馈函数W(s)在采用双线性变换进行复数域向频域离散化的过程中会出现数值发散问题，在数字控制中，导致无法将PCC电压u
PCC
通过W(s)直接前馈入系统；由式(6)分析可知，可单独通过PCC电压负序分量u
PCCNS
的前馈控制来减小PCC端口导纳的负序分量Y
PCCNS
对并网电流i
g
的影响，达到实现平衡并网电流的目的；步骤S3、提取PCC电压u
PCC
的负序分量u
PCCNS
；将abc坐标系下的PCC电压u
PCCa
、u
PCCb
、u
PCCc
通过abc/αβ坐标变换得到αβ坐标系下PCC电压u
PCCα
、u
PCCβ
；将u
PCCα
、u
PCCβ
通过一阶降阶滤波器得到αβ坐标系下PCC电压负序分量u
PCCαNS
、u
PCCβNS
，其中ω
o
为提取角频率，ω
o
＝
‑
ω
g
；将提取得到的u
PCCαNS
、u
PCCβNS
通过αβ/dq变换得到dq坐标系下PCC电压的负序分量u
PCCdNS
、u
PCCqNS
；一阶降
阶滤波器为步骤S4、将步骤S3提取得到的PCC电压的负序分量u
PCCNS
，u
PCCNS
＝u
PCCdNS
‑
ju
PCCqNS
，通过在负序角频率处的前馈函数W(s＝jω
NS
)馈入系统，此时陷波器的传递函数G(s＝jω
NS
)＝0，则负序角频率点ω＝ω
NS
处W(s)的频域表达式为其中M＝
‑
ω
NS2
C
f
[L
f1
R
load
+L
f2
·
(k
ip
+H
d
)]
‑
ω
NS
C
f
(k
ip
+H
d
)X
load
+k
ip
N＝
‑
ω
NS3
C
f
L
f1
L
f2
‑
ω2C
f
L
f1
X
load
+ω
NS
[C
f
(k
ip
+H
d
)R
load
+L
f1
]通过向量法与欧拉公式将W(jω
NS
)转换为一个幅频值|W(jω
NS
)|与相频值组合的形式，得到负序电压前馈后的表达式FB(jω
NS
)为通过前馈量FB(jω
NS
)的向量图得到其投影在dq坐标系下的前馈量初值FB

【专利技术属性】
技术研发人员：屈艾文，韦道洲，周扬忠，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：