[发明专利]一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于变流器控制技术领域，具体涉及一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法。

背景技术

并网逆变器作为VSC（三相电压源变换器）的一类分支，在工业生产中得到了广泛的应用，特别是在分布式能源并网、高压直流输电、伺服电机驱动、智能电网等领域应用极为普遍。目前对并网逆变器的控制大多停留在理想电网条件下，但是由于实际电网中经常有各类对称或者不对称故障发生，并且带有5、7次等谐波分量，对于这样的突发故障情况或者弱电网运行条件下，传统的并网逆变器控制方法存在很大的缺陷，出现较大的电流和功率振荡，因此必须开展不平衡谐波电网下运行控制研究并提出相应控制技术。

传统的并网逆变器的控制系统中由于没有考虑电网电压的不平衡和谐波畸变，从而使得微小的不对称电压或者谐波电压都将造成输入到电网的有功和无功功率发生振荡，影响到注入到电网的电能质量。在分布式能源特别是风力发电领域，从电网安全角度出发，电网规范要求风电机组能承受最大达2%的稳态和相对较大瞬态不对称电压而不脱离电网，以防引发后续的更大电网故障。这就要求作为系统重要组成部分的并网逆变器能在一定程度的不对称和谐波电网电压下具有持续运行的能力。目前，国内外主要针对的是单一考虑不平衡电网电压下的并网逆变器控制技术的研究，或仅在谐波电网下针对并网逆变器电流谐波分量的抑制。

耿强等在标题为电网电压不平衡情况下PWM整流器恒频直接功率控制（中国电机工程学报，2010(36):第79-85页）的文献中提出了在不平衡电网电压下的并网逆变器控制方法，其控制原理如图1所示；系统首先采集三相电网电压和电流，通过锁相环计算出θ_g，将电压电流进行正负序分解和坐标变换，计算出瞬时有功功率和无功功率，采用不平衡算法CSF-DPC（恒频直接功率控制）策略计算出变流器的参考电压，经合成和调制后输出：利用三相电压霍尔传感器和三相电流霍尔传感器采集电网侧的电压U_abc和电流I_abc；将采集得到的电压电流信号经过三相静止到两相静止坐标系变换（abc/αβ）后，得到电网电压综合矢量U_αβ和电流综合矢量I_αβ；得到的综合矢量经过正反转同步旋转坐标变换后和陷波器（filter）的作用后，可以得到电压综合矢量和电流综合矢量的正负序分量根据以上得到的电压电流正负序分量可以在功率计算模块（power calculation）中计算出有功功率直流分量P₀、无功功率直流分量Q₀、以余弦规律变化的有功功率二倍频分量幅值P_c2和以正弦规律变化的无功功率二倍频分量幅值Q_s2；将该计算得到的功率信号和功率参考信号和输入到电压参考计算（volta_ge reference calculation）模块中，计算出电压参考信号正负序分量上述参考值经过正反转同步旋转坐标系反变换后得到静止坐标系下VSC输出电压参考值相加后得到用于空间电压矢量脉宽调制SVPWM（空间矢量脉宽调制）参考控制信号从而获得用于调制开关管通断的开关信号，实现在不平衡电网电压下对变流器的功率补偿。

上述方法需要在同步坐标系下对变流器的三相电压电流的正负序分量进行分解，需要在电压变换模块中加入陷波器，不可避免引入了延时；而且在计算电压参考信号时，需要分离出功率的直流信号和倍频信号。以上情况只是针对不平衡电网电压，如果电网同时存在谐波分量，必然需要对变流器三相电压电流的谐波分量做正负序分量分离，需要更多陷波器，引入更长延时；同时在计算电压参考信号时，需要分离出功率的直流信号和其他倍频信号，使参考电压计算更加复杂；同时该方法并没有使变流器输出的电流对称且正弦化，而且控制目标单一，不能满足在弱电网下运行的要求。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法，无需正负序分解，能够消除不平衡和谐波电网引起的功率波动或者电流畸变，且具有良好的动态响应能力。

一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法，包括如下步骤：

（1）采集三相电网电压以及并网逆变器的三相输出电流，通过dq变换确定三相电网电压和三相输出电流在旋转d-q坐标系中的分量；