[发明专利]一种并网变流器负序电流补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于直流母线交直流有功解耦的并网变流器负序电流补偿策略，属于电力电子应用技术领域。

背景技术

由于电网故障、三相不对称负载或电源三相并网电流不对称性的存在，负载或电源通过电网接入点向电力系统注入负序电流，显著影响电网电压的三相对称性，甚至导致电网故障的进一步严重化。通过并网变流器可以检测特定电网接入点的负序电流，并实现负序电流补偿。但是由于负序补偿电流的输出、并网变流器输出的瞬时功率存在交流脉动，使得并网变流器直流母线电压存在脉动，导致并网变流器的电流闭环控制性能下降甚至控制失败。

目前并网变流器的负序电流补偿，考虑到直流母线电容的滤波效果，多直接采样并网变流器的直流母线电压进行闭环反馈控制。一方面，此类方法导致直流功率与交流功率控制环之间存在强耦合，导致并网变流器输出电流畸变率高；另一方面，并网变流器难以对直流母线电压波动幅值进行约束，易产生系统失控。

在此前提下，通过并网变流器在负序电流补偿过程中的交、直流功率解耦和电压调制的K系数校正，实现直流母线电压直流分量对指令量的跟随控制、以及直流母线电压波动幅值的可控，对于提升并网变流器输出电流的电能质量、负序电流补偿效果、直流母线电压控制精度、并网变流器控制稳定性和电网稳定性，均有显著意义。

发明内容

本发明针对上述技术难题，采样并网变流器直流母线电压瞬时值，提取直流母线电压直流分量作为直流功率控制环的反馈量，通过直流母线电压波动系数对电流控制闭环的电压输出进行K系数校正；并在直流母线电压脉动允许幅值给定、负序补偿电流幅值和相位给定的条件下，给出正序无功电流指令的约束计算方法。本发明一方面实现了直流功率与交流功率控制的解耦，解决了负序电流补偿过程中直流母线电压控制难度大、变流器输出电流畸变率高的问题；另一方面突破了负序补偿电流指令量合理给定范围难以确定的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种并网变流器负序电流补偿方法，其特征是：

采样并网变流器直流母线电压，对该采样值进行平方计算、陷波滤波和平方根计算，滤除直流母线电压波动分量，通过直流母线交直流有功功率的解耦，对并网变流器直流母线电压进行闭环控制。

包括以下步骤：

1)采样并网变流器直流母线电压经平方计算得到将该信号作为陷波滤波器输入，滤除直流母线电压交变分量，将陷波滤波器输出进行平方根计算得到的直流分量

2)以作为直流母线电压指令量，以作为直流母线有功功率PI调节控制器G_PI(s)的反馈，通过控制器得到直流母线有功功率直流量指令

3)计算电网负序电压与负序补偿指令电流相位差给定负序补偿电流指令幅值得到同步旋转坐标系负序d轴、q轴补偿电流指令计算同步旋转坐标系正序d轴电流指令量

4)令正序d轴与三相静止A轴之间夹角为θ^p，负序d轴与三相静止A轴之间夹角为θⁿ，通过空间矢量计算，得瞬时有功功率交流分量P_ac：

P_ac＝P_c2cos(θⁿ-θ^p)+P_s2sin(θⁿ-θ^p)(1)

设其中，和分别为同步旋转坐标系正序d轴电流指令、正序q轴电流指令、负序d轴补偿电流指令和负序q轴补偿电流指令；和分别为同步旋转坐标系正序d轴电压指令、正序q轴电压指令、负序d轴电压指令和负序q轴电压指令；

根据给定的变流器直流母线电压的允许波动最大幅值及式(1)得：

将和带入式(2)，得正序无功电流补偿的约束条件为：

5)令同步dq旋转坐标系中变流器并网电流最大幅值为I_{N_dq}，根据容量限制求解不等式方程得到的数值区间为其中N为正有理数或无理数；

6)根据式(3)，求取同步旋转坐标系中正序q轴电流指令量的数值区间，按输出最大感性无功或消纳最小感性无功的原则确定该指令量；

7)同步旋转坐标系下正负序电流控制方程由式(4)、式(5)给出：

式中：