[发明专利]一种基于同步逆变技术的微电网谐波抑制方法

权利要求书

1.一种基于同步逆变技术的微电网谐波抑制方法，其特征在于：包括的步骤为：

步骤1、在微电网孤岛运行模式下，采集微电网运行时公共耦合点(PCC点)处电压电流信息，通过低通滤波、功率计算得到同步逆变器控制模块以及分频抑制控制模块所需计算信息；

步骤2、分别将测量采集的电量信息以及所需计算信息送入具有电压控制环及频率控制环的同步逆变器控制模块、同时将测量以及计算的信息送入分频抑制控制模块；

步骤3、对电压型同步逆变器进行分析，了解同步逆变器的原理：

同步逆变器的原理同传统电网中的三相隐极式同步发电机的原理相似，根据被模拟的三相隐极式同步发电机的电路原理，在定子绕组中由基尔霍夫电流定律可知中线电流i_N为定子绕组中三相电流的向量和，i_st为定子绕组电流i_st＝[i_{st_a},i_{st_b},i_{st_c}]^T。

φ为磁通量，φ＝[φ_a,φ_b,φ_c]^T，定子磁链方程：

定子端电压为v_st，其电压方程：

励磁电动势为e，定子励磁电动势可表示为：

e＝M_f-mi_fωsinθ (3)

在式(1)～(3)中，L为自感；M为互感；流过可视为L_f-AR与R_f-AR组成的转子绕组的电流为i_f；M_f-m为幅值；i_st为定子绕组电流，R_s为定子绕组中的电阻。

假定极对数p＝1，转子运动方程为：

电磁转矩方程为：

其中，转动惯量为J，机械转矩为T_m，电磁转矩为T_e，阻尼系数为D_p。

由以上方程可以得到输出的有功功率P和无功功率Q：

P＝ωM_f-mi_f 〈i，sinθ〉

Q＝ωM_f-mi_f 〈i，cosθ〉 (6)

其中：

步骤4、设计具有频率电压控制及有功无功调节的同步逆变器控制器：

根据步骤3同步逆变器原理及式(1)～式(7)，设计具有频率及电压控制、有功和无功调节的同步逆变器。该控制器分为上下两部分：上半部分为有功-频率控制器；下半部分为无功-电压控制器。

步骤4-1、设计有功-频率控制器：

频率是电力系统平稳运行的重要指标之一，逆变器通过改进控制算法来模拟同步发电机中的阻尼与惯性。本发明设计的P-f控制器能够使逆变器模拟出同步电机的惯性及调频特性。系统P-f控制方程：

式中：k为修正系数，k值由逆变器输出功率的大小及国家标准确定；P_set为参考有功功率；D_{p_dr}为同步逆变器的P-f下垂系数，ΔT为转矩增量；Δω为速度增量；转动惯量为J；τ_m为时间常数。

步骤4-2、设计无功-电压控制器：

与系统频率一样，电压同样也是电力系统稳定运行的重要指标。电压与系统无功功率Q密切相关，电压的偏移会降低系统的运行效率，也可能影响系统的稳定性。参考同步发电机的控制方法，设计同步逆变器的Q-U控制器：

D_{q_dr}＝ΔQ/ΔU (9)

无功电压控制器经控制环节转换后得到虚拟转子磁链为M_f-mi_f，虚拟励磁电动势的幅值表示为：

E_m＝ωM_f-mi_f (10)

当系统频率保持稳定时，输出的Q值与U值恒定：

Q_o＝Q_set-D_{q_dr}(U-V) (11)

在式子(9)～(11)中：D_{q_dr}为Q-U下垂系数，为无功变化量ΔQ与ΔU变化量之比；Q_set为参考无功功率；Q_o为输出无功功率；

步骤4-3、通过对同步逆变器数学模型的分析可知同步逆变器有功P和无功Q与各个系统参数的关系，并以此设计同步逆变器控制模块。

步骤5、设计分频抑制控制模块：

根据步骤2，使用d-q变换及低通滤波器提取不同频率的谐波分量，由于微电网中存在的谐波频率主要为5次、7次，且系统频率为n＝6k－1(k＝1，2，…)时为负序电压形式，n＝6k+1(k＝1，2，…)时为正序电压形式。微电网中三相电压数学表示形式如式(12)所示：

式中：n为谐波次数；U_{n_m}为对应次数的最大幅值。

步骤5-1、抑制微电网中的5次谐波：

对于微电网系统中主要存在的5次，令式(13)n为5，可得：

由于5次谐波以负序形式表现，故首先对式(14)进行负序变换，可得：

根据对微电网谐波抑制方法分析，令U_{5_m}为0，可抑制微电网中的5次谐波分量。

步骤5-2、抑制微电网中的7次谐波：

同理，对于微电网中存在的7次谐波，令n为7，可得：

由于7次谐波以正序的形式表现，故对式(16)进行正序变换，可得：

同理，若令U_{7_m}为0，可抑制微电网中的7次谐波分量。

步骤5-3、根据孤岛运行状态下微电网中谐波产生原因及电压质量恶化机理分析可知，微电网中非线性负荷及逆变器调制效应所引起的微电网电压质量问题，通过在参考电压中增加相应的谐波含量分频对消的方法加以改善。并以此设计谐波分频抑制模块控制；

步骤6、从PCC点处测量微电网运行时的电压电流以及计算的功率信息经双环控制后生成逆变器控制信号e对逆变器进行控制，与分频抑制方法控制的处理得到电压信号u_rh相结合，计算得到输出电压信号u_ref；

步骤7、将u_ref作为PWM调制器的参考信号得到逆变器的调制信号输出给逆变器。最后达到的控制结果既解决微电网系统中缺少惯性的问题，同时也改善微电网PCC点处的电能质量问题。