一種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，在傳統控制策略的基礎上設計的，增加雙同步旋轉坐標系解耦網絡，改進負序電壓、電流的檢測方法，快速、精確檢測出負序電壓、電流并轉化為直流量對其進行單獨控制，解決了傳統光伏并網控制策略在電網不對稱故障時不能有效、精確地檢測出負序電壓、電流并將其轉化為直流量加以控制的不足，使光伏并網逆變器在電網發生不對稱故障時能快速響應，消除輸出電流的負序分量，達到三相平衡且正弦，保證了逆變系統發出的電能質量。
【專利說明】—種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種逆變器控制技術，特別涉及一種基于雙同步旋轉坐標系解耦網絡的電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著可再生能源發電并網以及直流輸電、柔性交流輸電系統等的快速發展，基于脈寬調制(pulse width modulation, PWM)控制的并網變流器得到了廣泛的應用。而可再生能源中的太陽能憑借其獨特的優勢一直受到關注，光伏發電已成為國內可再生能源發展戰略的重要內容。基于傳統PWM控制策略的光伏并網逆變器均是在三相電網平衡的假設條件下設計的，輸出電流通過PI調節器能得到快速的無差控制。但是在實際電網不平衡時，由于并網逆變器負序電流及負序電壓的存在，必然使控制對象存在2倍頻波動，而傳統PI調節器只有在控制對象為直流量的時候才能得到高性能的控制效果。因此，在電網不對稱故障下，采用傳統控制策略將造成交流電流波形發生嚴重畸變，瞬時功率不平衡等一系列問題，使光伏并網逆變器運行性能惡化，進而影響光伏發電系統發出電能質量。綜上所述，為了使光伏并網逆變器在電網電壓不對稱條件下仍能正常運行，要能快速精確地檢測出負序電壓、電流，并用把檢測到的負序量轉換為直流量作為PI調節器的控制對象，因此必須提出相應的控制方案。
【發明內容】
[0003]本發明是針對在電網發生不對稱故障時，傳統控制策略下的光伏并網逆變器輸出電流畸變，運行性能惡化，發出電能質量降低的問題，提出一種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，在傳統控制策略的基礎上設計的，改進負序電壓、電流的檢測方法，達到快速、精確檢測出負序電壓、電流并轉化為直流量對其進行單獨控制的目的，保證電能的穩定。
[0004]本發明的技術方案為:一種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，采樣單元采集三相電網側的電壓、電流值，送入Clarke變換矩陣進行坐標變換，坐標變換的輸出值輸出到雙同步旋轉坐標系解耦網絡，經雙同步旋轉坐標系解耦網絡輸出的送入雙電流閉環控制器，同時光伏陣列輸出的直流電壓反饋到雙電流閉環控制器，雙電流閉環控制器輸出控制變量通過三相脈沖空間矢量調節器，輸出3對兩兩互補即6路脈沖去控制三相逆變橋電路，雙同步旋轉坐標系解耦網絡解耦步驟如下:
1)采集電網側三相電壓及三相電流通過Clarke變換矩陣得到電壓、電流在兩相靜止坐標系下的值esa、esfi和isa、ise ；
2)步驟I)得到的電壓值esa、ese經雙同步旋轉坐標系解耦網絡得到正、負序旋轉坐標
系下dq軸分量的瞬時平均值^ t、ζ/-.、esr,,經解耦網絡內的鎖相環得到鎖相角Θ ;3)步驟I)得到的電流值isa、ise經雙同步旋轉坐標系解耦網絡得到正、負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值ξ/+ι、is心、Ts,、.4)將、V,,~、,歸4和1.,、l<r'、Trl.1.?作為雙電流閉環控制器的
輸入量，米集光伏陣列直流電壓輸入雙電流閉環控制器的輸入量；
5)經雙電流閉環控制器，輸出在兩相靜止坐標系下的控制指令Va、V0，經三相脈沖空間矢量調節器得到控制三相逆變橋的3對兩兩互補的6路脈沖波。
[0005]所述雙同步旋轉坐標系解耦網絡包括電壓解耦網絡和電流解耦網絡，電壓解耦網絡內部帶有鎖相環節，其余結構二者一致，解耦網絡包括正序Park變換矩陣、負序Park變換矩陣、dq+1坐標系解耦單元、dq-1坐標系解耦單元、一階低通濾波器，正序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω逆時針旋轉的坐標系d、q，負序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω順時針旋轉的坐標系d、q，三相電壓在兩相靜止坐標系下的分量esa、es0分別經正序Park變換矩陣得到電壓在正向同步旋
轉坐標系dq軸正序分量，經負序Park變換矩陣得到電壓在反向同步旋轉坐標系dq軸負序分量氣^1、，esU+'、輸入dq+1坐標系解耦單元，輸出正序旋轉坐標系下dq軸瞬時分量氣爿、，esd-'、丨輸入dq 1坐標系解稱單兀，輸出負序旋轉坐標系下dq軸瞬時分量^rl、isf%，變量，V,、、e*sq.分別通過相同的一階低通濾波器，得到正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值*作為雙電流閉環控制器的輸入值；同樣結構的電流解耦網絡得到正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值、Tq,,和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為雙電流閉環控制器受控指令；電壓正序旋轉坐標系下dq
軸瞬時分量變量經過由PI調節器和積分器組成鎖相環節輸出鎖相角# β
[0006]所述dq+1坐 標系解耦單元和dcf1坐標系解耦單元為:鎖相角#為輸入量，正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為dcf1坐標系解耦單元的輸入量，負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為dq+1坐標系解耦單元的輸入量，經算式
解率禹得到所述tV1、%'1、e^1 '
[0007]本發明的有益效果在于:本發明電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，解決了傳統光伏并網控制策略在電網不對稱故障時不能有效、精確地檢測出負序電壓、電流并將其轉化為直流量加以控制的不足，使光伏并網逆變器在電網發生不對稱故障時能快速響應，消除輸出電流的負序分量，達到三相平衡且正弦，保證了逆變系統發出的電能質量；【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明主電路和控制電路原理示意圖；
圖2為本發明雙冋步旋轉坐標系解f禹網絡圖；
圖3為本發明dcf坐標系解耦單元示意圖；
圖4為本發明光伏并網發電一次系統圖；
圖5為本發明三相輸出電流、電網電壓跌落波形圖；
圖6為本發明輸出有功功率、無功功率波形圖；
圖7為本發明dq+1、d^1坐標系下的dq軸電流分量平均值波形圖。
[0009]如圖1所示的電網不對稱故障光伏并網逆變器控制方案原理圖，包括主電路I和控制電路2兩部分，主電路I包括光伏陣列3 (PV)、直流母線電容4 (C)、三相逆變橋電路
5、交流濾波電感6(L)、三相電網7，控制電路2包括采樣單元8、Clarke變換矩陣9、雙同步旋轉坐標(DSRF)解耦網絡10、雙電流閉環控制器11、空間矢量脈沖調制模塊12 (SVPWM),所述直流母線電容4與光伏陣列3并聯，作為直流電壓源；其電壓應高于電網電壓峰值，所述三相逆變橋電路5的輸入端與直流母線電容4的兩端相連；直流電經三相逆變電路后得到三相交流電，交流濾波電感6與三相逆變橋5的輸出端相連；所述三相電網7與濾波電感6相連；采樣單元8采集三相電網7側的電壓、電流，經Clarke變換矩陣9將三相靜止坐標下的值轉換成兩相靜止坐標下的值，Clarke變換矩陣9的輸出值輸入到DSRF解耦網絡10，
經 DSRF 解稱網絡 10 輸出的 、'U、eS(, I ,丨、、‘-ι 作為`控制指令送入雙電流閉環控制器11，并加入直流電壓反饋，輸出控制變量^、V0通過三相脈沖空間矢量調節器12 (SVPWM)，輸出3對互補即6路脈沖去控制三相逆變橋電路5。
[0010]雙冋步旋轉坐標系解f禹網絡包括電壓解f禹網絡和電流解f禹網絡，電壓解f禹網絡內部加入鎖相環節，其余結構二者一致，如圖2所示雙同步旋轉坐標系解耦網絡圖，包括正序Park變換矩陣(兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω逆時針旋轉的坐標系d、q)
13、負序Park變換矩陣(兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω順時針旋轉的坐標系d、q) 14、dq+1坐標系解耦單元15、dq—1坐標系解耦單元16、一階低通濾波器(LPF) 17，三相電壓在兩相靜止坐標系下的分量esa、es0分別經正序Park變換矩陣13得到電壓在正向
同步旋轉坐標系dq軸正序分量€?|+1 > V *經負序Park變換矩陣14得到電壓在反向同步旋轉坐標系dq軸負序分量esd+l '氣胃+1輸入dq+1坐標系解稱單兀15,輸出正序旋轉坐標系下dq軸瞬時分量、ef+i *'氣一輸入dq—1坐標系解稱單元16,輸出負序旋轉坐標系下dq軸瞬時分量(,、e:,,變量氣.4/.ι、、esA ,、e叫,分別通過相同的一階低通濾波器(LPF) 17，得到正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值ζ,、和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值iLr1、es(fA ,作為雙電流閉環控制器11的輸入值。同樣結構的電流解耦網絡得到正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值,作為雙電流閉環控制器11受控
指令。變量fCw、經過PI調節器18和積分器19得到鎖相角
[0011]為了抑制電網不對稱故障時，dq+1坐標系中的振蕩，采用了如圖3所示的解耦單元，同理，為了抑制dcf1坐標系中的振蕩也采用同樣的結構，只是將η和m調換即可，η和m分別代表正序和負序，根據本發明解耦要求，需令n=l、m=-l。
[0012]鎖相角 為輸入量、為dq—1坐標系解耦單元的輸入量、ζ(|-,、^為dq+1坐標系解稱單元的輸入量，經算式解稱，得到、estt1、
[0013]圖3可以看出，解耦單元的輸入量分別為鎖相角#、正序旋轉坐標系下d,軸瞬時分Aesdn、及負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值ξ#、，為了使解耦順利進
行，需計算出&P、和鎖相角這里采用簡單的一階低通濾波器:
【權利要求】
1.一種電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，采樣單元采集三相電網側的電壓、電流值，送入Clarke變換矩陣進行坐標變換，坐標變換的輸出值輸出到雙同步旋轉坐標系解耦網絡，經雙同步旋轉坐標系解耦網絡輸出的送入雙電流閉環控制器，同時光伏陣列輸出的直流電壓反饋到雙電流閉環控制器，雙電流閉環控制器輸出控制變量通過三相脈沖空間矢量調節器，輸出3對兩兩互補即6路脈沖去控制三相逆變橋電路，雙同步旋轉坐標系解耦網絡解耦步驟如下: 1)采集電網側三相電壓及三相電流通過Clarke變換矩陣得到電壓、電流在兩相靜止坐標系下的值~、和U、Κβ ; 2)步驟I)得到的電壓值4?、^^經雙同步旋轉坐標系解耦網絡得到正、負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值經解耦網絡內的鎖相環得到鎖相角Θ: 3)步驟I)得到的電流值經雙同步旋轉坐標系解耦網絡得到正、負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值t+1、t+1、； 4)將~+1、esd_x、esq.^nJd+l、isq+l、ldA、is(fl作為雙電流閉環控制器的輸入量，采集光伏陣列直流電壓輸入雙電流閉環控制器的輸入量； 5)經雙電流閉環控制器，輸出在兩相靜止坐標系下的控制指令經三相脈沖空間矢量調節器得到控制三相逆變橋的3對兩兩互補的6路脈沖波。
2.根據權利要求1所述電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述雙同步旋轉坐標系解耦網絡包括電壓解耦網絡和電流解耦網絡，電壓解耦網絡內部帶有鎖相環節，其余結構二者一致，解耦網絡包括正序Park變換矩陣、負序Park變換矩陣、辦+1坐標系解耦單元、匆―1坐標系解耦單元、一階低通濾波器，正序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω逆時針旋轉的坐標系d、q，負序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標系α、β轉換成以角速度ω順時針旋轉的坐標系d、q，三相電壓在兩相靜止坐標系下的分量^分別經正序Park變換矩陣得到電壓在正向同步旋轉坐標系dq軸正序分量氣、eW+1，經負序Park變換矩陣得到電壓在反向同步旋轉坐標系dq軸負序分量^丨1、~-1，、+1、6^+1輸入而+1坐標系解耦單元，輸出正序旋轉坐標系下如軸瞬時分量量，分別通過相同的一階低通濾波器，得到正序旋轉坐標系下如軸分量的瞬時平均值和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為雙電流閉環控制器的輸入值；同樣結構的電流解耦網絡得到正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值l+1、t+1和負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值Ifp 作為雙電流閉環控制器受控指令；電壓正序旋轉坐標系下dq軸瞬時分量變量經過由PI調節器和積分器組成鎖相環節輸出鎖相角沒。
3.根據權利要求2所述電網不對稱故障時光伏并網逆變器控制方法，其特征在于，所述辦+1坐標系解耦單元和辦―1坐標系解耦單元為:鎖相角沒為輸入量，正序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為φ-1坐標系解耦單元的輸入量，負序旋轉坐標系下dq軸分量的瞬時平均值作為φ+1坐標系解耦單元的輸入量，經算式解耦得到所述<#、%+1、、％-1。
【文檔編號】H02J3/38GK103840482SQ201410014270
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】黃鑫, 易映萍, 范麗君 申請人:上海理工大學