一種有源濾波三相四線制光伏并網系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能光伏發電技術領域，涉及一種有源濾波三相四線制光伏并網系統及方法，尤其涉及一種零序電流解耦控制的有源濾波三相四線制光伏并網系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源和環境壓力的增大，太陽能光伏發電作為可再生能源發電日益得到國家產業政策的扶持和社會的關注，是當前國內外最具發展前景的新能源發電形式之一，而并網發電已成為大規模利用太陽能光伏的主要發展趨勢。小型光伏發電系統通過接入城市、民用住宅等三相四線制供電系統中實現并網發電，具有離負荷中心近，接入方式靈活等優點。但由于晝夜交替和天氣陰晴變化，導致光伏發電的間歇性和逆變器容量的利用率較低。同時，在城市及民用住宅等三相四線制配電系統中，非線性負載廣泛應用，所產生的諧波對電網系統和電網中用電設備的安全性及高效性產生了惡劣影響，三相四橋臂有源電力濾波器可以有效補償并聯型負載產生的諧波、解決三相電流不平衡問題。但目前單獨加裝并聯有源濾波器存在投資大的問題。
[0003]分析表明，光伏發電系統(PV)的逆變器和有源電力濾波器(APF)在硬件結構和控制方法方面具有很高的相似性，具有有源濾波功能的光伏并網PV-APF系統能將二者功能進行結合，能夠解決光伏并網逆變器由于晝夜、天氣陰晴變化等導致其利用率低的問題，同時避免單獨使用并聯有源電力濾波器時硬件成本過高的問題，可在提高光伏系統利用率的同時有效改善電網電能質量。研究具有有源電力濾波功能的光伏并網發電系統越來越受到國內外專家學者的重視。
[0004]目前關于住宅型單相光伏并網逆變器與有源濾波的統一拓撲結構及控制策略方面的研究較多，而三相四線制配網系統中兼具有源濾波功能的光伏并網系統的拓撲結構及控制技術方面的研究很少，且具有有源濾波功能的三相四線制光伏并網系統電流環控制策略多采用無差拍控制和比例諧振控制，無差拍控制依賴于精確的系統模型，魯棒性欠佳，而比例諧振控制需要并聯多個控制器，只能對指定次諧波進行跟蹤控制，難以滿足非線性負載任意次諧波的跟蹤要求。重復控制電流環在三相三線制系統中已被廣泛研究，但在三相四線制系統中由于多了中性線，系統中存在零序電流和零序電壓，適用于跟蹤控制零序電流的控制策略目前還沒有相應的研究。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提出零序電流解耦控制的有源濾波三相四線制光伏并網系統及方法，解決了三相四線制配網中的諧波及中性線不平衡電流的問題，同時避免單獨使用并聯有源電力濾波器時硬件成本過高的問題，提高了光伏逆變器的設備利用率并改善了三相四線制配網系統的電能質量。
[0006]本發明的方法所采用的技術方案是:一種有源濾波三相四線制光伏并網系統，其特征在于:由DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路串聯組成，兩級電路間的控制互不干擾，靈活可靠；DC/DC升壓電路利用基于擾動觀測法的最大功率點追蹤實現光伏發電的最大有功功率輸出；DC/AC逆變電路由零序電流解耦控制的電流環和PI控制電壓環進行控制，PI控制電壓環對逆變器系統的直流母線電壓進行控制，并生成光伏有功電流參考值，零序電流解耦控制的電流環不僅能實現對光伏有功電流的跟蹤控制輸出，還能實現對諧波電流和中性線上的零序電流的跟蹤補償，兼具有光伏發電和諧波補償的功能；
[0007]光伏電池依次通過DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路后向外界提供電力。
[0008]作為優選，所述的DC/DC升壓電路包括低壓穩壓電容C、平波電感L，絕緣柵雙極型晶體管S、反向截止二極管D、逆變器側高壓穩壓電容Cd。;低壓穩壓電容C與平波電感L串聯，平波電感L與絕緣柵雙極型晶體管S及反向截止二極管D相連，反向截止二極管D與逆變器側高壓穩壓電容Cde串聯；所述的DC/AC逆變電路包括光伏系統三相四橋臂逆變器的絕緣柵雙極型晶體管開關管SI?S8 ;開關管包括A橋臂上下串聯的開關管S1、S2，B橋臂上下串聯的開關管S3、S4，C橋臂上下串聯的開關管S5、S6，N橋臂上下串聯的開關管S7、S8 ;逆變器四橋臂的A、B、C橋臂輸出濾波電感LjP N橋臂輸出濾波電感L n;光伏系統逆變器直流側電容Cd。分別與S1、S2，S3、S4，S5、S6，S7、S8相互并聯，A、B、C橋臂中點與輸出濾波電感L1串聯，N橋臂中點與輸出濾波電感Ln串聯。
[0009]本發明的方法所采用的技術方案是:一種有源濾波三相四線制光伏并網方法，其特征在于:包括參考電流生成，零序電流與dq軸解耦控制電流環，參考電壓合成與脈寬調制三個步驟；
[0010]步驟1:參考電流生成；
[0011]負載電流iu、ib、ik為非線性不平衡負載三相電流，利用abc-dqO坐標變換技術，計算得到iu、L的d和q軸分量i ,和i q，然后利用ip-1q諧波檢測法檢測出dqO坐標系中諧波電流的參考值ihd*、iq*、i。* ;利用光伏發電系統最大功率追蹤算法，計算得到直流電容Cd。上電壓的參考值u d。*，將該參考值減去直流電容Cd。上電壓的實際值u d。后進行PI控制，生成光伏發電系統輸出有功電流的指令ip*，ip*與諧波電流d軸參考指令ihd*相減生成具有d軸參考電流id* ；
[0012]步驟2:零序電流與dq軸解親控制電流環；
[0013]對逆變器輸出電流ila、ilb和i丨。進行abc-dqO坐標變換，得到正、負與零序電流i ld、ilq、ilci，分別對ild、ilq、iji行閉環重復控制，重復控制電流環記為C(z);閉環重復控制輸出為正負序參考電壓ud*和uq*以及零序參考電壓ulc]*，N橋臂輸出電感Ln±的零序參考電壓為ulc]*，將Ud*和Uq*進行dqO-abc坐標變換得到A、B和C橋臂輸出電感L1上的參考電壓 ula*、ulb*、ulc* ；
[0014]步驟3:參考電壓合成與脈寬調制；
[0015]分別計算A、B、C橋臂對N橋臂中點電壓的參考值，uAN* = ea+ula*+ulc]*，uBN* =eb+ulb*+ulo*,uCN* =對參考電壓uAN*、uBN*、uCN*進行三維空間矢量脈寬調制，生成A、B、C橋臂對N橋臂中點電壓的實際值uAN、uBN、uCN, uAN、uBN、uCN經過相橋臂輸出濾波器LfLn產生A、B、C橋臂的輸出電流i la、ilb和1:。，實現了兼具有有源濾波功能的光伏并網系統的功能。
[0016]本發明由DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路串聯組成的零序電流解耦控制的有源濾波三相四線制光伏并網系統拓撲結構電路，DC/DC升壓電路實現光伏發電的最大功率點追蹤。后級DC/AC逆變電路由零序電流解耦控制的電流環和PI控制電壓環進行控制，PI控制電壓環實現逆變器系統直流母線電壓的穩定控制，并生成光伏有功電流參考值。ip-1q電流檢測法檢測出負載電流中的諧波及不平衡電流，諧波及不平衡電流和光伏有功電流疊加生成零序電流解耦控制電流環的綜合指令參考電流。零序電流解耦控制的電流環不僅能實現對光伏有功電流的跟蹤控制輸出，還能實現對諧波電流和中性線上的零序電流的跟蹤補償，兼具有光伏發電和諧波及不平衡電流補償的功能。
[0017]本發明能在有源濾波三相四線制光伏并網系統中跟蹤控制輸出光伏有功電流、諧波電流和零序電流、同時能實現零序電流與正負序電流的解耦控制，整個有源濾波三相四線制光伏并網系統的電流環結構具有光伏有功電流、諧波電流和零序電流控制輸出獨立，可靠性高的優點，在實現光伏并網發電的同時可以改善三相四線制配網系統的電能質量，對于提高有源濾波三相四線制光伏并網系統的工程實用化程度具有重要現實意義。
【附圖說明】
[0018]圖1:是本發明實施例的系統拓撲結構圖；
[0019]圖2:是本發明實施例中零序電流解親控制的電流環實現原理圖；其中(a)為參考電流生成原理圖，(b)為零序電流與dq軸解耦控制電流環原理圖，(C)為參考電壓合成與脈寬調制原理圖；
[0020]圖3:是本發明實施例的系統實驗波形圖；圖3-1為有源濾波三相四線制光伏并網系統進行單一有源濾波功能時的實驗波形圖，其中(a)、(b)分別是有源濾波功前電網三相電流波形圖和有源濾波功后電網三相電流波形圖；圖3-2為有源濾波三相四線制光伏并網系統進行單一光伏并網發電功能時的實驗波形圖，其中(a)、(b)、(c)、(d)分別是光伏MPPT過程中光伏電池電壓VP、光伏電池輸出電流IP、光伏電池輸出功率pv、A相有功電流isa的變化曲線圖；圖3-3為有源濾波三相四線制光伏并網系統同時進行光伏并網發電與有源濾波功能時的實驗波形圖，其中(a)、(b)是有源濾波過程中投入光伏發電后系統A相電流isa和A橋臂輸出電流ila的變化曲線圖，(c)、(d)分別是光伏發電過程中加入有源濾波后系統A相電流UP A橋臂輸出電流i 13的變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022]請見圖1，本發明提供的一種有源濾波三相四線制光伏并網系統，由DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路串聯組成，DC/DC升壓電路包括低壓穩壓電容C、平波電感L，絕緣柵雙極型晶體管S、反向截止二極管D、逆變器側高壓穩壓電容Cd。;低壓穩壓電容C與平波電感L串聯，平波電感L與絕緣柵雙極型晶體管S及反向截止二極管D相連，反向截止二極管D與逆變器側高壓穩壓電容Cd。串聯；DC/AC逆變電路包括光伏系統三相四橋臂逆變器的絕緣柵雙極型晶體管開關管SI?S8 ;開關管包括A橋臂上下串聯的開關管S1、S2，B橋臂上下串聯的開關管S3、S4，C橋臂上下串聯的開關管S5、S6，N橋臂上下串聯的開關管S7、S8 ;逆變器四橋臂的A、B、C橋臂輸出濾波電感LjP N橋臂輸出濾波電感L n;光伏系統逆變器直流側電容Cd。分別與S1、S2，S3、S4，S5、S6，S7、S8相互并聯，A、B、C橋臂中點與輸出濾波電感L1串聯，N橋臂中點與輸出濾波電感Ln串聯；
[0023]光伏電池依次通過DC/DC升壓電路和DC/AC逆變電路后向外界提供電力；兩級電路間的控制互不干擾，靈活可靠；DC/DC升壓電路利用基于擾動觀測法的最大功率點追蹤實現光伏發電的最大有功功率輸出；DC/AC逆變電路由零序電流解耦控制的電流環和PI控制電壓環進行控制，PI控制電壓環對逆變器