一種具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及分布式發電及電力電子技術領域，特別是一種具備環流抑制和諧波抑 制能力的微網逆變器控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著微電網技術的發展，微電網系統中存在大量線性負荷與非線性負荷。非線性 負荷包括逆變器、整流器等各類電力電子器件，這些器件都會使得電網中存在大量的諧波， 如果這種諧波分量不加以整治，其將導致電網中的電壓和電流波形畸變，降低電能利用率， 嚴重影響電能質量，影響電氣設備的工作效率，縮短其使用壽命。諧波的存在會引起電機的 過電壓等現象，變壓器、電纜、電容器等設備出現局部溫度過髙，使用壽命縮短，嚴重時甚至 損壞。與傳統配電網相比，微網的特殊網絡性質和運行特點，以及包含其中的眾多儲能設 備、檢測控制設備都使微網電能質量問題有了許多新的特點。
[0003] 對微網電能質量做到完善地控制的基礎的研究主要圍繞補償、抑制的思路進行， 并且通過在含微網配電網絡中安裝補償裝置實現了對多種電能質量問題的控制。例如通過 安裝耦合變壓器防止分布式電源經逆變器向交流電網輸出直流。通過安裝軟啟動限流裝置 防止感應電動機在啟動時造成鄰近負荷結點的電壓暫降危害。有源濾波器在微網環境下的 諧波補償中應用也非常廣泛，但為了更好的適應微網環境，有源濾波器采取與分布式電源 相結合的方法，在滿足后者的正常并網要求的同時兼顧電壓補償和功率因數補償。
[0004] 有源電力濾波器是解決電力諧波問題的有效方式，但是因為投資較高，有源電力 濾波器的推廣也受到了限制。考慮到有源電力濾波器與并網逆變器都是電壓源型逆變電 源，主電路結構一致，可以將二者合二為一進行統一控制，這樣既可以節省投資，又能進行 光伏發電、改善電網質量，實現一機多用。因此研究具有光伏并網發電和有源電力濾波功能 的逆變器具有積極的意義。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種具備環流抑制和諧 波抑制能力的微網逆變器控制方法。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種具備環流抑制和諧波抑 制能力的微網逆變器控制方法，包括以下步驟：
[0007] 1)檢測微網逆變器的輸出電流iQ和輸出電壓Uo;將微網逆變器的a相輸出電壓U 0a 通過鎖相環PLL電路，獲取角頻率ω，得到正弦彳目號sin ω t和余弦彳目號cos ω t，確定矩陣C和 〇32 ：
[0009] 2)將微網逆變器輸出電流i〇分別經過矩陣C32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬時有 功電流ioP的直流分量：和瞬時無功電流iQq的直流分量G ;再經過矩陣C變換，得到αβ坐標 系下逆變器輸出電流的基波分量ioapf，ioccPf包括α、β分量i〇af和iopf ;將三相逆變器輸出電壓 U0分別經過矩陣C32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬時有功電流Uop的直流分量C和瞬時無 功電流UQq的直流分量M fitr 再經過矩陣C變換，得到αβ坐標系下逆變器輸出電流的基波分量 UOagf，UOagf 包括a、β分量UOaf 和UOPf ;
[0010] 3)計算微網逆變器的有功功率Pf和無功功率Qf，；
[0011] 4)將無功功率Qf和有功功率Pf作為PQ下垂控制器的輸入，使下垂控制器輸出電壓 氺 U ；
[0012] 5)將u*從三相abc坐標系轉換到兩相坐標系，得到
其中轉換矩陣
[001 3] 6)將虛擬阻抗Zv乘以電流ioaf!，得到電壓UV，將電壓UV與心相減，差值再減去UQafif， 得到的信號送入PI控制器，輸出i%其中為i〇經過矩陣C32變換后的αβ坐標系下的電流；
[0014] 7)將P與ioafif相減，然后送入P控制器，將得到的信號從兩相的αβ坐標系下轉換到 三相abc坐標系，結果送入PWM，從而實現對微網逆變器中功率器件的通斷控制。
[0015] 有功功率Pf和無功功率Qf，的計算公式為：
[0016] PQ下垂控制器表達式為：
[0017] f = f〇-mPf ；
[0018] U = U〇-nQf ；
[0019] 其中fo是初始頻率，Uo是初始電壓峰值，m為有功功率下垂系數，η為無功功率下垂 系數。
[0020] fQ設為50Hz。仙設為31IV，有功功率下垂系數m設為0.0002，無功功率下垂系數η設 為0.00012。
[0021] u*=(Usin23Tf〇t，Usin(23Tf〇t-2V3)，Usin(23Tf〇t+23i/3))，U=U〇-nQf。
[0022] 與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:本發明的方法不但能使PQ下垂控 制解耦，而且能在非線性負載(線路阻抗不平衡)的情況下抑制諧波、抑制環流，保持電壓穩 定;本發明可以應用于帶非線性負載的微網逆變器并聯系統中，顯著抑制各個逆變器輸出 電壓的諧波。
【附圖說明】
[0023] 圖1是帶兩個微源的微網逆變器的等效電路圖；
[0024] 圖2是具備環流抑制和諧波抑制能力的逆變器控制方法總體控制框圖；
[0025] 圖3(a)三相公共點電壓，圖3(b)逆變器1的輸出電流，圖3(c)逆變器2。
【具體實施方式】
[0026] 圖1為微網逆變器的等效電路圖。系統主要參數如下:DG1和DG2是直流電壓，模擬 微源的輸出，直流電壓值為500V。控制每個逆變器輸出電壓的峰值為31IV，頻率為50Hz。負 載為整流器，電阻值為10Ω，電感值為ImH。線路阻抗為Rl = 2Q，XL = 2mH。ARL = 〇.5Q，AXl = lmH〇
[0027]圖2是具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法總體控制框圖。具體 實施步驟如下：
[0028] 步驟1:檢測逆變器的輸出電流io和輸出電壓uo。將三相輸出a相電壓11〇3通過鎖相 環PLL電路，獲取角頻率ω，得到正弦彳目號sin ω t和余弦彳目號cos ω t，確定矩陣C:
[0030] 步驟2:將三相逆變器輸出電流io分別經過矩陣C32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬 時有功電流i〇 P的直流分量^和瞬時無功電流i〇q的直流分量ζ;再經過矩陣C變換，得到αβ 坐標系下逆變器輸出電流的基波分量的i_f (ioccf，i〇pf);將三相逆變器輸出電壓Uq分別經過 矩陣C32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬時有功電流uOp的直流分量G和瞬時無功電流U 0q 的直流分量.?, 再經過矩陣C變換，得到α β坐標系下逆變器輸出電流的基波分量的U 〇 a f! f (UOaf ,UOPf)
[0031] 步驟3:獲得有功功率P和無功功率Q，如下式：
[0033]步驟4:將無功功率Q和有功功率P作為PQ下垂控制器是輸入，使其輸出電壓u'PQ 下垂控制器設計為
[0034] f = f〇-mP (5)
[0035] U = U〇-nQ (6)
[0036] 其中f ο是初始頻率，設為50Hz。1]〇是初始電壓峰值，設為31IV。有功功率下垂系數m 設為 〇. 0002，無功功率下垂系數 η 設為0.00012，得到輸miSu*=(Usin23TfQt，Usin(23Tf0t-2π/3)，Usin(23Tf Qt+23T/3))。
[0037] 步驟5:將u*從三相abc坐標系轉換到兩相坐標系，得到
[0038] 步驟6:將虛擬阻抗Zv乘以逆變器輸出電流得到電壓uv，然后與4相減，再減去 UOaM，得到的信號送入PI控制器，輸出
[0039] 步驟7:將P與iMf相減，然后送入P控制器，將得到的信號從兩相的邱坐標系下轉 換到三相abc坐標系，結果送入PWM，從而實現對逆變器中功率器件的通斷控制。
[0040] 圖3(a)~圖3(c)是本發明線路阻抗不平衡情況下的實驗結果。圖3(a)是三相公共 點電壓波形，從波形圖可以看出公共點電壓波形平滑，實現了諧波抑制。圖3(b)為逆變器1 的輸出電流，圖3(c)為逆變器2的輸出電流。可以看出兩個逆變器的輸出電流完全一致，實 現了環流抑制。
【主權項】
1. 一種具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 檢測微網逆變器的輸出電流io和輸出電壓U0;將微網逆變器的a相輸出電壓UQa通過鎖 相環PLL電路，獲取角頻率ω，得到正弦彳目號sin ω t和余弦彳目號cos ω t，確定矩陣C和C32: sin cot - cos cot r-- 1 -1/2 -1/2 -coscot -油?奴」 44 v 7 L〇 V3/2 -V3/2_ 2) 將微網逆變器輸出電流io分別經過矩陣C32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬時有功電 流ioP的直流分量ζ和瞬時無功電流i Qq的直流分量〇再經過矩陣C變換，得到αβ坐標系下 逆變器輸出電流的基波分量i QaPf，i OccPf包括α、β分量i Oaf和i QPf ;將三相逆變器輸出電壓U0分 別經過矩陣c32、矩陣C和低通濾波器后，得到瞬時有功電流uQp的直流分量G和瞬時無功電 流UQq的直流分量M。,, 再經過矩陣C變換，得到αβ坐標系下逆變器輸出電流的基波分量UQafif， UOaPf包括α、β分量UQaf和_f ; 3) 計算微網逆變器的有功功率Pf和無功功率Qf，； 4) 將無功功率Qf和有功功率Pf作為PQ下垂控制器的輸入，使下垂控制器輸出電壓u% 5) 將u*從三相abc坐標系轉換到兩相坐標系，得到其中轉換矩陣C32 = C32 一 S 6 )將虛擬阻抗Zv乘以電流ioap，得到電壓UV，將電壓Uv與《?/r相減，差值再減去UOaPf，得到 的信號送入PI控制器，輸出i%其中為io經過矩陣C 32變換后的αβ坐標系下的電流； 7)將i*與相減，然后送入Ρ控制器，將得到的信號從兩相的αβ坐標系下轉換到三相 abc坐標系，結果送入PWM，從而實現對微網逆變器中功率器件的通斷控制。2. 根據權利要求1所述的具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，其特 征在于，有功功率Pf和無功功率Qf，的計算公式為= 。 Sdf UQaf lQ!if3. 根據權利要求1所述的具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，其特 征在于，PQ下垂控制器表達式為： f = f〇-mPf ； U = U〇-nQf ； 其中fo是初始頻率，Uo是初始電壓峰值，m為有功功率下垂系數，η為無功功率下垂系數。4. 根據權利要求3所述的具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，其特 征在于，fo設為50H%U〇設為311V，有功功率下垂系數m設為0.0002,無功功率下垂系數η設為 0.00012〇5. 根據權利要求4所述的具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，其特 征在于，u*= (Usin2Jif〇t，Usin(2Jif〇t-2V3)，Usin(2Jif〇t+2V3)) ;U=U〇-nQfD
【專利摘要】本發明公開了一種具備環流抑制和諧波抑制能力的微網逆變器控制方法，首先檢測逆變器輸出電流i0(i0a,i0b,i0c)和輸出電壓u0(u0a,u0b,u0c)，分別對輸出電流i0和輸出電壓u0提取基波分量，得到αβ坐標系下的i0αβf(i0αf,i0βf)和u0εβf(u0αf,u0βf)；將i0αβf和u0εβf計算得到有功功率和無功功率；利用傳統的PQ下垂控制算法得到電壓u*，將其變換到αβ坐標系下，得到將虛擬阻抗ZV與αβ坐標系下的逆變器輸出電流i0αβ相乘后與電壓相減，再減去u0αβf，再進行PI控制，將得到的信號與逆變器輸出電流i0αβf相減，進行P控制后將結果αβ/abc坐標系轉換后送入PWM，實現對逆變器中功率器件的通斷控制。本發明可以應用于帶非線性負載的微網逆變器并聯系統中，能顯著抑制各個逆變器輸出電壓的諧波，并能抑制逆變器間的環流。
【IPC分類】H02J3/01, H02J3/38
【公開號】CN105470994
【申請號】CN201610060641
【發明人】黎燕, 彭勁杰, 樊曉平, 熊煒
【申請人】中南大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月29日