一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法

摘要

本发明公开了一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法，其采用VPI调节器可直接对有功无功功率的二倍频谐波倍频分量波动进行控制，无需采用多个同步旋转坐标系下的正负序分解计算各个倍频分量的功率参考，减小了计算延时，增强了动态响应能力；同时，本发明由于采用的是SVM-DPC策略，因此不存在开关频率变化的问题，便于交流滤波装置的选择；故本发明适用于在不平衡和谐波电网下其他各类高频开关自关断器件构成的各类PWM控制的单相或者三相逆变装置，如风能、太阳能、燃料电池等发电系统的并网装置，柔性交流输电系统的电力电子装置，以及在电机控制中逆变装置。

主权项

一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法，包括如下步骤：(1)采集三相电网电压以及并网逆变器的三相输出电流，通过dq变换确定三相电网电压和三相输出电流在旋转d‑q坐标系中的分量；(2)根据三相电网电压和三相输出电流在旋转d‑q坐标系中的分量，通过以下算式计算出并网逆变器的输出有功功率P和输出无功功率Q以及有功反馈电压补偿分量ΔUd和无功反馈电压补偿分量ΔU_q；$P=\frac{3}{2}(U_d{I}_d+U_q{I}_q),\Delta U_d=-\frac{2}{3}\frac{\mathrm{\omega L}}{U_s}Q+U_s$$Q=\frac{3}{2}(U_q{I}_d-U_d{I}_q),\Delta U_q=-\frac{2}{3}\frac{\mathrm{\omega L}}{U_3}P$其中：U_d和U_q分别为三相电网电压在旋转d‑q坐标系中的d轴分量和q轴分量，I_d和I_q分别为三相输出电流在旋转d‑q坐标系中的d轴分量和q轴分量；L为并网逆变器的网侧电感，U_s为三相电网电压的幅值，ω＝2πf，f＝50Hz；(3)通过以下算式分别对输出有功功率P和输出无功功率Q进行PI误差调节，得到有功参考电压平均分量U_{d_PI}和无功参考电压平均分量U_{q_PI}；$U_{d\_\mathrm{PI}}=(K_p+\frac{K_i}{s})*(P_{\mathrm{ref}}-P)$$U_{q\_\mathrm{PI}}=(K_p+\frac{K_i}{s})*(Q_{\mathrm{ref}}-Q)$其中：P_ref和Q_ref分别为给定的有功功率参考量和无功功率参考量，K_p和K_i分别为给定的比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子；(4)根据实际控制目标确定有功轴输入信号C_d和无功轴输入信号C_q；若实际控制目标为保证并网逆变器三相输出电流正弦，则使三相输出电流在旋转d‑q坐标系中的d轴分量I_d和q轴分量I_q分别作为有功轴输入信号C_d和无功轴输入信号C_q；若实际控制目标为保证并网逆变器输出功率恒定，则使并网逆变器的输出有功功率P和输出无功功率Q分别作为有功轴输入信号C_d和无功轴输入信号C_q；进而通过以下算式分别对有功轴输入信号C_d和无功轴输入信号C_q进行VPI误差调节，得到有功参考电压倍频分量U_{d_VPI}和无功参考电压倍频分量U_{q_VPI}；U_{d_VPI}＝C_VPI(s)*(0‑C_d)U_{q_VPI}＝C_VPI(s)*(0‑C_q)$C_{\mathrm{VPI}}\left(s\right)=\frac{K_{p2}{s}^2+K_{i2}s}{s^2+{\omega }_{c2}s+{(\pm 2\omega )}^2}+\frac{K_{p6}{s}^2+K_{i6}s}{s^2+{\omega }_{c6}s+{(\pm 6\omega )}^2}$其中：K_p2、K_i2、K_p6和K_i6均为给定的调节参数，ω_c2和ω_c6均为给定的截止频率；(5)根据各电压分量通过以下算式叠加得到有功轴电压指令V_d和无功轴电压指令V_q；V_d＝‑U_{d_VPI}‑U_{d_PI}+ΔU_dV_q＝U_{q_VPI}+U_{q_PI}+ΔU_q然后通过Park反变换得到电压指令在静止α‑β坐标系中的分量；进而根据电压指令在静止α‑β坐标系中的分量通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对并网逆变器进行控制。