用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法

用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，针对基于级联H桥拓扑的测试电压源输出级，首先通过分相独立控制，将级联H桥变流器单独控制为单相逆变器，由三个级联H桥输出电压组成三相电压系统，其次通过数字控制器生成不同的测试电压参考信号，最后通过瞬时电压反馈和有效值反馈闭环控制，来实现统一控制方法，从而使测试电压源输出几种不同的测试电压来对分布式发电并网变流器进行测试，包括幅值频率变化的电压，三相不平衡电压以及波动电压。本发明统一控制方法具有输出电压精度高，参数设计简单，安全可靠，特别适用于实际工业应用场合等特点。
【专利说明】用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源【技术领域】，特别涉及级联H桥变流器的控制方法，用于生成分 布式发电并网变流器测试电压。

【背景技术】
[0002] 随着光伏发电并网技术，风力发电并网技术以及燃料电池等新能源技术的发展， 可再生能源发电在全球发电成分中所占的比重与日俱增。随着基于可再生能源的分布式发 电在电力工业中的激增，分布式发电系统的稳定性问题变得越来越突出，尤其是当分布式 发电系统处于并网运行模式时。国家标准"风电场接入电力系统技术规定"和"光伏发电站 接入电力系统技术规定"不仅对分布式发电系统的低电压穿越能力提出了要求，而且同时 提出了电网适应性要求，包括幅值频率偏差适应性，电网谐波适应性以及电压波动适应性。 由于大部分分布式发电系统都是通过电力电子变流器和电网进行接口并网的，因此分布式 发电并网变流器的电网适应能力就显得尤为重要。为了评估分布式发电并网变流器的适应 能力，以便提高分布式发电系统的稳定性，就有必要在并网运行之前对其进行测试。基于级 联H桥拓扑的分布式发电并网变流器测试用电压源提供了一个解决方案，然而为了达到在 线测试时不需要切换控制方案的目的，并同时保证输出测试电压的精度，以便对不同程度 的电网故障（电压和频率偏差，三相电压不平衡，电压波动）适应能力进行评估，就需要一 种针对级联H桥变流器的用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，来达 到上述目标。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于提供一种用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控 制方法，该方法不仅可以生成幅值频率变化的电压，三相不平衡电压以及波动电压等测试 电压，并且可以同时保证测试电压的精度。
[0004] 为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
[0005] 用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，针对基于级联H桥拓 扑的测试电压源，包含三相PWM变流器整流输入级和级联H桥变流器逆变输出级，输入级提 供稳定的直流母线电压，输出级提供测试电压，包括以下步骤：
[0006] 首先，采用d-q同步参考坐标系电流解耦控制，由3N组三相PWM变流器组成的测 试电压源输入级为级联H桥输出级提供稳定的直流母线电压，其中，三相PWM变流器接入电 网获取能量，N为输出级每相中的级联H桥模块数；
[0007] 其次，在直流母线电压建立之后，对级联H桥变流器进行分相独立控制，将三个级 联H桥变流器分别控制为单相电压源型逆变器，三个级联H桥输出电压构成三相电压系统， 并对每个级联H桥进行移相载波调制（Phase shifted carrier PWM，PSC_PWM);
[0008] 再次，通过数字控制器生成分相独立的测试电压的参考信号，包括电压幅值频率 偏差、三相不平衡电压以及波动电压参考信号；
[0009] 最后，针对分相独立的测试电压的参考信号，对每个级联H桥采用统一控制方法， 对测试电压有效值和瞬时值进行闭环控制，使得级联H桥变流器输出高精度的测试电压。
[0010] 本发明进一步的改进在于：测试电压的参考信号按照下面几个公式生成：
[0011] 1)电压幅值频率偏差的参考信号：
[0012]

【权利要求】
1. 用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，其特征在于，针对基于 级联H桥拓扑的测试电压源，包含三相PWM变流器整流输入级和级联H桥变流器逆变输出 级，输入级提供稳定的直流母线电压，输出级提供测试电压，包括以下步骤： 首先，采用d-q同步参考坐标系电流解耦控制，由3N组三相PWM变流器组成的测试电 压源输入级为级联H桥输出级提供稳定的直流母线电压，其中，三相PWM变流器接入电网获 取能量，N为输出级每相中的级联H桥模块数； 其次，在直流母线电压建立之后，对级联H桥变流器进行分相独立控制，将三个级联H桥变流器分别控制为单相电压源型逆变器，三个级联H桥输出电压构成三相电压系统，并 对每个级联H桥进行移相载波调制； 再次，通过数字控制器生成分相独立的测试电压的参考信号，包括电压幅值频率偏差、 三相不平衡电压以及波动电压参考信号； 最后，针对分相独立的测试电压的参考信号，对每个级联H桥采用统一控制方法，对测 试电压有效值和瞬时值进行闭环控制，使得级联H桥变流器输出高精度的测试电压。
2. 如权利要求1所述的用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，其 特征在于，测试电压的参考信号按照下面几个公式生成： 1) 电压幅值频率偏差的参考信号：
其中，ua、ub和u。分别为三相电压，％、％和奶分别为三相电压初始相位，《为基波电 压角频率，t代表时间； 通过改变公式（1)中的幅值频率实现输出电压的幅值频率变化； 2) 三相不平衡电压的参考信号：
其中，ap、ajPaz分别为正负零序分量的幅值，％、^?和0分别为正负零序分量的相 位； 将正负零序电压幅值和相位参数代入公式（2)，即计算出三相不平衡电压的参考信 号； 3) 波动电压参考信号：波动电压的数学模型按照公式（3)表达， =^C1 +^m{(〇j+ (pJ)sm((〇t+ (p) (3) 其中，Vpejrturb为波动电压参考信号； ?m为波动角频率，A?和P分别为调制信号初相位和被调制信号初相位，A为被调制 信号幅值，am为波动幅值系数； 展开公式（3)得到
波动电压参考信号包含三部分，分别为基波频率，以及等幅分布在基波两边的高频段 分量《 +wm以及低频段分量W-Wm; 因此三相波动电压参考信号表达式为
其中，Ua_p_b、Ub_pCTturt和U^rturb分别为三相波动电压参考信号。
3. 如权利要求2所述的用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，其 特征在于，测试电压的参考信号生成方式，根据测试电压所需要的正序负序以及零序电压 的幅值和相位来确定三相不平衡电压；同理，对于幅值频率偏差电压和波动电压，根据测试 电压幅值和频率的需要以及波动电压幅值和频率的来生成。
4. 如权利要求1所述的用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，其 特征在于，在对测试电压有效值进行闭环控制时，测试电压有效值参考信号是通过对几种 不同电压参考信号进行滑动窗有效值计算得到；测试电压有效值反馈作为外环，由PI控制 器控制，测试电压瞬时值反馈作为内环，由P调节器控制。
5. 如权利要求4所述的用于生成分布式发电并网变流器测试电压的统一控制方法，其 特征在于，闭环反馈控制使用劳斯判据确定内环控制器参数的稳定域，保证系统的稳定运 行；通过选择外环开环传递函数的穿越频率和转折频率来保证外环对测试电压有效值参考 信号的良好跟踪。
【文档编号】H02M5/44GK104506046SQ201410816583
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】李宇飞, 王跃, 吴金龙 申请人:西安交通大学