基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法

本发明属于构网型逆变器，具体涉及一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着石油、煤炭、天然气等传统化石能源的消耗以及人们对环境保护意识的提高，太阳能、风能等可再生清洁能源获得了更加广泛的关注。当前，分布式新能源发电系统在配电网中的安装规模迅速扩大，但是，多种可再生能源不加控制地接入电网会造成严重的电能质量问题。而并网逆变器作为新能源发电与大电网的接口装置，其在电网中的应用比例也随之增加。并网逆变器的控制技术决定着整个发电系统的并网电能质量，然而，随着分布式发电机组规模的不断提升，分布式发电并网处电网越来越呈现出弱电网趋势，电网线路阻抗增强，电网电压谐波增加，严重影响着并网电流质量，导致并网电流畸变及稳态误差。

2、现有并网逆变器按并网属性可分为：跟网型(grid following，gfl)并网逆变器和构网型(grid forming，gfm)并网逆变器两类。跟网型逆变器本质为电流源，自身无法提供电压与频率支撑，必须依赖电网的电压和频率，无法支撑系统；跟网型并网逆变器通过锁相环(phase locked loop，pll)跟随电网电压相角，采用电流pi控制调节交流侧并网电流，其控制简单高效，在现代电力系统中应用广泛。然而，其电流控制特性会随着电网阻抗的增大而恶化，引发包括电网电压畸变、谐波振荡等在内的一系列交互稳定问题，危及逆变器的安全稳定运行。构网型本质为电压源，内部设定电压参数信号输出电压与频率，既可并网也可离网运行，对电网支撑能力强。构网型并网逆变器通过功率控制环追踪电网相角变化，借助电压pi控制器实现对交流侧并网电压的实时控制，在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性。构网型控制技术可以为大电网提供全过程的电压源支撑，可解决电力系统电压与频率的稳定性问题，实现对电网的主动感知、主动响应和主动支撑，提高本地新能源消纳能力和局域电网供电质量。因新型电力系统发展需要，当前形势也需要推动构网型分布式发电发展。

技术实现思路

1、因此，在构网型分布式发电发展迅速的现状下，为了实现抑制电网电压谐波对并网电流质量的影响，降低并网电流thd含量，一种针对于构网型逆变器并网电流畸变抑制的控制方法，可用于改善逆变器并网电流质量，具有十分重要的现实意义。

2、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种谐波电压前馈补偿的控制方法。通过提取逆变器输出端口谐波电压并前馈至控制回路中，使逆变器输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，实现逆变器并网电流的改善。

3、在本发明的方案中，通过提取谐波电压并将其前馈至控制回路实现并网电流质量的改善，实现其目的的控制结构包括谐波电压提取模块、前馈系数环节以及谐波前馈环节。

4、此方法实现构网型逆变器并网电流质量改善的机理为：通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，便可得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路pwm驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，实现逆变器并网电流的改善。

5、该方案可以实现构网型逆变器并网电流质量的改善，控制结构简单，逆变器输出端口电压采集无需额外传感器，适用于下垂控制以及虚拟同步发电机控制。

6、本发明解决其技术问题具体采用的技术方案是：

7、一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法，通过提取逆变器输出端口谐波电压并将其前馈至控制回路，通过谐波前馈使逆变器输出电压含有与电网背景谐波电压相同频率的谐波电压分量，以实现并网电流质量的改善。

8、通过谐波前馈使逆变器输出电压含有与电网背景谐波电压相同频率的谐波电压分量。基于该方法可以使逆变器并网电流质量得到改善。

9、进一步地，其控制结构包括谐波电压提取模块、前馈系数环节和谐波前馈环节；

10、所述谐波电压提取模块用于采集逆变器输出端口电压，利用二阶广义积分器提取基波电压分量，再用端口电压减去基波电压分量得到谐波分量；其避免了单独提取各种频率的谐波分量的复杂过程，加快控制响应速度。

11、所述前馈系数环节用于谐波电压的提取过程，在前馈系数中引入微分环节对时间滞后进行补偿；综合考虑整个系统的稳态与动态性能，在谐波电压的实际提取过程中，会产生一定的时间滞后，可以在前馈系数中引入微分环节进行补偿。

12、所述谐波电压前馈环节用于将提取得到的谐波电压分量前馈至电压电流双闭环参考电压处，使参考电压与提取的谐波电压叠加，从而得到新的控制参考量。该控制方式可用于典型构网型逆变器并网控制，包括下垂控制以及虚拟同步发电机控制。

13、进一步地，通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路pwm驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，以实现逆变器并网电流的改善。

14、以及，一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制系统，至少包括处理器和存储器，通过提取谐波电压并将其前馈至控制回路实现并网电流质量的改善，其控制结构包括谐波电压提取模块、前馈系数环节和谐波前馈环节；

15、所述谐波电压提取模块用于采集逆变器输出端口电压，利用二阶广义积分器提取基波电压分量，再用端口电压减去基波电压分量得到谐波分量；

16、所述前馈系数环节用于谐波电压的提取过程，在前馈系数中引入微分环节对时间滞后进行补偿；

17、所述谐波电压前馈环节用于将提取得到的谐波电压分量前馈至电压电流双闭环参考电压处，使参考电压与提取的谐波电压叠加，从而得到新的控制参考量。

18、进一步地，通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路pwm驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，以实现逆变器并网电流的改善。

19、相比于现有技术，本发明及其优选方案至少具有以下突出特点和有益效果：

20、1、所提谐波电压前馈补偿控制策略可以有效改善构网型逆变器并网电流质量，控制结构简单，一定程度上提高了控制过程的可靠性与稳定性，增强了实用性与经济性。

21、2、采样的电压信号为逆变器输出端口电压，相较于其他逆变器并网控制策略采集pcc点电压信号，便于采样，且不需要额外增加传感器，能够降低成本。

技术特征：

1.一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法，其特征在于：通过提取逆变器输出端口谐波电压并将其前馈至控制回路，通过谐波前馈使逆变器输出电压含有与电网背景谐波电压相同频率的谐波电压分量，以实现并网电流质量的改善。

2.根据权利要求1所述的基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的基于基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法，其特征在于：通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路pwm驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，以实现逆变器并网电流的改善。

4.一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制系统，至少包括处理器和存储器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的基于基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制系统，其特征在于：通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路pwm驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，以实现逆变器并网电流的改善。

技术总结
本发明提供一种基于谐波电压前馈补偿的构网型逆变器并网电流质量改善控制方法，其实现构网型逆变器并网电流质量改善的机理为：通过提取逆变器输出端口基波电压，再利用输出端口总电压减去基波电压分量，便可得到谐波电压分量；在控制回路中将提取的谐波分量与参考电压相叠加，经过电压电流双环控制调节器，生成六路PWM驱动信号控制逆变器桥臂开关通断，使逆变器的输出电压含有与电网电压相同频率的谐波分量，实现逆变器并网电流的改善。该方法可以实现构网型逆变器并网电流质量的改善，控制结构简单，逆变器输出端口电压采集无需额外传感器，适用于下垂控制以及虚拟同步发电机控制。

技术研发人员：刘宝谨,余冰
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27