一种具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分布式发电及电力电子技术领域，特别是一种具备环流抑制和谐波抑 制能力的微网逆变器控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着微电网技术的发展，微电网系统中存在大量线性负荷与非线性负荷。非线性 负荷包括逆变器、整流器等各类电力电子器件，这些器件都会使得电网中存在大量的谐波， 如果这种谐波分量不加以整治，其将导致电网中的电压和电流波形畸变，降低电能利用率， 严重影响电能质量，影响电气设备的工作效率，缩短其使用寿命。谐波的存在会引起电机的 过电压等现象，变压器、电缆、电容器等设备出现局部温度过髙，使用寿命缩短，严重时甚至 损坏。与传统配电网相比，微网的特殊网络性质和运行特点，以及包含其中的众多储能设 备、检测控制设备都使微网电能质量问题有了许多新的特点。
[0003] 对微网电能质量做到完善地控制的基础的研究主要围绕补偿、抑制的思路进行， 并且通过在含微网配电网络中安装补偿装置实现了对多种电能质量问题的控制。例如通过 安装耦合变压器防止分布式电源经逆变器向交流电网输出直流。通过安装软启动限流装置 防止感应电动机在启动时造成邻近负荷结点的电压暂降危害。有源滤波器在微网环境下的 谐波补偿中应用也非常广泛，但为了更好的适应微网环境，有源滤波器采取与分布式电源 相结合的方法，在满足后者的正常并网要求的同时兼顾电压补偿和功率因数补偿。
[0004] 有源电力滤波器是解决电力谐波问题的有效方式，但是因为投资较高，有源电力 滤波器的推广也受到了限制。考虑到有源电力滤波器与并网逆变器都是电压源型逆变电 源，主电路结构一致，可以将二者合二为一进行统一控制，这样既可以节省投资，又能进行 光伏发电、改善电网质量，实现一机多用。因此研究具有光伏并网发电和有源电力滤波功能 的逆变器具有积极的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种具备环流抑制和谐 波抑制能力的微网逆变器控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具备环流抑制和谐波抑 制能力的微网逆变器控制方法，包括以下步骤：
[0007] 1)检测微网逆变器的输出电流iQ和输出电压Uo;将微网逆变器的a相输出电压U 0a 通过锁相环PLL电路，获取角频率ω，得到正弦彳目号sin ω t和余弦彳目号cos ω t，确定矩阵C和 〇32 ：
[0009] 2)将微网逆变器输出电流i〇分别经过矩阵C32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有 功电流ioP的直流分量：和瞬时无功电流iQq的直流分量G ;再经过矩阵C变换，得到αβ坐标 系下逆变器输出电流的基波分量ioapf，ioccPf包括α、β分量i〇af和iopf ;将三相逆变器输出电压 U0分别经过矩阵C32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有功电流Uop的直流分量C和瞬时无 功电流UQq的直流分量M fitr 再经过矩阵C变换，得到αβ坐标系下逆变器输出电流的基波分量 UOagf，UOagf 包括a、β分量UOaf 和UOPf ;
[0010] 3)计算微网逆变器的有功功率Pf和无功功率Qf，；
[0011] 4)将无功功率Qf和有功功率Pf作为PQ下垂控制器的输入，使下垂控制器输出电压 氺 U ；
[0012] 5)将u*从三相abc坐标系转换到两相坐标系，得到
其中转换矩阵
[001 3] 6)将虚拟阻抗Zv乘以电流ioaf!，得到电压UV，将电压UV与心相减，差值再减去UQafif， 得到的信号送入PI控制器，输出i%其中为i〇经过矩阵C32变换后的αβ坐标系下的电流；
[0014] 7)将P与ioafif相减，然后送入P控制器，将得到的信号从两相的αβ坐标系下转换到 三相abc坐标系，结果送入PWM，从而实现对微网逆变器中功率器件的通断控制。
[0015] 有功功率Pf和无功功率Qf，的计算公式为：
[0016] PQ下垂控制器表达式为：
[0017] f = f〇-mPf ；
[0018] U = U〇-nQf ；
[0019] 其中fo是初始频率，Uo是初始电压峰值，m为有功功率下垂系数，η为无功功率下垂 系数。
[0020] fQ设为50Hz。仙设为31IV，有功功率下垂系数m设为0.0002，无功功率下垂系数η设 为0.00012。
[0021] u*=(Usin23Tf〇t，Usin(23Tf〇t-2V3)，Usin(23Tf〇t+23i/3))，U=U〇-nQf。
[0022] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明的方法不但能使PQ下垂控 制解耦，而且能在非线性负载(线路阻抗不平衡)的情况下抑制谐波、抑制环流，保持电压稳 定;本发明可以应用于带非线性负载的微网逆变器并联系统中，显著抑制各个逆变器输出 电压的谐波。
【附图说明】
[0023] 图1是带两个微源的微网逆变器的等效电路图；
[0024] 图2是具备环流抑制和谐波抑制能力的逆变器控制方法总体控制框图；
[0025] 图3(a)三相公共点电压，图3(b)逆变器1的输出电流，图3(c)逆变器2。
【具体实施方式】
[0026] 图1为微网逆变器的等效电路图。系统主要参数如下:DG1和DG2是直流电压，模拟 微源的输出，直流电压值为500V。控制每个逆变器输出电压的峰值为31IV，频率为50Hz。负 载为整流器，电阻值为10Ω，电感值为ImH。线路阻抗为Rl = 2Q，XL = 2mH。ARL = 〇.5Q，AXl = lmH〇
[0027]图2是具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法总体控制框图。具体 实施步骤如下：
[0028] 步骤1:检测逆变器的输出电流io和输出电压uo。将三相输出a相电压11〇3通过锁相 环PLL电路，获取角频率ω，得到正弦彳目号sin ω t和余弦彳目号cos ω t，确定矩阵C:
[0030] 步骤2:将三相逆变器输出电流io分别经过矩阵C32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬 时有功电流i〇 P的直流分量^和瞬时无功电流i〇q的直流分量ζ;再经过矩阵C变换，得到αβ 坐标系下逆变器输出电流的基波分量的i_f (ioccf，i〇pf);将三相逆变器输出电压Uq分别经过 矩阵C32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有功电流uOp的直流分量G和瞬时无功电流U 0q 的直流分量.?, 再经过矩阵C变换，得到α β坐标系下逆变器输出电流的基波分量的U 〇 a f! f (UOaf ,UOPf)
[0031] 步骤3:获得有功功率P和无功功率Q，如下式：
[0033]步骤4:将无功功率Q和有功功率P作为PQ下垂控制器是输入，使其输出电压u'PQ 下垂控制器设计为
[0034] f = f〇-mP (5)
[0035] U = U〇-nQ (6)
[0036] 其中f ο是初始频率，设为50Hz。1]〇是初始电压峰值，设为31IV。有功功率下垂系数m 设为 〇. 0002，无功功率下垂系数 η 设为0.00012，得到输miSu*=(Usin23TfQt，Usin(23Tf0t-2π/3)，Usin(23Tf Qt+23T/3))。
[0037] 步骤5:将u*从三相abc坐标系转换到两相坐标系，得到
[0038] 步骤6:将虚拟阻抗Zv乘以逆变器输出电流得到电压uv，然后与4相减，再减去 UOaM，得到的信号送入PI控制器，输出
[0039] 步骤7:将P与iMf相减，然后送入P控制器，将得到的信号从两相的邱坐标系下转 换到三相abc坐标系，结果送入PWM，从而实现对逆变器中功率器件的通断控制。
[0040] 图3(a)~图3(c)是本发明线路阻抗不平衡情况下的实验结果。图3(a)是三相公共 点电压波形，从波形图可以看出公共点电压波形平滑，实现了谐波抑制。图3(b)为逆变器1 的输出电流，图3(c)为逆变器2的输出电流。可以看出两个逆变器的输出电流完全一致，实 现了环流抑制。
【主权项】
1. 一种具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，其特征在于，包括以下 步骤： 1) 检测微网逆变器的输出电流io和输出电压U0;将微网逆变器的a相输出电压UQa通过锁 相环PLL电路，获取角频率ω，得到正弦彳目号sin ω t和余弦彳目号cos ω t，确定矩阵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) 将微网逆变器输出电流io分别经过矩阵C32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有功电 流ioP的直流分量ζ和瞬时无功电流i Qq的直流分量〇再经过矩阵C变换，得到αβ坐标系下 逆变器输出电流的基波分量i QaPf，i OccPf包括α、β分量i Oaf和i QPf ;将三相逆变器输出电压U0分 别经过矩阵c32、矩阵C和低通滤波器后，得到瞬时有功电流uQp的直流分量G和瞬时无功电 流UQq的直流分量M。,, 再经过矩阵C变换，得到αβ坐标系下逆变器输出电流的基波分量UQafif， UOaPf包括α、β分量UQaf和_f ; 3) 计算微网逆变器的有功功率Pf和无功功率Qf，； 4) 将无功功率Qf和有功功率Pf作为PQ下垂控制器的输入，使下垂控制器输出电压u% 5) 将u*从三相abc坐标系转换到两相坐标系，得到其中转换矩阵C32 = C32 一 S 6 )将虚拟阻抗Zv乘以电流ioap，得到电压UV，将电压Uv与《?/r相减，差值再减去UOaPf，得到 的信号送入PI控制器，输出i%其中为io经过矩阵C 32变换后的αβ坐标系下的电流； 7)将i*与相减，然后送入Ρ控制器，将得到的信号从两相的αβ坐标系下转换到三相 abc坐标系，结果送入PWM，从而实现对微网逆变器中功率器件的通断控制。2. 根据权利要求1所述的具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，其特 征在于，有功功率Pf和无功功率Qf，的计算公式为= 。 Sdf UQaf lQ!if3. 根据权利要求1所述的具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，其特 征在于，PQ下垂控制器表达式为： f = f〇-mPf ； U = U〇-nQf ； 其中fo是初始频率，Uo是初始电压峰值，m为有功功率下垂系数，η为无功功率下垂系数。4. 根据权利要求3所述的具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，其特 征在于，fo设为50H%U〇设为311V，有功功率下垂系数m设为0.0002,无功功率下垂系数η设为 0.00012〇5. 根据权利要求4所述的具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，其特 征在于，u*= (Usin2Jif〇t，Usin(2Jif〇t-2V3)，Usin(2Jif〇t+2V3)) ;U=U〇-nQfD
【专利摘要】本发明公开了一种具备环流抑制和谐波抑制能力的微网逆变器控制方法，首先检测逆变器输出电流i0(i0a,i0b,i0c)和输出电压u0(u0a,u0b,u0c)，分别对输出电流i0和输出电压u0提取基波分量，得到αβ坐标系下的i0αβf(i0αf,i0βf)和u0εβf(u0αf,u0βf)；将i0αβf和u0εβf计算得到有功功率和无功功率；利用传统的PQ下垂控制算法得到电压u*，将其变换到αβ坐标系下，得到将虚拟阻抗ZV与αβ坐标系下的逆变器输出电流i0αβ相乘后与电压相减，再减去u0αβf，再进行PI控制，将得到的信号与逆变器输出电流i0αβf相减，进行P控制后将结果αβ/abc坐标系转换后送入PWM，实现对逆变器中功率器件的通断控制。本发明可以应用于带非线性负载的微网逆变器并联系统中，能显著抑制各个逆变器输出电压的谐波，并能抑制逆变器间的环流。
【IPC分类】H02J3/01, H02J3/38
【公开号】CN105470994
【申请号】CN201610060641
【发明人】黎燕, 彭劲杰, 樊晓平, 熊炜
【申请人】中南大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月29日