一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，增加雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)，改進(jìn)負(fù)序電壓、電流的檢測(cè)方法，快速、精確檢測(cè)出負(fù)序電壓、電流并轉(zhuǎn)化為直流量對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)控制，解決了傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)控制策略在電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)不能有效、精確地檢測(cè)出負(fù)序電壓、電流并將其轉(zhuǎn)化為直流量加以控制的不足，使光伏并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)能快速響應(yīng)，消除輸出電流的負(fù)序分量，達(dá)到三相平衡且正弦，保證了逆變系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】—種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種逆變器控制技術(shù)，特別涉及一種基于雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可再生能源發(fā)電并網(wǎng)以及直流輸電、柔性交流輸電系統(tǒng)等的快速發(fā)展，基于脈寬調(diào)制(pulse width modulation, PWM)控制的并網(wǎng)變流器得到了廣泛的應(yīng)用。而可再生能源中的太陽(yáng)能憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)一直受到關(guān)注，光伏發(fā)電已成為國(guó)內(nèi)可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。基于傳統(tǒng)PWM控制策略的光伏并網(wǎng)逆變器均是在三相電網(wǎng)平衡的假設(shè)條件下設(shè)計(jì)的，輸出電流通過(guò)PI調(diào)節(jié)器能得到快速的無(wú)差控制。但是在實(shí)際電網(wǎng)不平衡時(shí)，由于并網(wǎng)逆變器負(fù)序電流及負(fù)序電壓的存在，必然使控制對(duì)象存在2倍頻波動(dòng)，而傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器只有在控制對(duì)象為直流量的時(shí)候才能得到高性能的控制效果。因此，在電網(wǎng)不對(duì)稱故障下，采用傳統(tǒng)控制策略將造成交流電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，瞬時(shí)功率不平衡等一系列問(wèn)題，使光伏并網(wǎng)逆變器運(yùn)行性能惡化，進(jìn)而影響光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出電能質(zhì)量。綜上所述，為了使光伏并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱條件下仍能正常運(yùn)行，要能快速精確地檢測(cè)出負(fù)序電壓、電流，并用把檢測(cè)到的負(fù)序量轉(zhuǎn)換為直流量作為PI調(diào)節(jié)器的控制對(duì)象，因此必須提出相應(yīng)的控制方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對(duì)在電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，傳統(tǒng)控制策略下的光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流畸變，運(yùn)行性能惡化，發(fā)出電能質(zhì)量降低的問(wèn)題，提出一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，改進(jìn)負(fù)序電壓、電流的檢測(cè)方法，達(dá)到快速、精確檢測(cè)出負(fù)序電壓、電流并轉(zhuǎn)化為直流量對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)控制的目的，保證電能的穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，采樣單元采集三相電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流值，送入Clarke變換矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換，坐標(biāo)變換的輸出值輸出到雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)輸出的送入雙電流閉環(huán)控制器，同時(shí)光伏陣列輸出的直流電壓反饋到雙電流閉環(huán)控制器，雙電流閉環(huán)控制器輸出控制變量通過(guò)三相脈沖空間矢量調(diào)節(jié)器，輸出3對(duì)兩兩互補(bǔ)即6路脈沖去控制三相逆變橋電路，雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)解耦步驟如下:
1)采集電網(wǎng)側(cè)三相電壓及三相電流通過(guò)Clarke變換矩陣得到電壓、電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的值esa、esfi和isa、ise ；
2)步驟I)得到的電壓值esa、ese經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)得到正、負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)
系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值^ t、ζ/-.、esr,,經(jīng)解耦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的鎖相環(huán)得到鎖相角Θ ;3)步驟I)得到的電流值isa、ise經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)得到正、負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值ξ/+ι、is心、Ts,、.4)將、V,,~、,歸4和1.,、l<r'、Trl.1.?作為雙電流閉環(huán)控制器的
輸入量，米集光伏陣列直流電壓輸入雙電流閉環(huán)控制器的輸入量；
5)經(jīng)雙電流閉環(huán)控制器，輸出在兩相靜止坐標(biāo)系下的控制指令Va、V0，經(jīng)三相脈沖空間矢量調(diào)節(jié)器得到控制三相逆變橋的3對(duì)兩兩互補(bǔ)的6路脈沖波。
[0005]所述雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)包括電壓解耦網(wǎng)絡(luò)和電流解耦網(wǎng)絡(luò)，電壓解耦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部帶有鎖相環(huán)節(jié)，其余結(jié)構(gòu)二者一致，解耦網(wǎng)絡(luò)包括正序Park變換矩陣、負(fù)序Park變換矩陣、dq+1坐標(biāo)系解耦單元、dq-1坐標(biāo)系解耦單元、一階低通濾波器，正序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q，負(fù)序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q，三相電壓在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量esa、es0分別經(jīng)正序Park變換矩陣得到電壓在正向同步旋
轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸正序分量，經(jīng)負(fù)序Park變換矩陣得到電壓在反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸負(fù)序分量氣^1、，esU+'、輸入dq+1坐標(biāo)系解耦單元，輸出正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸瞬時(shí)分量氣爿、，esd-'、丨輸入dq 1坐標(biāo)系解稱單兀，輸出負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸瞬時(shí)分量^rl、isf%，變量，V,、、e*sq.分別通過(guò)相同的一階低通濾波器，得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值*作為雙電流閉環(huán)控制器的輸入值；同樣結(jié)構(gòu)的電流解耦網(wǎng)絡(luò)得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值、Tq,,和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為雙電流閉環(huán)控制器受控指令；電壓正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq
軸瞬時(shí)分量變量經(jīng)過(guò)由PI調(diào)節(jié)器和積分器組成鎖相環(huán)節(jié)輸出鎖相角# β
[0006]所述dq+1坐 標(biāo)系解耦單元和dcf1坐標(biāo)系解耦單元為:鎖相角#為輸入量，正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為dcf1坐標(biāo)系解耦單元的輸入量，負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為dq+1坐標(biāo)系解耦單元的輸入量，經(jīng)算式
解率禹得到所述tV1、%'1、e^1 '
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，解決了傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)控制策略在電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)不能有效、精確地檢測(cè)出負(fù)序電壓、電流并將其轉(zhuǎn)化為直流量加以控制的不足，使光伏并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)能快速響應(yīng)，消除輸出電流的負(fù)序分量，達(dá)到三相平衡且正弦，保證了逆變系統(tǒng)發(fā)出的電能質(zhì)量；【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明主電路和控制電路原理示意圖；
圖2為本發(fā)明雙冋步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解f禹網(wǎng)絡(luò)圖；
圖3為本發(fā)明dcf坐標(biāo)系解耦單元示意圖；
圖4為本發(fā)明光伏并網(wǎng)發(fā)電一次系統(tǒng)圖；
圖5為本發(fā)明三相輸出電流、電網(wǎng)電壓跌落波形圖；
圖6為本發(fā)明輸出有功功率、無(wú)功功率波形圖；
圖7為本發(fā)明dq+1、d^1坐標(biāo)系下的dq軸電流分量平均值波形圖。
[0009]如圖1所示的電網(wǎng)不對(duì)稱故障光伏并網(wǎng)逆變器控制方案原理圖，包括主電路I和控制電路2兩部分，主電路I包括光伏陣列3 (PV)、直流母線電容4 (C)、三相逆變橋電路
5、交流濾波電感6(L)、三相電網(wǎng)7，控制電路2包括采樣單元8、Clarke變換矩陣9、雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)(DSRF)解耦網(wǎng)絡(luò)10、雙電流閉環(huán)控制器11、空間矢量脈沖調(diào)制模塊12 (SVPWM),所述直流母線電容4與光伏陣列3并聯(lián)，作為直流電壓源；其電壓應(yīng)高于電網(wǎng)電壓峰值，所述三相逆變橋電路5的輸入端與直流母線電容4的兩端相連；直流電經(jīng)三相逆變電路后得到三相交流電，交流濾波電感6與三相逆變橋5的輸出端相連；所述三相電網(wǎng)7與濾波電感6相連；采樣單元8采集三相電網(wǎng)7側(cè)的電壓、電流，經(jīng)Clarke變換矩陣9將三相靜止坐標(biāo)下的值轉(zhuǎn)換成兩相靜止坐標(biāo)下的值，Clarke變換矩陣9的輸出值輸入到DSRF解耦網(wǎng)絡(luò)10，
經(jīng) DSRF 解稱網(wǎng)絡(luò) 10 輸出的 、'U、eS(, I ,丨、、‘-ι 作為`控制指令送入雙電流閉環(huán)控制器11，并加入直流電壓反饋，輸出控制變量^、V0通過(guò)三相脈沖空間矢量調(diào)節(jié)器12 (SVPWM)，輸出3對(duì)互補(bǔ)即6路脈沖去控制三相逆變橋電路5。
[0010]雙冋步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解f禹網(wǎng)絡(luò)包括電壓解f禹網(wǎng)絡(luò)和電流解f禹網(wǎng)絡(luò)，電壓解f禹網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部加入鎖相環(huán)節(jié)，其余結(jié)構(gòu)二者一致，如圖2所示雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)圖，包括正序Park變換矩陣(兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q)
13、負(fù)序Park變換矩陣(兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q) 14、dq+1坐標(biāo)系解耦單元15、dq—1坐標(biāo)系解耦單元16、一階低通濾波器(LPF) 17，三相電壓在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量esa、es0分別經(jīng)正序Park變換矩陣13得到電壓在正向
同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸正序分量€?|+1 > V *經(jīng)負(fù)序Park變換矩陣14得到電壓在反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸負(fù)序分量esd+l '氣胃+1輸入dq+1坐標(biāo)系解稱單兀15,輸出正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸瞬時(shí)分量、ef+i *'氣一輸入dq—1坐標(biāo)系解稱單元16,輸出負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸瞬時(shí)分量(,、e:,,變量氣.4/.ι、、esA ,、e叫,分別通過(guò)相同的一階低通濾波器(LPF) 17，得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值ζ,、和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值iLr1、es(fA ,作為雙電流閉環(huán)控制器11的輸入值。同樣結(jié)構(gòu)的電流解耦網(wǎng)絡(luò)得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值,作為雙電流閉環(huán)控制器11受控
指令。變量fCw、經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器18和積分器19得到鎖相角
[0011]為了抑制電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)，dq+1坐標(biāo)系中的振蕩，采用了如圖3所示的解耦單元，同理，為了抑制dcf1坐標(biāo)系中的振蕩也采用同樣的結(jié)構(gòu)，只是將η和m調(diào)換即可，η和m分別代表正序和負(fù)序，根據(jù)本發(fā)明解耦要求，需令n=l、m=-l。
[0012]鎖相角 為輸入量、為dq—1坐標(biāo)系解耦單元的輸入量、ζ(|-,、^為dq+1坐標(biāo)系解稱單元的輸入量，經(jīng)算式解稱，得到、estt1、
[0013]圖3可以看出，解耦單元的輸入量分別為鎖相角#、正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d,軸瞬時(shí)分Aesdn、及負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值ξ#、，為了使解耦順利進(jìn)
行，需計(jì)算出&P、和鎖相角這里采用簡(jiǎn)單的一階低通濾波器:
【權(quán)利要求】
1.一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，采樣單元采集三相電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流值，送入Clarke變換矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換，坐標(biāo)變換的輸出值輸出到雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)輸出的送入雙電流閉環(huán)控制器，同時(shí)光伏陣列輸出的直流電壓反饋到雙電流閉環(huán)控制器，雙電流閉環(huán)控制器輸出控制變量通過(guò)三相脈沖空間矢量調(diào)節(jié)器，輸出3對(duì)兩兩互補(bǔ)即6路脈沖去控制三相逆變橋電路，雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)解耦步驟如下: 1)采集電網(wǎng)側(cè)三相電壓及三相電流通過(guò)Clarke變換矩陣得到電壓、電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的值~、和U、Κβ ; 2)步驟I)得到的電壓值4?、^^經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)得到正、負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值經(jīng)解耦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的鎖相環(huán)得到鎖相角Θ: 3)步驟I)得到的電流值經(jīng)雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)得到正、負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值t+1、t+1、； 4)將~+1、esd_x、esq.^nJd+l、isq+l、ldA、is(fl作為雙電流閉環(huán)控制器的輸入量，采集光伏陣列直流電壓輸入雙電流閉環(huán)控制器的輸入量； 5)經(jīng)雙電流閉環(huán)控制器，輸出在兩相靜止坐標(biāo)系下的控制指令經(jīng)三相脈沖空間矢量調(diào)節(jié)器得到控制三相逆變橋的3對(duì)兩兩互補(bǔ)的6路脈沖波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦網(wǎng)絡(luò)包括電壓解耦網(wǎng)絡(luò)和電流解耦網(wǎng)絡(luò)，電壓解耦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部帶有鎖相環(huán)節(jié)，其余結(jié)構(gòu)二者一致，解耦網(wǎng)絡(luò)包括正序Park變換矩陣、負(fù)序Park變換矩陣、辦+1坐標(biāo)系解耦單元、匆―1坐標(biāo)系解耦單元、一階低通濾波器，正序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q，負(fù)序Park變換矩陣將兩相垂直靜止坐標(biāo)系α、β轉(zhuǎn)換成以角速度ω順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d、q，三相電壓在兩相靜止坐標(biāo)系下的分量^分別經(jīng)正序Park變換矩陣得到電壓在正向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸正序分量氣、eW+1，經(jīng)負(fù)序Park變換矩陣得到電壓在反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq軸負(fù)序分量^丨1、~-1，、+1、6^+1輸入而+1坐標(biāo)系解耦單元，輸出正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下如軸瞬時(shí)分量量，分別通過(guò)相同的一階低通濾波器，得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下如軸分量的瞬時(shí)平均值和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為雙電流閉環(huán)控制器的輸入值；同樣結(jié)構(gòu)的電流解耦網(wǎng)絡(luò)得到正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值l+1、t+1和負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值Ifp 作為雙電流閉環(huán)控制器受控指令；電壓正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸瞬時(shí)分量變量經(jīng)過(guò)由PI調(diào)節(jié)器和積分器組成鎖相環(huán)節(jié)輸出鎖相角沒(méi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于，所述辦+1坐標(biāo)系解耦單元和辦―1坐標(biāo)系解耦單元為:鎖相角沒(méi)為輸入量，正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為φ-1坐標(biāo)系解耦單元的輸入量，負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下dq軸分量的瞬時(shí)平均值作為φ+1坐標(biāo)系解耦單元的輸入量，經(jīng)算式解耦得到所述<#、%+1、、％-1。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103840482SQ201410014270
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】黃鑫, 易映萍, 范麗君 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)