一種多臺(tái)lcl型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種適應(yīng)分布式電源并網(wǎng)計(jì)量的多1XL型逆變器諧振禪合的有源阻 巧方案，屬微電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 多分布式電源的孤島微電網(wǎng)可W采用下垂控制實(shí)現(xiàn)逆變器無(wú)互聯(lián)線的并聯(lián)運(yùn)行。 微電網(wǎng)連接大電網(wǎng)時(shí)，分布式電源并網(wǎng)匯總母線電壓由大電網(wǎng)電壓提供支撐。各并網(wǎng)逆變 系統(tǒng)采取電流控制方案，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電或光伏的最大功率跟蹤控。
[0003] 無(wú)差拍電流控制是一種基于逆變器濾波電路數(shù)學(xué)模型的控制方案。該方案僅需獲 得實(shí)際逆變系統(tǒng)電氣參數(shù)，無(wú)需對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，易于數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)，在較 低的開關(guān)頻率下就能實(shí)現(xiàn)被控電流信號(hào)快速地跟隨參考給定信號(hào)，能夠滿足較高控制響應(yīng) 速度，在小功率并網(wǎng)逆變場(chǎng)合應(yīng)用較為寬廣。
[0004] 傳統(tǒng)的電能計(jì)量裝置采用全波電能計(jì)量方式，即采集并網(wǎng)點(diǎn)的上網(wǎng)電流和電壓， 通過(guò)電壓和電流W及采樣時(shí)間周期的簡(jiǎn)單的乘法運(yùn)算得到相應(yīng)的上網(wǎng)電能。該種計(jì)量模式 是考慮電網(wǎng)中諧波電流非常有限的條件下設(shè)計(jì)出來(lái)的。然而，隨著近年分布式電源在電網(wǎng) 的穿透率的不斷提高，大量的電力電子開關(guān)設(shè)備帶來(lái)了豐富的高頻諧波電流，傳統(tǒng)的全波 電能計(jì)量的準(zhǔn)確性受到了較大的影響，特別是當(dāng)并網(wǎng)電流崎變率較為嚴(yán)重的情況下，計(jì)量 誤差給電力部口或電力用戶帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是不容忽視的。目前對(duì)分布式電源并網(wǎng)計(jì)量方 式是采用全波計(jì)量模式還是諧波計(jì)量模式?jīng)]有明確的強(qiáng)制要求。在該一背景下，如果能夠 通過(guò)采用逆變器控制方式來(lái)降低分布式電源并網(wǎng)總電流的諧波崎變率，保證傳統(tǒng)全波電能 計(jì)量裝置的可靠性，不妨是一種行之有效的方法，該同時(shí)也避免了相應(yīng)的計(jì)量方式技術(shù)改 造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題。
[0005] 為了能夠降低逆變器輸出電流的諧波崎變率，并網(wǎng)逆變器需要采用輸出濾波設(shè) 備。并網(wǎng)型輸出濾波設(shè)備主要有兩種方式；1XL型和L型。1XL型濾波器是一種適應(yīng)于較大 功率等級(jí)的分布式電源并網(wǎng)逆變場(chǎng)合的并網(wǎng)濾波器。與L型濾波器相比，1XL型逆變器能 有效抑制電流的高次諧波。在設(shè)計(jì)相同的抑制諧波效果的前提下，1XL型濾波器的總電感 量要遠(yuǎn)低于L型濾波器，該有利于降低電感體積，提高功率密度，降低濾波損耗。但1XL型 濾波器在特定諧波頻率附近存在一個(gè)明顯的幅頻響應(yīng)諧振峰值，若逆變器輸出電流諧波分 量的頻率恰好在該諧振點(diǎn)附近，造成諧波電流的顯著放大及逆變器控制的不穩(wěn)定。
[0006] 為了能夠有效抑制1XL濾波器的諧振峰值，常采取無(wú)源阻巧和有源阻巧法來(lái)降低 諧振點(diǎn)附近的幅頻響應(yīng)幅值。無(wú)源阻巧策略主要有；網(wǎng)側(cè)電感串聯(lián)/并聯(lián)電阻法、電容支路 串聯(lián)/并聯(lián)電阻法。無(wú)源阻巧法主要的缺點(diǎn)在于阻巧電阻增加了系統(tǒng)的損耗，尤其是大功 率場(chǎng)合，阻巧電阻發(fā)熱嚴(yán)重。有源阻巧策略通過(guò)修正控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)阻巧效果。有源阻巧 法主要包括；網(wǎng)側(cè)電感電流反饋法、濾波電容電流反饋法、逆變側(cè)電感電流反饋法、濾波電 容電壓反饋法。
[0007] 當(dāng)微電網(wǎng)中多臺(tái)1XL型逆變器并網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，多臺(tái)逆變器的諧振問(wèn)題相比單臺(tái)逆 變器時(shí)更為復(fù)雜。多臺(tái)IXL型并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行其諧振幅值和頻率受；逆變器并聯(lián)數(shù)量、 其他逆變器輸出電流、電網(wǎng)電壓的影響?，F(xiàn)有的1XL型并網(wǎng)逆變器的諧振抑制方法往往只 針對(duì)單臺(tái)逆變器展開，未設(shè)及多臺(tái)逆變器之間的諧振禪合影響。該就造成現(xiàn)有的諧振抑制 方案在多逆變器并聯(lián)并網(wǎng)時(shí)的控制的有效性降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[000引本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，為了解決光伏分布式并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中多LCL型逆 變器并聯(lián)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)存在=種諧振禪合問(wèn)題：自身諧振、并聯(lián)諧振及串聯(lián)諧振對(duì)逆變器輸 出電流質(zhì)量的影響；同時(shí)，提高傳統(tǒng)全波電能計(jì)量設(shè)備的電能計(jì)量的可靠性，提出一種多 1XL型逆變器諧振禪合的有源阻巧方案。
[0009] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是；一種適應(yīng)分布式電源并網(wǎng)計(jì)量的多1XL型逆變器 諧振禪合的有源阻巧方案，包括建立由若干個(gè)1XL逆變器并聯(lián)組成的光伏分布式并網(wǎng)發(fā)電 系統(tǒng)和一套常規(guī)全波電能計(jì)量設(shè)備。所述逆變器包括直流穩(wěn)壓源、逆變電路、濾波電路、信 號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP控制器、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，直流穩(wěn)壓源與逆變電路連接，逆變電 路與濾波電路連接，DSP控制器與A/D轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路連接，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與逆變電 路的開關(guān)管連接，信號(hào)調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換器連接。
[0010] 本發(fā)明方案中1XL逆變器的電流及有源阻巧控制環(huán)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)包括：逆變器參 考輸出電流計(jì)算環(huán)節(jié)、光伏功率前饋參考電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)、逆變器輸出電流無(wú)差拍控制環(huán)節(jié)、 有源阻巧補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
[0011] 在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，所述DSP控制器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)每臺(tái)逆變器濾波電 容電壓U。、逆變側(cè)濾波電感電流ii、逆變器輸入側(cè)直流母線電壓Ud。、光伏陣列輸出直流電壓 IV及光伏陣列輸出直流電流iPY分別進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)并行接口送給 DSP控制器進(jìn)行處理，輸出Boost電路功率管的開關(guān)占空比信號(hào)，用于光伏板至逆變器的能 量傳輸?shù)男士刂疲?XL逆變器的電流和有源阻巧控制環(huán)節(jié)的DSP處理環(huán)節(jié)不僅需要在DSP 的每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，對(duì)光伏陣列輸出直流電壓IV、光伏陣列輸出直流電流ipY進(jìn)行采 樣及A/D轉(zhuǎn)換，還需要對(duì)逆變側(cè)濾波電感電流ii、濾波電容電壓U。、逆變器輸入側(cè)直流母線 電壓Ud。、及公共母線電壓IV。進(jìn)行采樣及A/D轉(zhuǎn)換；逆變器的電流和有源阻巧控制環(huán)節(jié)，確 保逆變器輸出電流的較低的諧波崎變率、電流的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)能力、維持單位功率因數(shù)。
[0012] 所述逆變器參考輸出電流計(jì)算環(huán)節(jié)是為了穩(wěn)定逆變器輸入側(cè)直流母線電壓Ud。； 在每個(gè)DSP采樣周期內(nèi)，將設(shè)定的逆變器輸入側(cè)直流母線電壓的給定值與采樣值Ud。進(jìn) 行比較，差值通過(guò)PI控制環(huán)節(jié)得到逆變器輸出電流控制的幅值指令信號(hào)luf，時(shí)域表達(dá)式 為：
[001引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，包括常規(guī)全波電能計(jì)量設(shè)備，其特 征在于，所述方案還包括由若干個(gè)LCL逆變器并聯(lián)組成的光伏分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；所述 逆變器包括直流穩(wěn)壓源、逆變電路、濾波電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP控制器、驅(qū)動(dòng) 保護(hù)電路；直流穩(wěn)壓源與逆變電路連接，逆變電路與濾波電路連接，DSP控制器與A/D轉(zhuǎn)換 器、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路連接，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與逆變電路的開關(guān)管連接，信號(hào)調(diào)理電路與A/D轉(zhuǎn)換 器連接；常規(guī)全波電能計(jì)量設(shè)備安裝在公共母線的并網(wǎng)側(cè)。
2. -種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于，所述逆變器的電流及 有源阻尼控制環(huán)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)包括：逆變器參考輸出電流計(jì)算環(huán)節(jié)、光伏功率前饋參考電 流補(bǔ)償環(huán)節(jié)、逆變器輸出電流無(wú)差拍控制環(huán)節(jié)、有源阻尼補(bǔ)償環(huán)節(jié)； 在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，所述DSP控制器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)每臺(tái)逆變器濾波電容電 壓u。、逆變側(cè)濾波電感電流I1、逆變器輸入側(cè)直流母線電壓ud。、光伏陣列輸出直流電壓U pv 及光伏陣列輸出直流電流ipv分別進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)并行接口送給 DSP控制器進(jìn)行處理，輸出Boost電路功率管的開關(guān)占空比信號(hào)，用于光伏板至逆變器的能 量傳輸?shù)男士刂?；LCL逆變器的電流和有源阻尼控制環(huán)節(jié)的DSP處理環(huán)節(jié)不僅需要在DSP 的每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，對(duì)光伏陣列輸出直流電壓U pv、光伏陣列輸出直流電流ipv進(jìn)行采 樣及A/D轉(zhuǎn)換，還需要對(duì)逆變側(cè)濾波電感電流I 1、濾波電容電壓u。、逆變器輸入側(cè)直流母線 電壓ud。、及公共母線電壓up。。進(jìn)行采樣及A/D轉(zhuǎn)換；逆變器的電流和有源阻尼控制環(huán)節(jié)，確 保逆變器輸出電流的較低的諧波畸變率、電流的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)能力、維持單位功率因數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于， 所述逆變器參考輸出電流計(jì)算環(huán)節(jié)是為了穩(wěn)定逆變器輸入側(cè)直流母線電壓u d。;在每個(gè)DSP 采樣周期內(nèi)，將設(shè)定的逆變器輸入側(cè)直流母線電壓的給定值與采樣值ud。進(jìn)行比較，差值 通過(guò)PI控制環(huán)節(jié)得到逆變器輸出電流控制的幅值指令信號(hào)I Mf，時(shí)域表達(dá)式為：
其中，1^為直流母線電壓PI控制器的比例系數(shù)；k 直流母線電壓PI控制器的積分 系數(shù)；s為拉普拉斯算子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于， 所述光伏功率前饋參考電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)是為了減輕直流側(cè)PI調(diào)節(jié)器的負(fù)擔(dān)，加快系統(tǒng)響應(yīng) 速度；在逆變器輸出參考電流計(jì)算環(huán)節(jié)的控制前向通道上引入光伏功率前饋電流I pf，時(shí)域
其中，Upcxj?為電網(wǎng)電壓的有效值；Upv為光伏陣列輸出直流電壓；i pv為光伏陣列輸出直 流電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于， 所述逆變器輸出參考電流計(jì)算環(huán)節(jié)得到的逆變器輸出電流控制的幅值指令信號(hào)I Mf與光伏 功率前饋參考電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)得到的光伏功率前饋電流Ipf在每個(gè)DSP采用周期內(nèi)進(jìn)行一次 求和，得到逆變器輸出電流的參考給定幅值信號(hào)；該幅值信號(hào)乘以由數(shù)字鎖相環(huán)節(jié)PLL得 到的電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)sin (? t)，得到逆變器輸出電流的參考給定信號(hào)iMf，時(shí)域表達(dá)式 為： iref= (1ref+Ipf)sin(wt)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于， 所述逆變器輸出電流無(wú)差拍控制環(huán)節(jié)中添加有源阻尼補(bǔ)償電流分量用于對(duì)并聯(lián)并 網(wǎng)LCL逆變器輸出電流的諧振解耦控制；帶有源阻尼補(bǔ)償電流分量的電流無(wú)差拍控制環(huán)節(jié) 得到逆變器的SjP S 4功率管的占空比，時(shí)域表達(dá)示為：
其中，Ts為信號(hào)的采樣周期，K為調(diào)制系數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，其特征在于， 所述有源阻尼補(bǔ)償電流的獲取方式為：將DSP捕獲的u。通過(guò)諧振濾波后，得到電容 電壓的基頻分量11。^將u。,與u。求差，得到電容電壓的非基頻分量u。,;將u除以給定的 虛擬諧波電阻Rv得到i Mf__p獲取的時(shí)域表達(dá)式為：
【專利摘要】一種多LCL型逆變器諧振耦合的有源阻尼方案，包括若干個(gè)光伏LCL型逆變器并聯(lián)組成的分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和全波電能計(jì)量設(shè)備。本發(fā)明LCL逆變器的電流及有源阻尼控制環(huán)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)包括：逆變器參考輸出電流計(jì)算環(huán)節(jié)、光伏功率前饋參考電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)、逆變器輸出電流無(wú)差拍控制環(huán)節(jié)、有源阻尼補(bǔ)償環(huán)節(jié)。本發(fā)明的控制方法能降低并網(wǎng)總電流的諧波畸變率，有效提高全波電能計(jì)量設(shè)備計(jì)量數(shù)據(jù)可靠性；有效降低單臺(tái)逆變?yōu)V波環(huán)節(jié)的自身諧振點(diǎn)對(duì)逆變器輸出電流的特定次諧波放大干擾；有效降低多臺(tái)逆變器濾波環(huán)節(jié)之間的并聯(lián)諧振耦合，確保各臺(tái)逆變器輸出電流的獨(dú)立性；有效降低電網(wǎng)諧波電壓對(duì)逆變器輸出電流的干擾。本發(fā)明能夠保障逆變并聯(lián)系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定運(yùn)行。
【IPC分類】H02M1-12, H02J3-01, H02J3-38
【公開號(hào)】CN104821706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510035999
【發(fā)明人】張春強(qiáng), 羅安, 陳智勇, 李鳴慎, 龍際根
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院, 湖南大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日