CN102593852B - 一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法 - Google Patents

一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可选择并且易集成到并网逆变器的电压不平衡补偿方法，实现并网逆变器在保证电能传输的同时兼具对三相不平衡电压中的负序成份进行补偿的补偿方法，本发明可以简单的被加入到并网逆变器的现有的输出电流控制器中，无需增加硬件成本，可以同电网电压平衡情况下的功率控制独立开来，采用了本发明的负序电压补偿功能的分布式并网逆变器可以根据自身的功率等级和公共连接点电压的负序成份情况共同协作对所连接的同一交流母线上的负序电压进行补偿。

Description

一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法
技术领域
本发明涉及的是并网逆变器系统的补偿方法，具体而言是基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法。
背景技术
随着并网逆变器技术的发展，由众多分布式并网发电单元构成或参与的小型微电网将成为一种可供选择的供电技术。但是因为电网容量及传输线阻抗的限制，其电网电压可能出现三相不平衡的状态。电压不平衡问题主要由于单相或非线性负载的不平衡分布所引起。因为不平衡状态下的零序电压成份不存在于三相三线系统中，而在三相四线系统亦可通过变压器中点不接地来消除零序电压成份的影响。所以，三相不平衡电压中的负序电压成份相对而言影响较大，会在用电负载中引起工作问题。一旦产生较大幅度的负序电压成份，电网将会对电机负载，电力电子变换器等用电系统造成影响，例如损耗加大、工作异常甚至停止运行。
虽然一些并网用电系统通过从自身装置的控制改进出发以加强对电网电压不平衡的应对能力，但是很少有系统主动对电网电压不平衡进行补偿。近些年来，基于电力电子变换器的并网逆变器在小型电网中将起到一个较为重要的角色，不仅提供当地用电负载所需的电能，同时也参与对电能质量的改善。一种基于并网逆变器对网内电流谐波成份进行分布式补偿的方法被加入到并网发电系统的整体控制当中，但是没有考虑对负序电压的补偿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可选择并且易集成到并网逆变器的电压不平衡补偿方法，实现并网逆变器在保证电能传输的同时兼具对三相不平衡电压中的负序成份进行补偿的补偿方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)利用三相电压传感器采样电网电压信号Ua,b,c，经过abc/αβ坐标变换后得到静止坐标系下的电压信号Uα,β；
(b)将得到的静止坐标系下的Uα,β经对称序列解耦分解得到正序电压成份U+ α, β和负序电压成份U- α, β；
(c)将得到的负序电压成份U- α, β经过负序输出导纳下滑控制器处理得到V- α, β。输出导纳下滑控制器的具体实施包括负序电压幅值计算和负序输出导纳控制计算公式；
(d)将输出导纳下滑控制器所得到的V- α, β根据电网传输线阻抗角进行相位偏移得到负序电流参考信号I- α, β-；
(e)将序电流参考信号I- α, β-和并网逆变器常规控制中所得到正序电流参考信号I+* α, β进行求和得到最后的电流参考信号I* α, β；
(f)将得到的电流参考信号I* α, β送至逆变器电流控制器，其控制输出信号经αβ/abc坐标变换和PWM调制后，得到驱动信号Sa,b,c送至控制三相逆变桥的开关驱动模块。
所述步骤（f）所得的电流参考信号的幅值低于设定的逆变器允许电流值。
本发明所提供的检测方法的有益效果为：本发明可以简单的被加入到并网逆变器的现有的输出电流控制器中，无需增加硬件成本，可以同电网电压平衡情况下的功率控制独立开来，采用了本发明的负序电压补偿功能的分布式并网逆变器可以根据自身的功率等级和公共连接点电压的负序成份情况共同协作对所连接的同一交流母线上的负序电压进行补偿。 
附图说明
图1 基于多重分布式并网逆变器渗透下的电网系统框图；
图2 并网逆变器拓扑结构；
图3 负序电压补偿方法的控制框图；
图4 负序输出导纳下滑控制方法。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明内容进行进一步的说明：
图1 是基于多重分布式并网逆变器渗透下的电网系统框图，包括等效上游电网电压及线路阻抗1，分布式并网逆变器2和传输线阻抗3。
图2 是并网逆变器拓扑结构，本发明内容所涉及到的并网逆变器，由输出滤波器4，三相全桥逆变单元5和提供直流供电的前级能源及变换器单元6组成，并网逆变器2可采用三相全桥逆变电路或三相半桥逆变电路。
图3 是基于图2中的并网逆变器进行负序电压补偿方法的控制框图，具体实施步骤如下：
（a）    利用三相电压传感器采样电网电压信号Ua,b,c，经过abc/αβ坐标变换7后得到静止坐标系下的电压信号Uα,β；
（b）    将得到的静止坐标系下的Uα,β经对称序列解耦分解8得到正序电压成份U+ α, β和负序电压成份U- α, β。序列结构分解的具体方法可采用静止坐标系下的对称序列检测方法，如四分之一工频周期（T/4）延时法或二阶通用积分器（Second Order Generalized Integrator, SOGI）；
（c）    将得到的负序电压成份U- α, β经过负序输出导纳下滑控制器9处理得到V- α, β。输出导纳下滑控制器9的具体实施如图4所示，包括负序电压幅值计算14和负序输出导纳控制15。其中负序电压幅值计算14如公式（Ｅ1）所示：
 （Ｅ1），
负序输出导纳下滑控制15的计算公式如（Ｅ2）所示：
Figure 886007DEST_PATH_IMAGE002
  （Ｅ2），
其中下滑增益系数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
， 。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是需补偿的目标电网不平衡情况下的最大负序电压幅值， 
Figure 707519DEST_PATH_IMAGE006
是根据逆变器的自身容量而设定的用于电压不平衡补偿功能的最大允许电流幅值；
（d）    将图4中或图2中输出导纳下滑控制器9所得到的V- α, β根据电网传输线阻抗角
Figure DEST_PATH_IMAGE007
进行相位偏移10得到负序电流参考信号I- α, β-，相位偏移的数学表达式以复数形式表征如（Ｅ3）所示：
Figure 673201DEST_PATH_IMAGE008
 （Ｅ3）；
（e）    将序电流参考信号I- α, β-和并网逆变器常规控制中，例如功率控制计算所得到正序电流参考信号I+* α, β进行求和得到最后的电流参考信号I* α, β；
（f）    将得到的电流参考信号I* α, β送至逆变器电流控制器11，其控制输出信号经αβ/abc坐标变换12和PWM调制13后，得到驱动信号Sa,b,c送至控制三相逆变桥5的开关驱动模块。电流控制器11的具体实施是基于对所得到的电流参考信号I* α, β进行闭环控制，所采用的补偿器是已经公开使用的控制器，即静止坐标系下的比例加谐振控制器（Proportional Resonant Controller），可以直接对不对称信号进行调节，从而避免进行同步旋转坐标系下的控制器设计。
进一步对步骤内容的限定：步骤（f）所得的电流参考信号的幅值低于设定的逆变器允许电流值。
本发明所提出的方法实现了功能模块化，在不增添任何新硬件的基础上可以简单地添加到现有的基于输出电流控制的并网逆变器控制系统中对所连接电网进行负序电压的不平衡补偿。本发明是一种简单有效的分布式补偿方法，通过对同一交流母线上的众多分布式并网逆变器实施同样的控制方法可以实现自动的根据自身功率容量进行对应的负序电压补偿，从而最大程度上的改善电能质量。

Claims (2)

1.一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)利用三相电压传感器采样电网电压信号Ua,b,c，经过abc/αβ坐标变换（7）后得到静止坐标系下的电压信号Uα,β；
(b)将得到的静止坐标系下的Uα,β经对称序列解耦分解（8）得到正序电压成份U+ α, β和负序电压成份U- α, β；
(c)将得到的负序电压成份U- α, β经过负序输出导纳下滑控制器（9）处理得到V- α, β，
输出导纳下滑控制器（9）的具体实施包括负序电压幅值计算（14）和负序输出导纳控制计算（15）；
(d)将输出导纳下滑控制器（9）所得到的V- α, β根据电网传输线阻抗角进行相位偏移（10）得到负序电流参考信号I- α, β-；
(e)将负序电流参考信号I- α, β-和并网逆变器常规控制中所得到正序电流参考信号I+* α, β进行求和得到最后的电流参考信号I* α, β；
(f)将得到的电流参考信号I* α, β送至逆变器电流控制器（11），其控制输出信号经αβ/abc坐标变换（12）和PWM调制（13）后，得到驱动信号Sa,b,c送至控制三相逆变桥（5）的开关驱动模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式并网逆变器的三相负序电压补偿方法，其特征在于：所述步骤（f）所得的电流参考信号的幅值低于设定的逆变器允许电流值。
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