CN103269086A - 光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法，其特征在于按照以下步骤进行：通过对电网电压和电流检测获取三相电压瞬时值和三相电流瞬时值。通过同步锁相单元处理得到输出信号为电网电压同步相位角正余弦和输出信号为电流同步相位角正余弦值，将得到的四个电压正负序分量和四个电流正负序分量以及根据光伏电池板输出功率大小所设定的四个电流正负序分量给定值通过电流控制单元得到逆变器的三相参考电压并且与双极性三角载波信号通过PWM波发生单元得到三相逆变器对应的PWM开关信号实现对光伏逆变器的低电压穿越控制。本发明方法简单可靠，实用性强。

Description

光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法

技术领域

本发明属于智能电网电压控制技术领域，涉及光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法。

背景技术

随着光伏并网发电系统装机容量的逐年上升，当电网电压不平衡或交流系统发生不对称故障时换流站的交直流两侧会产生大量的负序分量和非特征谐波，这些谐波分量轻者会引起系统故障保护动作，重者会严重威胁换流装置的安全，危及三相电网的稳定性及可靠性。因此，当电网发生短路故障导致电压跌落时，需要解决如何采取相应的控制技术，保证并网发电装置在电压跌落过程中的允许时间内持续并网，从而避免电网故障的进一步恶化的问题。目前应用于光伏并网逆变器的低电压穿越控制方法，主要分为功率控制与电流控制两类，两类方法都首先需要计算三相电压及三相电流中的正序与负序分量，然后代入相应的控制器实现低电压穿越。无中线电力系统的三相电量正负序分量分离方法主要有两大类：一是滤波器消除二次谐波法，将三相电量，电压或电流变换到正序和负序同步旋转坐标系下，采用低通滤波器、或带通滤波器、或陷波器消除二次谐波成分，从而得到直流的正序与负序分量，这种方法因为滤波器会降低系统控制带宽，存在固有延时，对原系统的稳定性及控制性能有一定影响；二是四分之一基波电量周期延时法，该算法将三相电量变换到静止坐标系下，通过四分之一周期延时以及相应运算得到正序与负序分量。但是以上方法的实现过程相对复杂，软件算法的计算量大。

发明内容

本发明的目的在提供光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法，避免了在三相电网出现电压跌落或瞬时短路故障时，造成光伏并网逆变器电流过大、电网频率异常的问题。

本发明的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：通过三相电压检测单元对电网电流经过变压器输出后的三相电网电压进行检测，从而获取三相电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)；

步骤2：通过三相电流检测单元对电网输入的三相电流进行检测，获取三相电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；

步骤3：将步骤1中获取的三相电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)通过同步锁相单元处理得到输出信号为电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))和输出信号为电流同步相位角正弦值sin(θ_i(k))与电流同步相位角余弦值cos(θ_i(k))；

步骤4：将步骤3中得到的电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))，和步骤1中得到的三个电网电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)通过电压正序负序分量提取单元提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电压正序分量e⁺ _d(k)、q轴电压正序分量e⁺ _q(k)、d轴电压负序分量e^- _d(k)、q轴电压负序分量e^- _q(k)；

步骤5：将步骤3中得到的电流同步相位角正余弦值sin(θ_i(k))与电流同步相位角余弦值cos(θ_i(k))，和步骤2中得到的三相电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)通过电流正序负序分量提取单元提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电流正序分量i⁺ _d(k)、q轴电流正序分量i⁺ _q(k)、d轴电流负序分量i^- _d(k)、q轴电流负序分量i^- _q(k)；

步骤6：将步骤4中得到的四个电压正负序分量e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)和步骤5中得到四个电流正负序分量i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)、以及根据光伏电池板输出功率大小所设定的四个电流正负序分量给定值i⁺ _d ^*、i⁺ _q ^*、i^- _d ^*、i^- _q ^*通过电流控制单元得到逆变器的三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*；

步骤7：将步骤6中得到的逆变器的三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*与双极性三角载波信号通过PWM波发生单元得到三相逆变器对应的PWM开关信号，当电网出现低电压故障时，此PWM开关信号实现对光伏逆变器的低电压穿越控制。

本发明的特点还在于电压正序负序分量提取单元和所述电流正序负序分量提取单元的单独执行过程由以下步骤组成：

步骤1）：通过三相电量输入单元将检测到的三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)输入给正负序同步旋转变换单元，三相电量指三相电压或三相电流，当x=e时，x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表所述三相电压检测单元检测到的三相电压e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，当x=i时，x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表所述三相电流检测单元检测到的三相电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；

步骤2）：通过同步角正余弦量输入单元将同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))分别输入给正负序同步旋转变换单元和两倍同步角正余弦计算单元，若x=e，则同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))为所述同步锁相单元中得到的电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))，若x=i，则同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))为所述同步锁相单元中得到的电流同步相位角正弦值sin(θi(k))与电流同步相位角余弦值cos(θi(k))；

步骤3）：将步骤1）中得到的三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)和步骤2）中得到的同步角正弦值sin(θ_x(k))、同步角余弦值cos(θ_x(k))通过正负序同步旋转变换单元得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺ _d1(k)、负序分量x⁺ _q1(k)以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^- _d1(k)、负序分量x^- _q1(k)；

步骤4）：将步骤2）中得到的同步角正弦值sin(θ_x(k))、同步角余弦值cos(θ_x(k))通过两倍同步角正余弦计算单元计算出两倍同步相位角的正弦值sin(2θ_x(k))、余弦值cos(2θ_x(k))；

步骤5）：将步骤3）中得到的两倍电网频率脉动的正、负序分量x⁺ _d1(k)、x⁺ _q1(k)、x^- _d1(k)、x^- _q1(k)，以及步骤4）中得到的两倍同步相位角的正弦值sin(2θ_x(k))、两倍同步相位角的余弦值cos(2θ_x(k))、和d轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _d2(k)、q轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _q2(k)、d轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _d2(k)、q轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _q2(k)，通过迭代法分离正负序分量单元计算出只有直流成分的正负序分量x⁺ _d(k)、x⁺ _q(k)、x^- _d(k)、x^- _q(k)，再通过四组正负序分量输出单元输出给所述电流控制单元，当x=e时，e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)即为提供给所述电流控制单元的四个电压正负序分量，当x=i时，i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)即为提供给所述电流控制单元的四个电流正负序分量。

本发明的有益效果是根据检测到的三相电网电压与电流，采用基于滑动窗口滤波的迭代法，提取三相电压与电流的正负序分量，设计电流控制器，分别对并网电流的正序分量与负序分量进行控制，当三相电网出现电压跌落或瞬时短路故障时，有效实现了并网逆变器的低电压穿越控制，该方法简单可靠，实用性强。

附图说明

图1是本发明的整体实施流程图；

图2是本发明使用环境图；

图3是本发明的电压正序负序分量提取单元和电流正序负序分量提取单元实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，电压正序负序分量提取单元的输入端分别与三相电压检测单元的输出端、同步锁相单元的输出端连接；电流正序负序分量提取单元的输入端分别与三相电流检测单元的输出端、同步锁相单元的输出端连接；同步锁相单元的输入端分别与三相电压检测单元的输出端、同步锁相单元的两个输出端连接；电流控制单元的输入端分别与电压正序负序分量提取单元的输出端、电流正序负序分量提取单元的输出端连接，电流控制单元的输入端还连接d轴电流正序分量给定、q轴电流正序分量给定、d轴电流负序分量给定、q轴电流负序分量给定；PWM波发生单元的输入端分别与电流控制单元的输出端以及双极性三角载波连接。

三相电压检测单元，用于检测获取三相电网电压的三个相电压瞬时值；三相电流检测单元，用于检测获取逆变器输出的三相电流瞬时值；同步锁相单元，用于同步跟踪并锁定三相电网电压的相位，获取三相电网电压相角的正余弦值以及变压器原边电流相角的正余弦值；电压正序负序分量提取单元，用于根据三相电压瞬时值、三相电压相角的正余弦值以及相应公式，通过滑窗滤波以及迭代算法提取出三相电压在dq坐标系下的d轴正序分量、q轴正序分量、d轴负序分量、q轴负序分量；电流正序负序分量提取单元，用于根据三相电流瞬时值、三相电流相角的正余弦值以及相应公式，通过滑窗滤波以及迭代算法提取出三相电流在dq坐标系下的d轴正序分量、q轴正序分量、d轴负序分量、q轴负序分量；电流控制单元，用于根据电压的四组dq轴正负序分量、电流的四组dq轴正负序分量、给定的四组dq轴正负序分量，结合相应数学模型，计算三相参考电压；PWM波发生单元，用于根据三相参考电压以及双极性三角载波，生成三相桥臂的PWM开关信号。

图1中各个单元的工作流程及配合过程如下：如图1所示三相电压检测单元，用于对图2中三相电网电压a、b、c进行检测，且a、b、c为三相对称的正弦电压，即a相超前b相120°，b相超前c相120°，c相超前a相120°，从而获取a相电压瞬时值e_a(k)、b相电压瞬时值e_b(k)、c相电压瞬时值e_c(k)，其中，k表示第k次采样，且k=0，1，2，…；

三相电流检测单元，用于对图2中流入变压器原边TA端、TB端、TC端的三相电流进行检测，从而获取变压器原边三相电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；

同步锁相单元，用于将三个相电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，通过公式：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\left(k\right)\\ e_q\left(k\right)\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_e\left(k\right)\right)& \sin \left({\mathrm{\θ}}_e\left(k\right)\right)\\ -\sin \left({\mathrm{\θ}}_e\left(k\right)\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_e\left(k\right)\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& \sqrt{3}/2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{e}_a\left(k\right)\\ e_b\left(k\right)\\ e_c\left(k\right)\end{array}\right]$

变换到两相同步旋转dq坐标系下的直流分量e_d(k)、e_q(k)，根据上式存在如下结论：当e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)为确定值时，在0～2π的相角区间内总存在一个确定的相位角θ_e(k)，代入上式可以使得e_d(k)=0，因此当e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)按照三相对称的正弦规律变化时，也存在对应连续变化的相位角θ_e(k)，使得e_d(k)恒等于零，此时得到的相位角θ_e(k)即为电网电压的同步相位角；反之，通过调节相位角θ_e(k)，使得e_d(k)恒等于零，也就得到了电网电压的同步相位角，这个过程称为实现了同步锁相。

同步锁相单元有四路输出端，其中输出信号为电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与余弦值cos(θ_e(k))的两路输出端，用于连接电压正序负序分量提取单元的输入端；另外两路输出信号为电流同步相位角的正余弦值sin(θ_i(k))与cos(θ_i(k))，这两路输出端用于连接电流正序负序分量提取单元的输入端。θ_i(k)与θ_e(k)的关系如下公式所示，δ_T为变压器T原边与副边电压的相位差。公式为：θ_i(k)＝θ_e(k)+δ_T。

电压正序负序分量提取单元，用于根据三个电网电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，电网电压相位角正余弦值sin(θ_e(k))、cos(θ_e(k))，以及正负序变换公式，通过基于迭代算法的滑窗滤波，提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电压正序分量e⁺ _d(k)、q轴电压正序分量e⁺ _q(k)、d轴电压负序分量e^- _d(k)、q轴电压负序分量e^- _q(k)，正负序变换公式以及基于迭代算法的滑窗滤波过程，在图3中进行了详细描述，图3中“三相电量”包含“三相电压”，也指代“三相电流”；电流正序负序分量提取单元，用于根据三个电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)，电流相位角正余弦值sin(θ_i(k))、cos(θ_i(k))，以及正负序变换公式，通过基于迭代算法的滑窗滤波，提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电流正序分量i⁺ _d(k)、q轴电流正序分量i⁺ _q(k)、d轴电流负序分量i^- _d(k)、q轴电流负序分量i^- _q(k)，正负序变换公式以及基于迭代算法的滑窗滤波过程，在图3中进行了详细描述，图3中“三相电量”包含“三相电流”，也指代“三相电压”；

电流控制单元，用于根据电压正序负序分量提取单元输出的四个电压正负序分量e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)，电流正序负序分量提取单元输出的四个电流正负序分量i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)，以及根据电流控制目标设定好的四个电流正负序分量给定值i⁺ _d ^*、i⁺ _q ^*、i^- _d ^*、i^- _q ^*，首先经过公式

$\left\{\begin{array}{c}{v^{+}}_d\left(k\right)=\frac{L}{T_c}({{i^{+}}_d}^{*}-{i^{+}}_d\left(k\right))-\mathrm{\ω}{{\mathrm{Li}}^{+}}_q\left(k\right)++{{\mathrm{Ri}}^{+}}_d\left(k\right)+{e^{+}}_d\left(k\right)\\ {v^{+}}_q\left(k\right)=\frac{L}{T_c}({{i^{+}}_q}^{*}-{i^{+}}_q\left(k\right))+\mathrm{\ω}{{\mathrm{Li}}^{+}}_d\left(k\right)+{{\mathrm{Ri}}^{+}}_q\left(k\right)+{e^{+}}_q\left(k\right)\\ {v^{-}}_d\left(k\right)=\frac{L}{T_c}({{i^{-}}_d}^{*}-{i^{-}}_d\left(k\right))-\mathrm{\ω}{{\mathrm{Li}}^{-}}_q\left(k\right)+{{\mathrm{Ri}}^{-}}_d\left(k\right)+{e^{-}}_d\left(k\right)\\ {v^{-}}_q\left(k\right)=\frac{L}{T_c}({{i^{-}}_q}^{*}-{i^{-}}_q\left(k\right))+\mathrm{\ω}{{\mathrm{Li}}^{-}}_d\left(k\right)+{{\mathrm{Ri}}^{-}}_q\left(k\right)+{e^{-}}_q\left(k\right)\end{array}\right.$

其中，T_C为采样周期，R为线路等效电阻、L为滤波电感、ω为电网角频率。分别得到三相参考电压在dq旋转坐标系下的d轴参考电压正序分量v⁺ _d(k)、q轴参考电压正序分量v⁺ _q(k)、d轴参考电压负序分量v^- _d(k)、q轴参考电压负序分量v^- _q(k)，然后经过公式

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d\left(k\right)={v^{+}}_d\left(k\right)+{v^{-}}_d\left(k\right)\\ u_q\left(k\right)={v^{+}}_q\left(k\right)+{v^{-}}_q\left(k\right)\end{array}\right.$

对d轴与q轴的正负序分量分别求和得到逆变器三相参考电压的d轴分量u_d(k)、q轴分量u_q(k)，再对u_d(k)、u_q(k)进行公式

$\left[\begin{array}{c}{u_a}^{*}\\ {u_b}^{*}\\ {u_c}^{*}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -1/2& \sqrt{3}/2\\ -1/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_i\left(k\right)\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_i\left(k\right)\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_i\left(k\right)\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_i\left(k\right)\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{u}_d\left(k\right)\\ u_q\left(k\right)\end{array}\right]$

所示的两相旋转坐标系到三相静止坐标系的反变换后，得到逆变器的三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*。

PWM波发生单元，将三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*分别与双极性三角载波信号相交即得到三相逆变器三个桥臂对应的PWM开关信号。此PWM开关信号就包含了当电网出现低电压故障时，最终实现对光伏逆变器的低电压穿越控制。达到了本发明的目的。

图3所示是电压正序负序分量提取单元与电流正序负序分量提取单元的统一实施步骤示意图。

其中，正负序同步旋转变换单元的输入端分别与三相电量输入单元的输出端、同步角正余弦两输入单元的输出端连接；两倍同步角正余弦计算单元的输入端与同步角正余弦两输入单元的输出端连接；迭代法正负序分量分离单元的输入端分别与正负序同步旋转变换单元的输出端、两倍同步角正余弦计算单元的输出端、d轴正序分量滑窗滤波单元的输出端、q轴正序分量滑窗滤波单元的输出端、d轴负序分量滑窗滤波单元的输出端、q轴负序分量滑窗滤波单元的输出端连接；迭代法正负序分量分离单元的输出端分别与四组正负序分量输出单元的输入端、d轴正序分量滑窗滤波单元的输入端、q轴正序分量滑窗滤波单元的输入端、d轴负序分量滑窗滤波单元的输入端、q轴负序分量滑窗滤波单元的输入端连接。

三相电量输入单元，用于将检测到的三相电压、或三相电流输入给正负序同步旋转变换单元；同步角正余弦量输入单元，用于将与三相电量输入单元对应的同步角正余弦值，输入给正负序同步旋转变换单元、两倍同步角正余弦计算单元，若三相电量输入单元的三路信号为三相电压，则同步角正余弦量输入单元的两路信号为电压同步角正余弦值，若三相电量输入单元的三路信号为三相电流，则同步角正余弦量输入单元的两路信号为电流同步角正余弦值；

正负序同步旋转变换单元，用于根据三相电量以及对应同步相角的正余弦值，结合相应公式进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正负序分量、负序旋转坐标系下两倍电网频率脉动的正负序分量；两倍同步角正余弦计算单元，用于计算两倍同步角对应的正弦值与余弦值；

迭代法正负序分量分离单元，用于根据正、负序旋转坐标系下两倍电网频率脉动的正负序分量，以及对应的两倍同步角正余弦值，代入相应公式，并采用迭代法分离出直流的正负序分量；

d轴正序分量滑窗滤波单元，对d轴正序分量根据相应公式，进行滑窗滤波；

q轴正序分量滑窗滤波单元，对q轴正序分量根据相应公式，进行滑窗滤波；

d轴负序分量滑窗滤波单元，对d轴负序分量根据相应公式，进行滑窗滤波；

q轴负序分量滑窗滤波单元，对q轴负序分量根据相应公式，进行滑窗滤波；

四组正负序分量输出单元，用于标识四组输出已经分离出的、只含有直流量的正负序分量。

图3中各个单元的工作流程及配合过程如下：

三相电量输入单元，用于将检测到的三相电量输入给正负序同步旋转变换单元，其中，三相电量指代三相电压或三相电流，三相电量用x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)表示，当x=e时x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表单元检测到的三相电压e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，当x=i时x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表单元检测到的三相电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；同步角正余弦量输入单元，用于将与三相电量输入单元对应的同步角正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))，输入给正负序同步旋转变换单元、两倍同步角正余弦计算单元，sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))的下标x与三相电量对应，若为电压x=e，若为电流x=i。所述“与三相电量输入单元对应的同步角正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))”，指若三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)为三相电压e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)时，则同步角正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))对应同步锁相单元中得到的电压同步相位角的正余弦值sin(θ_e(k))、cos(θ_e(k))，若三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)为三相电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)时，则同步角正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))对应同步锁相单元中得到的电流同步相位角的正余弦值sin(θ_i(k))、cos(θ_i(k))；

正负序同步旋转变换单元，用于根据三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)以及对应同步相角的正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))，经过公式

$\left\{\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{x^{+}}_{d1}\left(k\right)\\ {x^{+}}_{q1}\left(k\right)\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ \sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_a\left(k\right)\\ x_b\left(k\right)\\ x_c\left(k\right)\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{x^{-}}_{d1}\left(k\right)\\ {x^{-}}_{q1}\left(k\right)\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)& \sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ -\sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)& \cos \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_a\left(k\right)\\ x_b\left(k\right)\\ x_c\left(k\right)\end{array}\right]\end{array}\right.$

分别进行正序旋转变换与负序旋转变换，得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正、负序分量x⁺ _d1(k)、x⁺ _q1(k)，以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正、负序分量x^- _d1(k)、x^- _q1(k)。

两倍同步角正余弦计算单元，用于根据同步相位角的正余弦值sin(θ_x(k))、cos(θ_x(k))，经过公式

$\left\{\begin{array}{c}\sin \left(2{\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)=2\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ \cos \left(2{\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)=\cos {\left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)}^2-{\sin \left({\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)}^2\end{array}\right.$

计算两倍同步相位角的正余弦值sin(2θ_x(k))、cos(2θ_x(k))；

迭代法分离正负序分量单元，用于根据包含两倍电网频率脉动的正、负序分量x⁺ _d1(k)、x⁺ _q1(k)、x^- _d1(k)、x^- _q1(k)，以及两倍同步相位角的正余弦值sin(2θ_x(k))、cos(2θ_x(k))，经过公式

$\left\{\begin{array}{c}{x^{+}}_d\left(k\right)={x^{+}}_{d1}\left(k\right)-{x^{-}}_{d2}\left(k\right)\·\cos \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)-{x^{-}}_{q2}\left(k\right)\·\sin \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ {x^{+}}_q\left(k\right)={x^{+}}_{q1}\left(k\right)+{x^{-}}_{d2}\left(k\right)\·\sin \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)-{x^{-}}_{q2}\left(k\right)\·\cos \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ {x^{-}}_d\left(k\right)={x^{-}}_{d1}\left(k\right)-{x^{-}}_{d2}\left(k\right)\·\cos \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)+{x^{-}}_{q2}\left(k\right)\·\sin \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\\ {x^{-}}_q\left(k\right)={x^{-}}_{q1}\left(k\right)-{x^{-}}_{d2}\left(k\right)\·\sin \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)-{x^{-}}_{q2}\left(k\right)\·\cos \left({2\mathrm{\θ}}_x\left(k\right)\right)\end{array}\right.$

采用迭代算法计算出只有直流成分的正负序分量x⁺ _d(k)、x⁺ _q(k)、x^- _d(k)、x^- _q(k)，其中，x⁺ _d2(k)、x⁺ _q2(k)、x^- _d2(k)、x^- _q2(k)分别为滑窗滤波单元的输出信号，其输入信号来自d轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _d2(k)、q轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _q2(k)、d轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _d2(k)、q轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _q2(k)，见图3，d轴正序分量滑窗滤波单元，输入信号为d轴正序分量x⁺ _d(k)，输出信号为d轴正序分量滤波后的值x⁺ _d2(k)，采用滑动窗口滤波法对d轴正序分量x⁺ _d(k)，进行滑窗滤波得到滤波后的值x⁺ _d2(k)，如公式

${x^{+}}_{d2}\left(k\right)=[\underset{j=k-N}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x^{+}}_d\left(j\right)-{x^{+}}_d(k-1)]/N$

所示，k=N，N+1，…，x⁺ _d(j)为第j次采样时刻的d轴正序分量，且j=k-N，k-N+1，k-N+2，…，k，x⁺ _d(k-1)为第(k-1)次采样时刻的d轴正序分量。

q轴正序分量滑窗滤波单元，输入信号为q轴正序分量x⁺ _q(k)，输出信号为q轴正序分量滤波后的值x⁺ _q2(k)，采用滑动窗口滤波法对q轴正序分量x⁺ _q(k)，进行滑窗滤波，得到滤波后的值x⁺ _q2(k)，如下公式所示，

${x^{+}}_{q2}\left(k\right)=[\underset{j=k-N}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x^{+}}_q\left(j\right)-{x^{+}}_q(k-1)]/N;$

d轴负序分量滑窗滤波单元，输入信号为d轴负序分量x^- _d(k)，输出信号为d轴负序分量滤波后的值x^- _d2(k)，采用滑动窗口滤波法对d轴负序分量x^- _d(k)，进行滑窗滤波，得到滤波后的值x^- _d2(k)，如下公式所示，

${x^{-}}_{d2}\left(k\right)=[\underset{j=k-N}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x^{-}}_d\left(j\right)-{x^{-}}_d(k-1)]/N;$

q轴负序分量滑窗滤波单元，输入信号为q轴负序分量x^- _q(k)，输出信号为q轴负序分量滤波后的值x^- _q2(k)，采用滑动窗口滤波法对q轴负序分量x^- _q(k)，进行滑窗滤波，得到滤波后的值x^- _q2(k)，如下公式所示，

${x^{-}}_{q2}\left(k\right)=[\underset{j=k-N}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x^{-}}_q\left(j\right)-{x^{-}}_q(k-1)]/N;$

四组正负序分量输出单元，用于输出已经分离出的、只含有直流量的正负序分量x⁺ _d(k)、x⁺ _q(k)、x^- _d(k)、x^- _q(k)。

图3所示完成了与单元输入的三相电量对应的四组正负序分量分离，并得到了单元输出的四组正负序分量。实际上图3是对单元与单元的统一化描述：输入为3路三相电压信号e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)与2路电压同步相位角正余弦值信号sin(θ_e(k))、cos(θ_e(k))，若要得到四组电压正负序分量e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)，则只需要将电量符号x替换为电压符号e，此时四组正负序分量输出单元的四组输出信号为电压正负序分量e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)，e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)即为电压正序负序分量提取单元的四组输出信号；同理，对于电流正序负序分量提取单元，输入为3路三相电流信号i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)与2路电流同步相位角正余弦值信号sin(θ_i(k))、cos(θ_i(k))，若要得到四组电流正负序分量i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)，则只需要将使用的电量符号x替换为电流符号i，此时四组正负序分量输出单元输出信号为电流正负序分量i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)，i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)即为四组输出信号。

Claims (2)

1.光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：通过三相电压检测单元对电网电流经过变压器输出后的三相电网电压进行检测，从而获取三相电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)；

步骤2：通过三相电流检测单元对电网输入的三相电流进行检测，获取三相电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；

步骤3：将步骤1中获取的三相电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)通过同步锁相单元处理得到输出信号为电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))和输出信号为电流同步相位角正弦值sin(θ_i(k))与电流同步相位角余弦值cos(θ_i(k))；

步骤4：将步骤3中得到的电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))，和步骤1中得到的三个电网电压瞬时值e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)通过电压正序负序分量提取单元提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电压正序分量e⁺ _d(k)、q轴电压正序分量e⁺ _q(k)、d轴电压负序分量e^- _d(k)、q轴电压负序分量e^- _q(k)；

步骤5：将步骤3中得到的电流同步相位角正弦值sin(θ_i(k))与电流同步相位角余弦值cos(θ_i(k))，和步骤2中得到的三相电流瞬时值i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)通过电流正序负序分量提取单元提取三相电压在dq旋转坐标系下的d轴电流正序分量i⁺ _d(k)、q轴电流正序分量i⁺ _q(k)、d轴电流负序分量i^- _d(k)、q轴电流负序分量i^- _q(k)；

步骤6：将步骤4中得到的四个电压正负序分量e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)和步骤5中得到四个电流正负序分量i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)、以及根据光伏电池板输出功率大小所设定的四个电流正负序分量给定值i⁺ _d ^*、i⁺ _q ^*、i^- _d ^*、i^- _q ^*通过电流控制单元得到逆变器的三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*；

步骤7：将步骤6中得到的逆变器的三相参考电压u_a ^*、u_b ^*、u_c ^*与双极性三角载波信号通过PWM波发生单元得到三相逆变器对应的PWM开关信号，当电网出现低电压故障时，此PWM开关信号实现对光伏逆变器的低电压穿越控制。

2.根据权利要求1所述光伏并网逆变器低电压穿越控制的正负序分量分离方法，其特征在于：步骤4中所述电压正序负序分量提取单元和步骤5中所述电流正序负序分量提取单元的单独执行过程由以下步骤组成：

步骤1）：通过三相电量输入单元将检测到的三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)输入给正负序同步旋转变换单元，三相电量指三相电压或三相电流，当x=e时，x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表所述三相电压检测单元检测到的三相电压e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，当x=i时，x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)代表所述三相电流检测单元检测到的三相电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)；

步骤2）：通过同步角正余弦量输入单元将同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))分别输入给正负序同步旋转变换单元和两倍同步角正余弦计算单元，若x=e，则同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))为所述同步锁相单元中得到的电网电压同步相位角正弦值sin(θ_e(k))与电网电压同步相位角余弦值cos(θ_e(k))，若x=i，则同步角正弦值sin(θ_x(k))和同步角余弦值cos(θ_x(k))为所述同步锁相单元中得到的电流同步相位角正弦值sin(θi(k))与电流同步相位角余弦值cos(θi(k))；

步骤3）：将步骤1）中得到的三相电量x_a(k)、x_b(k)、x_c(k)和步骤2）中得到的同步角正弦值sin(θ_x(k))、同步角余弦值cos(θ_x(k))通过正负序同步旋转变换单元得到正序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x⁺ _d1(k)、负序分量x⁺ _q1(k)以及负序旋转坐标系下包含两倍电网频率脉动的正序分量x^- _d1(k)、负序分量x^- _q1(k)；

步骤4）：将步骤2）中得到的同步角正弦值sin(θ_x(k))、同步角余弦值cos(θ_x(k))通过两倍同步角正余弦计算单元计算出两倍同步相位角的正弦值sin(2θ_x(k))、余弦值cos(2θ_x(k))；

步骤5）：将步骤3）中得到的两倍电网频率脉动的正、负序分量x⁺ _d1(k)、x⁺ _q1(k)、x^- _d1(k)、x^- _q1(k)，以及步骤4）中得到的两倍同步相位角的正弦值sin(2θ_x(k))、两倍同步相位角的余弦值cos(2θ_x(k))、和d轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _d2(k)、q轴正序分量滑窗滤波单元的输出信号x⁺ _q2(k)、d轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _d2(k)、q轴负序分量滑窗滤波单元的输出信号x^- _q2(k)，通过迭代法分离正负序分量单元计算出只有直流成分的正负序分量x⁺ _d(k)、x⁺ _q(k)、x^- _d(k)、x^- _q(k)，再通过四组正负序分量输出单元输出给所述电流控制单元，当x=e时，e⁺ _d(k)、e⁺ _q(k)、e^- _d(k)、e^- _q(k)即为提供给所述电流控制单元的四个电压正负序分量，当x=i时，i⁺ _d(k)、i⁺ _q(k)、i^- _d(k)、i^- _q(k)即为提供给所述电流控制单元的四个电流正负序分量。

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