CN103746550A - 一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法 - Google Patents

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陈宁
周飞
易頔
贾利民
雷涛
童亦斌
刘京斗
王恋
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Abstract

本发明涉及光伏并网发电技术领域，尤其涉及应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法技术领域，它实现对谐波电流的抑制，解决了现有光伏并网变流器输出电流含有大量谐波电流的问题。将采集的3相静止坐标系下的电压和电流量，经过坐标变换至2相旋转坐标系，在2相旋转坐标系下分别控制有功和无功分量，有功轴采用双闭环控制策略，外环控制直流电压，采用PI控制器，内环控制有功电流，采用PI并联谐振(PR)控制器；无功轴采用单闭环控制策略，控制光伏并网变流器的功率因数，采用PI并联谐振(PR)控制器。利用谐振控制器能零稳态误差的控制交流量的特点，抑制光伏并网变流器输出电流的谐波，进而降低光伏并网变流器滤波电路的成本。

Description

一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法
技术领域
本发明涉及光伏并网发电技术领域，尤其涉及应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法技术领域。
背景技术
光伏并网变流器的研制和控制方法的优化成为近年来光伏发电领域研究的热点，其控制方法的升级尤其得到关注。目前光伏并网变流器控制方法多采用坐标变换的方式，在2相旋转坐标系下采用PI控制器控制有功电流和无功电流。PI控制器对直流量能实现零稳态误差控制，实现基波电流的无静差调节。但是由于电网中含有谐波成分，谐波成分在2相旋转坐标下表现为交流量，PI控制器对交流量的控制存在稳态误差，使得光伏并网变流器输出电流中含有谐波，降低光伏并网变流器的整体性能，增加变流器的滤波成本。
发明内容
一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法，采用坐标变换的方式，在2相旋转坐标系下采用PI控制器控制有功电流和无功电流，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1，利用传感器采集光伏并网变流器交流输出端的三相交流电压                                               、、
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE006
和交流电流、、
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE012
，通过坐标变换将3相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换至2相旋转坐标系下的电压矢量、
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE016
和电流矢量
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE018
、；
   步骤S2，在2相旋转坐标系下，d轴有功轴采用双闭环控制策略，外环控制直流电压
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE022
，直流电压的给定和反馈作差后通过PI控制器输出，输出作为d轴电流环的给定，d轴电流环的反馈采用坐标变换后的d轴电流矢量
Figure 784100DEST_PATH_IMAGE018
，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保直流电压稳定和有功功率输出；
   步骤S3， q轴无功轴采用单闭环控制策略，按照光伏并网变流器功率因数要求给定q轴的电流给定；q轴电流环的反馈采用坐标变换后的q轴电流矢量，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保功率因数按照要求输出；
步骤S4，d轴和q轴电流环的输出再与坐标变换后的电压矢量
Figure 418660DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 751553DEST_PATH_IMAGE016
进行解耦，解耦后的电压矢量再采用空间矢量脉冲宽度调制算法计算光伏并网变流器开关器件的占空比，控制变流器输出。
利用3相静止坐标系下第3n+1次正序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量，以及3相静止坐标系下第3n-1次负序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量的特点，采用谐振频率为
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE024
的谐振控制器可同时抑制3n+1次正序谐波分量和3n-1次负序谐波分量。
在2相旋转坐标系下有功轴的电流环和无功轴的电流环均采用PI并联谐振控制器，其中谐振（PR）控制器传递函数为：
Figure 2013107207287100002DEST_PATH_IMAGE026
。
附图说明
图1为一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法控制框图。
图2为PI并联谐振(PR)控制器控制模型。
具体实施方式
   本发明的目的在于克服光伏并网变流器传统控制方法中无法抑制谐波电流的缺点而提出一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法。包括以下步骤：
   步骤S1，
如图1所示，利用传感器采集光伏并网变流器交流输出端的三相交流电压
Figure 503608DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 326071DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 593104DEST_PATH_IMAGE006
和交流电流
Figure 726758DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 395636DEST_PATH_IMAGE010
、，通过坐标变换将3相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换至2相旋转坐标系下的电压矢量、
Figure 755708DEST_PATH_IMAGE016
和电流矢量
Figure 279093DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 646620DEST_PATH_IMAGE020
，由于电网中除基波成分外还含有谐波成分，所以电压矢量和电流矢量中除直流量外还含有交流分量。根据坐标转换的原理：3相静止坐标系下的第3n+1（n=1,2,3…）次正序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量，3相静止坐标系下第3n-1（n=1,2,3…）次负序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量。
   步骤S2，
如图1所示，在2相旋转坐标系下，d轴有功轴采用双闭环控制策略，外环控制直流电压，直流电压的给定和反馈作差后通过PI控制器输出，输出作为d轴电流环的给定，d轴电流环的反馈采用坐标变换后的d轴电流矢量，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保直流电压稳定和有功功率输出。
   步骤S3，
如图1所示，q轴无功轴采用单闭环控制策略，按照光伏并网变流器功率因数要求给定q轴的电流给定。如图2所示，q轴电流环的反馈采用坐标变换后的q轴电流矢量，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保功率因数按照要求输出。
步骤S4，
如图1所示，d轴和q轴电流环的输出再与坐标变换后的电压矢量
Figure 79690DEST_PATH_IMAGE014
、进行解耦，解耦后的电压矢量再采用空间矢量脉冲宽度调制算法计算光伏并网变流器开关器件的占空比，控制变流器输出。在2相旋转坐标系下采用的谐振控制器，其谐振频率为
Figure 825109DEST_PATH_IMAGE024
（n=1,2,3…），可以抑制第3n+1次正序谐波和第3n-1次负序谐波，实现消除光伏并网变流器谐波的目的。
利用3相静止坐标系下第3n+1次正序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量，以及3相静止坐标系下第3n-1次负序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量的特点，采用谐振频率为
Figure 323086DEST_PATH_IMAGE024
的谐振控制器可同时抑制3n+1次正序谐波分量和3n-1次负序谐波分量。
在2相旋转坐标系下有功轴的电流环和无功轴的电流环均采用PI并联谐振控制器，其中谐振（PR）控制器传递函数为：
Figure 32416DEST_PATH_IMAGE026
。
本发明采用PI并联谐振控制器，一方面利用PI控制器对基波在2相旋转坐标系下的直流量进行零稳态误差控制，另一方面利用谐振控制器对谐波在2相旋转坐标系下的交流分量进行零稳态误差控制，实现对光伏并网变流器输出电流谐波的抑制效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法，采用坐标变换的方式，在2相旋转坐标系下采用PI控制器控制有功电流和无功电流，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1，利用传感器采集光伏并网变流器交流输出端的三相交流电压                                               
Figure 359147DEST_PATH_IMAGE002
、、
Figure 190017DEST_PATH_IMAGE006
和交流电流
Figure 303466DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 228697DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 390688DEST_PATH_IMAGE012
，通过坐标变换将3相静止坐标系下的交流电压和交流电流转换至2相旋转坐标系下的电压矢量
Figure 452185DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 674219DEST_PATH_IMAGE016
和电流矢量
Figure 86746DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 114744DEST_PATH_IMAGE020
；
    步骤S2，在2相旋转坐标系下，d轴有功轴采用双闭环控制策略，外环控制直流电压
Figure 234010DEST_PATH_IMAGE022
，直流电压的给定和反馈作差后通过PI控制器输出，输出作为d轴电流环的给定，d轴电流环的反馈采用坐标变换后的d轴电流矢量
Figure 423683DEST_PATH_IMAGE018
，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保直流电压稳定和有功功率输出；
    步骤S3， q轴无功轴采用单闭环控制策略，按照光伏并网变流器功率因数要求给定q轴的电流给定；q轴电流环的反馈采用坐标变换后的q轴电流矢量
Figure 323506DEST_PATH_IMAGE020
，给定和反馈作差后通过PI并联谐振控制器，确保功率因数按照要求输出；
步骤S4，d轴和q轴电流环的输出再与坐标变换后的电压矢量、进行解耦，解耦后的电压矢量再采用空间矢量脉冲宽度调制算法计算光伏并网变流器开关器件的占空比，控制变流器输出。
2.根据权利要求1所述的一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法，其特征在于:利用3相静止坐标系下第3n+1次正序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量，以及3相静止坐标系下第3n-1次负序谐波分量在2相旋转坐标系下表现为第3n次交流分量的特点，采用谐振频率为
Figure 427225DEST_PATH_IMAGE024
的谐振控制器可同时抑制3n+1次正序谐波分量和3n-1次负序谐波分量。
3.根据权利要求1所述的一种应用于光伏并网变流器的谐波抑制方法，其特征在于: 在2相旋转坐标系下有功轴的电流环和无功轴的电流环均采用PI并联谐振控制器，其中谐振（PR）控制器传递函数为：
Figure 814344DEST_PATH_IMAGE026
。
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