CN104578871B - 一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法 - Google Patents

一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，S01：在每个开关周期内，采样两个并联逆变器输出交流侧的三相电流和配电网侧三相电压；S02：对逆变器之间通路的电流进行坐标系的转换，得到在d,q轴的分量；S03：将配电网侧三相电压经过锁相环处理得到电压幅值Ud及配电网相角θ；S04：获得扰动三相不平衡通路电流ib和d,q轴分量ibd,ibq；S05：采样直流母线侧电压Udc，与系统直流侧电压给定值U* dc作差处理，经过PI调节作为电流的给定值i* d；S06：将ibd,ibq作为扰动不平衡电流，对其中一个逆变器进行外加扰动不平衡电流进行处理，另一个逆变器则不添加扰动；输出三组IGBT晶闸管对应相的占空比信息，触发对应相开关管控制并网逆变器的工作。调节快速且提高了供电可靠性。

Description

一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法
技术领域
本发明涉及一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法。
背景技术
新型城镇配电网是分布式电源的巨大载体，如何更加合理高效的利用分布式清洁能源，扩大接入容量及提高功率等级，已成为当前新能源分布式光伏发电领域研究的重点。太阳能光热发电、光伏发电等新能源的大量接入使得供电可靠性等需要更加关注，另外因电力电子器件本身的限制，分布式能源大量接入新型城镇配电网需要采用多逆变器并联的拓扑结构方式，而多逆变器的并联运行，势必会带来分布式电源接入新型城镇配电网可靠性的问题。
考虑到并网多逆变器并联运行控制系统带载非线性负荷、多逆变器交流侧输出电压之间输出功率不平衡，有学者提出了虚拟阻抗技术能够很好的应用到多逆变器并联系统中，根据反馈原理，经过合理的叠加虚拟阻抗，改变逆变器输出阻抗，使得输出呈阻性和感性的特征，并根据其特性重新设定下垂控制器，该方法在多逆变器并联均流及功率分配得到了高效的应用。
当多逆变器并联系统运行时，其中开关管高开关频率、含有谐波及非线性负载的新型城镇配电网等，都能够对多逆变器交流侧输出电压产生影响，使得多逆变器之间交流侧输出功率不平衡，在各个逆变器之间产生带有多次谐波的通路电流，影响各个逆变器之间输出功率，又因采用反馈控制的方法，存在调节滞后的缺点，此时如果使用虚拟阻抗技术，就无法很好实时的抑制多逆变器之间的输出功率不平衡、实现各个逆变器之间的均流及保证其系统调节的快速性，新型城镇配电网的供电可靠性大大降低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，采用前馈控制，依据扰动信号直接对被控制量进行调节控制，调节控制快速性好，解决分布式电源多逆变器并联系统存在反应滞后和均流差的问题，提高新型城镇配电网络的供电可靠性。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：在三相并网逆变器的每个开关周期内，采样两个并联逆变器输出交流侧的三相电流并计算两个逆变器之间通路的电流，采样配电网侧三相电压；
S02：对逆变器之间通路的电流分别先进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到逆变器之间通路的电流在α,β轴的分量，再进行两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换，得到逆变器之间通路电流在d,q轴的分量；
S03：将配电网侧三相电压经过锁相环处理得到电压幅值Ud及配电网相角θ；
S04：对步骤S01中采样的两个逆变器输出交流侧的三相电流的对应相进行作差处理并做1/2处理得到扰动三相不平衡通路电流ib，再进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到扰动不平衡电流的d,q轴分量为ibd,ibq；
S05：采样三相并网逆变器的直流母线侧电压Udc，与系统直流侧电压给定值作差处理，经过PI调节作为电流的给定值
S06：对两个并联逆变器进行下述操作：
A：对其中一个逆变器：
将ibd与电流给定值叠加后，与本逆变器交流侧输出电流的d轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，然后与ibq叠加后，与本逆变器交流侧输出电流的q轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
B：对另外一个逆变器：
将电流给定值与本逆变器交流侧输出电流的d轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，与本逆变器交流侧输出电流的q轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
C：对步骤A和步骤B得到的两相旋转坐标的值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标的转换；
D：将两相静止坐标系的值采用空间矢量控制法进行调制，输出三组IGBT晶闸管对应相的占空比信息，触发对应相开关管控制并网逆变器的工作。
根据自动控制原理，反馈控制发生作用的前提是系统中出现扰动信号并使得被控制量发生变化，进而导致调节器的输入侧的偏差信号发生变化，控制调节器启动改变输出的调节信号，抑制扰动对被控制量进行调节。由于反馈调节控制存在滞后于扰动的现象，反应调节慢。而本发明采用前馈控制恰恰克服了此缺点，依据扰动信号直接对被控制量进行调节控制，调节控制快速性好。
与当前现有的控制方法相比，有以下优点:
1)结合新型城镇的建设理念，采用前馈控制理论的思想，保证供电可靠性，反应快速性好，理论简洁清晰，容易控制和实现。
2)采用前馈控制方法，省去一些复杂控制器，对硬件设备要求低，减少了电流传感器，使得系统稳定性增强。
3)在新型城镇配电网中，增加了系统接入容量，促进分布式发电模块化的进程，减小系统的损耗。
本发明的有益效果是：采用前馈控制，依据扰动信号直接对被控制量进行调节控制，使得输出功率达到平衡的作用，调节控制快速性好，解决分布式电源多逆变器并联系统存在反应滞后和均流差的问题，提高新型城镇配电网络的供电可靠性。
附图说明
图1是三相并网逆变器并联系统的拓扑结构图及输出功率不平衡电流通路的流动路径图；
图2是本发明基于环路电流前馈补偿的三相并网逆变器并联系统抑制输出功率不平衡的控制方法。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
新型城镇配电网中多清洁能源采用分布式电源多逆变器并联技术，导致出现多逆变器交流侧输出功率不平衡的问题，如图1所示是两个三相并网逆变器并联系统的拓扑结构图。
图1中，两组三相全桥逆变电路组成三相并网逆变器的并联系统，每组逆变器全桥逆变结构采用经典的6个反并联二极管的拓扑结构。本系统中是分布式发电的模式，因此直流母线侧的电容器的结构也是分布式的，容易实现模块化管理，可以有N个分布式电源组成，为并联系统提供直流侧电压电流，但必须保证合理的出力特性，并联逆变器直流侧的储能电容C1，两组并网逆变器的直流侧的P,N分别连接在一起形成并联结构，第一个逆变器的交流侧输出端U1a,U1b,U1c与第二个逆变器的交流侧输出端U2a,U2b,U2c对应相连接，共同并入三相电网。后级交流侧，依据本系统可以使用LCL滤波结构，滤波效果好，图中为了绘制方便，未绘制该部分。R1,R2为滤波电感的等效阻抗，ea,eb,ec为三相配电网的A,B,C相。
针对三相系统的a相(b,c相的分析类似)进行分析，本发明拓扑结构中两个逆变器的环路通路分别为：
loop1：A-U1a-T11-P-N-T41-U1b-eb-O-A
loop2：A-U1a-T11-P-N-T42-U2b-eb-O-A
loop3：A-U2a-T12-P-N-T41-U1b-eb-O-A
loop4：A-U2a-T12-P-N-T42-U2b-eb-O-A
四个回路可能会导致交流侧输出功率不平衡，出力特性不同，导致系统不稳定，损坏器件。
一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，包括如下步骤：
S01：在三相并网逆变器的每个开关周期内，采样两个并联逆变器输出交流侧的三相电流并计算逆变器之间通路的电流，采样配电网侧三相电压。
在三相逆变器并联系统中，并网逆变器1的交流侧输出电流为i1a,i1b,i1c，并网逆变器2的交流侧输出电流为i2a,i2b,i2c，定义两个并网逆变器的之间通路的电流为ih(具体包括每相的iha,ihb,ihc)，则2ihx＝|i1x-i2x|(x＝a,b,c)。
采样配电网侧三相电压ea,eb,ec的实时值Ua,Ub,Uc。
S02：对逆变器之间通路的电流分别先进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到逆变器之间通路的电流在α,β轴的分量，后进行两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换，得到逆变器之间通路电流在d,q轴的分量。
对逆变器的之间通路的电流为ih(具体包括每相的iha,ihb,ihc)可以使用Clarke变换进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到两个逆变器通路之间电流α,β轴的分量为i1α,i1β,i2α,i2β。再经过两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换，得到两个逆变器通路之间电流d,q轴的分量为i1d,i1q,i2d,i2q。
S03：将配电网侧三相电压经过锁相环处理得到电压幅值Ud及配电网相角θ。即将Ua,Ub,Uc经过锁相环处理得到幅值Ud及配电网相角θ。
S04：对步骤S01中采样的两个逆变器输出交流侧的三相电流的对应相进行作差处理并做1/2处理得到扰动三相不平衡通路电流ib，再进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，比如利用Clarke变换，得到扰动不平衡电流的d,q轴分量为ibd,ibq。
S05：采样三相并网逆变器的直流母线侧电压Udc，与系统直流侧电压给定值作差处理，经过PI调节作为电流的给定值
S06：将扰动不平衡电流的d,q轴分量ibd,ibq作为扰动不平衡电流，对其中一个逆变器进行外加扰动不平衡电流进行处理，另一个逆变器则不添加扰动，假设对逆变器1外加扰动不平衡电流进行处理，其处理步骤如下：
A：将ibd与电流给定值叠加后，与逆变器1交流侧输出电流的d轴分量id1进行作差处理得到偏差值，最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，即然后与ibq叠加后，与本逆变器交流侧输出电流的q轴分量iq1进行作差处理，最后经PI控制器进行调节。
B：相对于逆变器1，逆变器2无扰动处理步骤，其处理步骤如下：
将电流给定值与逆变器2交流侧输出电流的d轴分量id2进行作差处理，
最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，即与逆变器2交流侧输出电流的q轴分量iq2进行作差处理，最后经PI控制器进行调节。
C：对步骤A和步骤B得到的两相旋转坐标的值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标的转换，比如利用Park变换。
D：将两相静止坐标系的值采用空间矢量控制法(SVPWM)进行调制，输出三组IGBT晶闸管对应相的占空比信息，触发对应相开关管控制并网逆变器的工作。从而对各个三相并网逆变器交流的输出电流进行控制，实现均流，抑制系统的输出功率不平衡。
在步骤S02中，利用Clarke变换对逆变器之间通路的电流分别进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，利用Park变换进行两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换。
该方法通过各个逆变器输出的交流侧三相电流计算出通路电流，经过三相坐标系到两相旋转坐标系的转换，得到对应坐标系通路电流的值作为前馈扰动，从而来补偿通路电流带来的输出功率不平衡对系统的影响，使得输出功率达到平衡的作用。结合新型城镇的建设理念，采用前馈控制理论的思想，保证供电可靠性。
与现有的反馈控制方法相比：
1)结合新型城镇的建设理念，采用前馈控制理论的思想，保证供电可靠性，反应快速性好，理论简洁清晰，容易控制和实现。
2)采用前馈控制方法，省去一些复杂控制器，对硬件设备要求低，减少了电流传感器，使得系统稳定性增强。
3)在新型城镇配电网中，增加了系统接入容量，促进分布式发电模块化的进程，减小系统的损耗。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：在三相并网逆变器的每个开关周期内，采样两个并联逆变器输出交流侧的三相电流并计算两个逆变器之间通路的电流，采样配电网侧三相电压；
S02：对逆变器之间通路的电流分别先进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到逆变器之间通路的电流在α,β轴的分量，再进行两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换，得到逆变器之间通路电流在d,q轴的分量；
S03：将配电网侧三相电压经过锁相环处理得到电压幅值Ud及配电网相角θ；
S04：对步骤S01中采样的两个逆变器输出交流侧的三相电流的对应相进行作差处理并做1/2处理得到扰动三相不平衡通路电流ib，再进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换，得到扰动不平衡电流的d,q轴分量为ibd,ibq；
S05：采样三相并网逆变器的直流母线侧电压Udc，与系统直流侧电压给定值 作差处理，经过PI调节作为电流的给定值
S06：对两个并联逆变器进行下述操作：
A：对其中一个逆变器：
将ibd与电流给定值叠加后，与本逆变器交流侧输出电流的d轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，然后与ibq叠加后，与本逆变器交流侧输出电流的q轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
B：对另外一个逆变器：
将电流给定值与本逆变器交流侧输出电流的d轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
令无功电流给定值等于0，与本逆变器交流侧输出电流的q轴分量进行作差处理，最后经PI控制器进行调节；
C：对步骤A和步骤B得到的两相旋转坐标的值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标的转换；
D：将两相静止坐标系的值采用空间矢量控制法进行调制，输出三组IGBT晶闸管对应相的占空比信息，触发对应相开关管控制并网逆变器的工作。
2.根据权利要求1所述的一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，其特征在于，在步骤S02中，利用Clarke变换对逆变器之间通路的电流分别进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换。
3.根据权利要求1所述的一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，其特征在于，在步骤S02中，利用Park变换进行两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的转换。
4.根据权利要求1所述的一种抑制逆变器并联系统输出功率不平衡的方法，其特征在于，在步骤S04中，利用Clarke变换进行三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换。
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