CN107666151A - 一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制。本发明为提高电网不平衡及电网背景谐波下电压源并网逆变器的运行性能，以静止坐标系下并网逆变器数学模型为基础，提出不平衡及谐波电网下并网逆变器的直接功率控制策略，实现输出功率平稳或输出电流平衡且正弦的两个独立的控制目标。所提控制策略使用降阶广义积分器实现对电网电压基频分量的快速准确提取，从而计算得到输出电流平衡且正弦控制目标下的功率参考补偿项。所提控制策略使用矢量比例积分谐振器实现对功率参考中波动分量的精确控制。

Description

一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制
所属技术领域
本发明涉及一种并网逆变器，尤其涉及一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制。
背景技术
近年来电压源并网逆变器(Voltage Source grid connected Inverter,VSI)因其具有电流正弦度高、有功功率和无功功率独立调节等优势，被广泛用于智能电网、分布式发电及高压直流输电系统。当电网电压含有不平衡及谐波分量时，传统控制策略下VSI将产生交流电流畸变且输出功率波动，进一步恶化了电网电压的不平衡度和增大了谐波含量，导致无法满足并网运行要求。
在不平衡及谐波电网下的VSI控制策略研究中，可以通过在同步旋转坐标系中使用矢量控制(Vector Control,VC)或直接功率控制(Direct Power Control,DPC)实现电流正弦或输出功率平稳。为了避免PLL对VSI在不平衡及谐波电网下动态响应的影响，基于静止坐标系的控制策略得到了广泛的研究与关注。
当考虑电网谐波分量时，以5、7次谐波为例，在静止坐标系下的VC中需要增加5、7倍频的谐振器以控制相应的谐波电流，而DPC只需要增加6倍频的谐振器用于控制功率波动。因此，不平衡及谐波电网下使用DPC增加的谐振器数量少，有利于简化系统的复杂性，更适用于VSI的高性能控制。此外，考虑到DPC不同控制目标下参考值计算较为简单，更适用于不平衡及谐波电网下VSI的高性能运行。
发明内容
为了克服不平衡及谐波电网电压情况下存在的难题，本发明提出一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出了不平衡及谐波电网下基于静止坐标系VSI的SVM-DPC策略。通过建立静止坐标系下VSI的DPC数学模型，以实现不平衡及谐波电网下的两个独立运行目标。一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制包括：并网逆变器电路、不平衡及谐波电网下直接功率控制、电网电压倍频正负序分量提取三个部分。
所述并网逆变器电路由六个带反并联二极管的IGBT组成的桥式电路构成；
所述不平衡及谐波电网下直接功率控制主要包括瞬时功率计算、功率参考计算、SVPWM三个部分。
所述电网电压倍频正负序分量提取是基于ROGI的基波正序分量提取法。
本发明的有益效果是：针对不平衡及谐波电网电压下运行的并网逆变器，提出了基于静止坐标系下DPC策略，实现了VSI输出电流正弦或功率平稳的控制目标。所提DPC策略中采用ROGI提取电网电压基波正序分量，避免了T/4延时法响应时间较慢和无法准确分离谐波的缺点，有效提高了动态响应能力。同时控制器具有较好的稳定性，且DPC策略具有优良的动、静态运行特性。
附图说明
图1并网逆变器电路
图2不平衡及谐波电网下直接功率控制框图
图3降阶广义积分器分离法框图
具体实施方案
图1中，三相VSI电路，电流参考方向从电网流向逆变器。图中，uga、ugb和ugc为电网电压，vga、vgb和vgc为逆变器交流侧电压，iga、igb和igc为三相电流，L、R分别为进线电抗器电感和电阻。由图1可得VSI在αβ静止坐标系下的数学模型为
式中，下标α、β表示在两相静止坐标系下α和β轴分量。
图2中，对电网电压和电流采样后经过静止坐标系Clarke变换得到ugα、ugβ和igα、igβ；通过计算得到VSI瞬时功率Pg、Qg；用ROGI提取电网电压的基波正序分量和用于计算功率参考补偿项Pgcom、Qgcom；Pgref、Qgref为VSI功率参考给定指令，一般为直流量；图中功率误差信号使用PI和VPI调节器分别进行控制，其中PI调节器用于控制功率误差直流分量，而VPI调节器用于抑制功率误差的倍频波动，这是一种基于零极点相消原理的谐振器，相比传统的PR控制器具有更好的稳定性。本发明选择两个独立控制目标：①VSI输出有功和无功功率平稳；②VSI输出电流平衡且正弦；用于改善VSI在不平衡及谐波电网电压下的运行性能。
本发明采用基于ROGI的基波正序分量提取方法，这是一种可用于分离倍频及正负序分量的滤波器。ROGI方法的准确性高、速度快，尤其适用于弱电网及故障电网下对电网电压或者电流的分离提取。
ROGI的连续域传递函数为：
式中，kωg代表k倍基波角频率，k可以为正数或者负数，正、负号用于区分相同倍频的正序和负序分量。
图3中，加入了基频正序负序分量、5次负序分量和7次正序分量对应的ROGI，从而可以提取出电网电压的各倍频正负序分量。图中，KROGI为增益系数，决定了ROGI法分离电网电压各倍频、正负序分量的速度。各倍频、正负序分量分离后要反馈到输入端，通过各倍频ROGI跟踪该误差信号，实现对各倍频、正负序分量的分离。

Claims (4)

1.一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制，其特征在于：包括并网逆变器电路、不平衡及谐波电网下直接功率控制、电网电压倍频正负序分量提取三个部分。
2.如权利要求1所述的基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制，其特征在于所述并网逆变器电路由六个带反并联二极管的IGBT组成的桥式电路构成。
3.如权利要求1所述的基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制，其特征在于所述不平衡及谐波电网下直接功率控制主要包括瞬时功率计算、功率参考计算、SVPWM三个部分。
4.如权利要求1所述的基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制，其特征在于所述电网电压倍频正负序分量提取是基于ROGI的基波正序分量提取法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110244123A (zh) * 2019-06-24 2019-09-17 国网江西省电力有限公司鹰潭供电分公司 一种基于线变关系识别装置的降阶广义积分器谐振点检测方法
CN113824129A (zh) * 2020-06-19 2021-12-21 华北电力大学（保定） 一种提高并网变流器系统双向功率稳定性的功率补偿控制

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