CN108988343A - 一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，该方法通过引入公共节点PCC点电压全局变量和并网电流高频分量到逆变器控制环节，可实现多逆变器系统的高频振荡抑制。首先引入PCC点电压的前馈构造出并联逆变器在PCC处的虚拟电阻，抑制逆变器谐波电压与电网背景谐波电压引起阻抗网络的谐波谐振；其次，引入并网电流高频分量反馈构造出并联在逆变器输出滤波电容两端的虚拟阻抗，增加逆变器自身阻尼，抑制多逆变器并联谐振。本发明能够有效抑制多逆变器并联系统谐波谐振现象，从根本上解决弱网下逆变器台数增多引起的系统稳定性问题。

Description

一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法

技术领域

本发明涉及PWM逆变控制及其新能源分布式发电领域，具体是一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法。

背景技术

为了解决电力行业所面临的问题，新能源发电作为生力军逐渐崛起，而这一生力军的主要力量表现为并网发电、独立发电以及多能源互补发电。作为上述形式之一的并网发电系统，又可以详细分为分布式发电并网和集中式发电并网。然而，这两种并网形式虽然结构各异，但也有其共同之处，表现为：电能质量的随机波动性、谐波含量较高，同时需要为系统设置抗孤岛检测保护功能。

基于光伏发电可再生、无污染以及蕴藏量丰富的优点，其在电网中所占的容量比例逐渐扩大。由光生伏特效应得出光伏组件发电模型，其可以看作直流电源。由其产生的直流电能不能直接与交流电网相连接，需要经过能量转换，这个转换的过程称之为“逆变”，而这个进行能量转换的设备，即为逆变器。逆变器作为连接光伏发电组件与低压配电网的桥梁，其性能好坏直接影响流入电网的电流质量，进而影响电网运行的稳定性。

对于弱电网中的多机并网系统而言，由于LCL滤波器的引入和多逆变器并联接入，大量逆变器并联运行，会在逆变器内部、逆变器之间、逆变器和电网之间形成谐波谐振，且随着并联台数增加，谐振频率向着低频段偏移，极大加剧系统的谐波谐振风险，进而可能引发系统的全局谐振。如何抑制多LCL型并网逆变器系统的谐波谐振问题是近年来的热点问题。

发明内容

本发明旨在提供一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，有效抑制系统谐波谐振，增强系统稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对LCL型三相并网逆变器并网电流i_{g_abc}(i_{g_abc}表示并网逆变器三相并网电流：A相并网电流i_{g_a}、B相并网电流i_{g_b}、C相并网电流i_{g_c}，后文示意依此类推)以及PCC点电压u_{pcc_abc}分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据送给DSP控制器；

2)将采样得到的PCC点(逆变器并网的公共节点)电压u_{pcc_abc}经锁相环PLL得到电网同步相角θ，为abc/dq以及dq/abc坐标变换提供电网同步相角；

3)将采样得到的并网电流i_{g_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd与q轴分量i_gq；

4)将d轴电流参考值i_d ^*、q轴电流参考值i_q ^*分别与旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq作差，得到d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q；

5)将d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q分别与PCC点电压的前馈所得的d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}求和后经PI控制，得到d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}；

6)d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}分别与并网电流高频反馈所得的d轴电流高频分量i_{gd_h}、q轴电流高频分量i_{gq_h}求和，得到调制信号d轴分量i_{d_r}、调制信号q轴分量i_{q_r}；

7)调制信号d轴分量m_{d_r}、调制信号q轴分量m_{q_r}经dq/abc变换后得到LCL型三相并网逆变器静止坐标系下的调制信号m_{a_r}、m_{b_r}、m_{c_r}，经PWM调制后控制逆变器开关管的开通与关断。

步骤5)中PCC点电压的前馈通过以下步骤实现：

⑴将采样得到的PCC点电压u_{pcc_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的电压d轴分量u_pd、电压q轴分量u_pq；

⑵电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq经低通滤波器G_LPF(s)得到d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}；

⑶电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq分别与d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}做差，得到d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}；

⑷d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}分别与导纳1/R_v(R_v取值在一定范围内能够实现对系统谐振抑制，当R_v取值取值较大(R_v>30Ω)时，集群有源阻尼对谐振抑制能力差，随着R_v取值的增大，系统有出现谐振峰的趋势；而当R_v取值较小时，谐振抑制效果很明显。但是R_v取值不能太小，数值太小的虚拟电阻R_v会造成虚拟电阻上的虚拟补偿电流会很大，容易引发系统的不稳定，而且过小的R_v会衰减并网电流的基波成分，削弱并网逆变器对基波电流的跟踪性能，进而影响并网逆变器的并网功率；综上，本发明对虚拟电阻R_v取值选择为5Ω)相乘，得到d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}：

步骤6)中并网电流高频反馈通过以下步骤实现：

⑴将并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq经低通滤波器G_LPF(s)得到低频电流d轴分量i_{gd_L}、低频电压q轴分量i_{gq_L}；

⑵并网电流d轴分量i_gd、并网电流q轴分量i_gq分别与d轴低频电流分量i_{gd_L}、q轴低频电流分量i_{gq_L}做差，所得值分别乘以反馈系数K_f(为了保证对谐振峰的有效抑制，K_f的值不能选太小，太小的K_f等效于滤波电容两端开路，无并联的虚拟电阻，因此无法增加系统阻尼；太大的K_f会衰减并网电流的基波成分，并且会影响系统的稳态性能，综上，本发明取K_f为0.005)得到d轴高频电流分量i_{gd_h}、q轴高频电流分量i_{gq_h}：

i_{gd_h}＝(1-G_LPF(s))K_fi_gd

i_{gq_h}＝(1-G_LPF(s))K_fi_gq

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过引入PCC点电压前馈构造并联在PCC处的虚拟电阻，抑制由逆变器谐波电压和电网背景谐波电压引起阻抗网络的谐波谐振；通过并网电流高频分量反馈构造并联在滤波电容两端的虚拟阻抗，以增加系统阻尼，抑制多逆变器并联谐振；能够有效抑制系统谐波谐振，增强了系统稳定性，同时由于不需要额外的传感器，降低了系统成本，简化了系统硬件控制结构。

附图说明

图1为本发明一实施例弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制控制系统结构图；

图2为本发明一实施例弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制控制框图。

图3为本发明一实施例弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制后逆变器并网电流波形图。

图4为本发明一实施例弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制后逆变器并网电流频谱图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制控制系统结构图包括模块结构、控制系统两部分。所述模块结构为n(n＝1,2,3…)个LCL型并网逆变器结构子模块并联接入大电网。所述的子模块包括光伏阵列、前级升压电路、后级直流储能电容、后级三相逆变电路、后级LCL并网滤波电路。所述后级LCL并网滤波电路接入大电网。其中，C_pv为升压电路储能电容，VD₀为升压电路二极管，L₀为升压电路电感，S₁为升压电路开关管；C_dc为后级直流储能电容，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆为三相并网逆变器开关管，L₁、L₂为LCL滤波电路的滤波电感，C₁为LCL滤波电路的滤波电容i_{g_a}为LCL型三相并网逆变器A相并网电流、i_{g_b}为LCL型三相并网逆变器B相并网电流、i_{g_c}为LCL型三相并网逆变器C相并网电流，u_{pcc_a}为LCL型三相并网逆变器A相PCC点电压、u_{pcc_b}为LCL型三相并网逆变器B相PCC点电压、u_{pcc_c}为LCL型三相并网逆变器C相PCC点电压。所述控制系统包括信号采集单元、控制单元，得到逆变电路各开关管的触发脉冲，控制逆变电路开关管的开通与关断。

图2为弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制控制框图，在每个采样周期的起始点，对LCL型三相并网逆变器并网电流i_{g_abc}(i_{g_abc}表示并网逆变器三相并网电流：A相并网电流i_{g_a}、B相并网电流i_{g_b}、C相并网电流i_{g_c}，后文示意依此类推)以及PCC点电压u_{pcc_abc}分别采样，将经过AD转换器转换后的数据送给DSP控制器；将采样得到的PCC点电压u_{pcc_abc}经锁相环PLL得到电网同步相角θ，为abc/dq以及dq/abc坐标变换提供电网同步相角；将采样得到的并网电流i_{g_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd与q轴分量i_gq；将d轴电流参考值i_d ^*、q轴电流参考值i_q ^*分别与旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq作差，得到d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q；将d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q分别与PCC点电压的前馈所得的d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}求和后经PI控制，得到d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}；d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}分别与并网电流高频反馈所得的d轴电流高频分量i_{gd_h}、q轴电流高频分量i_{gq_h}求和，得到调制信号d轴分量i_{d_r}、调制信号q轴分量i_{q_r}；调制信号d轴分量m_{d_r}、调制信号q轴分量m_{q_r}经dq/abc变换后得到LCL型三相并网逆变器静止坐标系下的调制信号m_{a_r}、m_{b_r}、m_{c_r}，经PWM调制后控制逆变器开关管的开通与关断。所述PCC点电压的前馈通过以下步骤实现：将采样得到的PCC点电压u_{pcc_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的电压d轴分量u_pd、电压q轴分量u_pq；电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq经低通滤波器G_LPF(s)得到d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}；电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq分别与d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}做差，得到d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}；d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}分别与导纳1/R_v相乘，得到d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}。所述并网电流高频反馈通过以下步骤实现：将并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq经低通滤波器G_LPF(s)得到低频电流d轴分量i_{gd_L}、低频电压q轴分量i_{gq_L}；并网电流d轴分量i_gd、并网电流q轴分量i_gq分别与d轴低频电流分量i_{gd_L}、q轴低频电流分量i_{gq_L}做差，所得值分别乘以反馈系数K_f得到d轴高频电流分量i_{gd_h}、q轴高频电流分量i_{gq_h}。

如图3、图4所示，施加集群有源阻尼控制时，三台逆变器并联，第二台逆变器输出的并网电流畸变率降为2.35％，集群有源阻尼方法极大改善了并网电流的波形质量，谐振抑制效果显著。

Claims (3)

1.一种弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对LCL型三相并网逆变器并网电流i_{g_abc}以及PCC点电压u_{pcc_abc}分别进行采样；

2)将采样得到的PCC点电压u_{pcc_abc}经锁相环PLL得到电网同步相角θ，为abc/dq以及dq/abc坐标变换提供电网同步相角；

3)将采样得到的并网电流i_{g_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd与q轴分量i_gq；

4)将d轴电流参考值i_d ^*、q轴电流参考值i_q ^*分别与旋转坐标系下的并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq作差，得到d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q；

5)将d轴电流误差量Δi_d、q轴电流误差量Δi_q分别与PCC点电压的前馈所得的d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}求和后经PI控制，得到d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}；

6)d轴电流指令值i_{d_1}、q轴电流指令值i_{q_1}分别与并网电流高频反馈所得的d轴电流高频分量i_{gd_h}、q轴电流高频分量i_{gq_h}求和，得到调制信号d轴分量i_{d_r}、调制信号q轴分量i_{q_r}；

7)调制信号d轴分量i_{d_r}、调制信号q轴分量i_{q_r}经dq/abc变换后得到LCL型三相并网逆变器静止坐标系下的调制信号，经PWM调制后控制逆变器开关管的开通与关断。

2.根据权利要求1所述的弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，其特征在于，步骤5)中PCC点电压的前馈通过以下步骤实现：

⑴将采样得到的PCC点电压u_{pcc_abc}做abc/dq变换，得到旋转坐标系下的电压d轴分量u_pd、电压q轴分量u_pq；

⑵电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq经低通滤波器G_LPF(s)得到d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}；

⑶电压d轴分量u_pd、q轴分量u_pq分别与d轴低频电压分量u_{pd_L}、q轴低频电压分量u_{pq_L}做差，得到d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}；

⑷d轴高频电压分量u_{pd_h}、q轴高频电压分量u_{pq_h}分别与导纳1/Rv相乘，得到d轴虚拟补偿电流i_{d_comp}、q轴虚拟补偿电流i_{q_comp}：

3.根据权利要求1所述的弱网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法，其特征在于，步骤6)中并网电流高频反馈通过以下步骤实现：

⑴将并网电流d轴分量i_gd、q轴分量i_gq经低通滤波器G_LPF(s)得到低频电流d轴分量i_{gd_L}、低频电压q轴分量i_{gq_L}；

⑵并网电流d轴分量i_gd、并网电流q轴分量i_gq分别与d轴低频电流分量i_{gd_L}、q轴低频电流分量i_{gq_L}做差，所得值分别乘以反馈系数K_f得到d轴高频电流分量i_{gd_h}、q轴高频电流分量i_{gq_h}：

i_{gd_h}＝(1-G_LPF(s))K_fi_gd；

i_{gq_h}＝(1-G_LPF(s))K_fi_gq。