CN109193793B - 一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法 - Google Patents

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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

本发明提供一种变流器免电压检测的并网控制系统及方法，所述变流器免电压检测的并网控制系统包括网侧电流采样转换模块、电流调节器、降阶谐振调节器、锁频环、虚拟磁链构造模块、电网电压重构及指令电流计算模块、空间矢量调制模块和变流器。本发明的变流器免电压检测的并网控制系统及方法抗干扰能力强且占用资源少。

Description

一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法
技术领域
本发明涉及风电、光伏领域变流器的并网同步控制领域，具体涉及一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法。
背景技术
如图1所示，新能源并网系统中的三相(单相不适用)变流器并网控制大多采用电网电压定向矢量控制。在电网电压定向矢量控制方式下常常要求检测电网电压来实现变流器和电网的同步。此外，还需要检测直流母线电压和被控电流，且相关电量的检测往往需要传感器或采样电路来完成。传感器的使用及其信号调理电路带来了高成本及复杂性问题。
在实际使用场合中采用免交流电压检测控制不仅可以提高控制系统的经济性，而且可以降低一些相对恶劣的运行环境如海上风电场、我国的西北地区系统的维护成本，提高并网系统的可靠性。理论上，用于变流器并网同步的并网点电压可以借助网侧输出电流和变流器交流端输出电压来重构。理论上，只要能估算变流器交流端到并网点之间滤波器线路的线路压降，即可合成电网电压。但这种思路需要对电流做微分，而微分容易引入高频噪声干扰，实用性不高。相比之下，通过构造电网电压的虚拟磁链来实现电网同步的方案则要实用得多，虚拟磁链(磁链是电压的积分，之所以是虚拟的，是因为用于积分的不是电网电压，而是构造电压的电流和发波电压)的构造也因此成为免电网电压检测控制系统的关键所在。目前虚拟磁链的构造方法主要有：
纯积分方法。通过对网侧电流和变流器交流侧输出电压构造的电网电压进行积分来构造虚拟磁链。这种方法物理意义清晰明了，但是网侧电流初值不确定很容易使虚拟磁链产生直流偏移而引发稳态误差，实用性不强。
采用一阶低通滤波器代替纯积分器方法。此方法能够有效避免纯积分器的存在的直流偏差问题，实现起来也比较容易，但需要低通滤波器引入的相位延时和幅值衰减做补偿。
采用带通滤波器代替一阶低通滤波器的方法。相比一阶低通滤波器，带通滤波器在构造虚拟磁链时可以获得更好的频率响应特性，但是同样存在延时和幅值衰减的问题。
采用一阶低通滤波器级联的方法。这种方法可以解决上述两种方法中存在的基波延时和幅度衰减问题，其快速的动态响应能力能够有效减小变流器启动时的电流冲击。
上述的虚拟磁链估计方法均是在较为理想的电网条件下提出来的，而对于非理想电网条件下的免电压传感器控制的研究相对较少。然而，实际的电网由于大功率单相负载的使用，不平衡现象时有发生。同时，大量电力电子设备的接入和非线性负载的使用，也使电网电压中存在不同程度的背景谐波，电网电压的频率在小范围内波动。不平衡的电网电压、电网背景谐波、以及电网基波频率的波动均会给虚拟磁链估计带来偏差，降低变流器并网稳定性，严重的时候甚至会导致变流器并网失败。
在免电压传感器控制领域，目前比较前沿的是基于二阶广义积分器(secondorder generalized integrator，SOGI)的DSOGI技术。如图2所示，DSOGI的基本思想是通过对频率具有自适应能力的二阶广义积分器来获取电网不平衡条件下虚拟磁链及其正交分量，然后采用瞬时对称分量法分离出正、负序磁链分量，用于控制变流器的运行。该方法准确可靠，然而由于二阶广义积分器存在两个对称的极点，不具备正、负极性选择功能，因而其正负序分离环节计算量比较大，实现比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法，以解决现有技术的变流器免电压检测中电网不平衡、电网背景谐波以及电网基波频率的波动等日益复杂的现状使得现有的大多数免电压传感器控制方法应用受到限制，而基于二阶广义积分器的DSOGI技术控制方法存在计算量大占用控制系统资源较多的问题。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种变流器免电压检测的并网控制系统，其包括网侧电流采样转换模块、电流调节器、降阶谐振调节器、锁频环、虚拟磁链构造模块、电网电压重构及指令电流计算模块、空间矢量调制模块和变流器，
所述网侧电流采样转换模块，用于对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ；
所述电流调节器，用于根据当前的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000031
以及变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000032
Figure BDA0001799347490000033
计算的逆变器的发波电压uα、uβ；
所述降阶谐振调节器，用于根据逆变器的发波电压uα、uβ、上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000034
得到发波电压的正序分量
Figure BDA0001799347490000035
和负序分量
Figure BDA0001799347490000036
Figure BDA0001799347490000037
以及α轴的误差分量uα_err，并根据两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000038
得到网侧电流的正序分量
Figure BDA0001799347490000039
和负序分量
Figure BDA00017993474900000310
所述锁频环，用于根据发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000311
以及α轴的误差分量uα_err得到实时锁定的电网基波频率
Figure BDA00017993474900000312
其中，
Figure BDA00017993474900000313
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure BDA00017993474900000314
所述虚拟磁链构造模块，用于根据发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000315
负序分量
Figure BDA00017993474900000316
和网侧电流的正序分量
Figure BDA00017993474900000317
负序分量
Figure BDA00017993474900000318
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000041
和负序分量
Figure BDA0001799347490000042
所述电网电压重构及指令电流计算模块，用于根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000043
和负序分量
Figure BDA0001799347490000044
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA0001799347490000045
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000046
所述估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000047
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000048
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ；
所述空间矢量调制模块，用于根据逆变器发波电压生成控制信号，以控制所述变流器的输出电压和输出电流；
所述网侧电流采样转换模块对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ，所述电流调节器根据当前的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000049
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA00017993474900000410
计算出逆变器的发波电压uα、uβ，并将锁频环输出的上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA00017993474900000411
及逆变器的发波电压同时输入降阶谐振调节器，得到发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000412
和负序分量
Figure BDA00017993474900000413
Figure BDA00017993474900000414
以及α轴的误差分量uα_err，降阶谐振调节器将转化后的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA00017993474900000415
得到网侧电流的正序分量
Figure BDA00017993474900000416
和负序分量
Figure BDA00017993474900000417
降阶谐振调节器将得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000418
以及α轴的误差分量uα_err送入锁频环，所述锁频环计算得到实时锁定的电网基波频率
Figure BDA00017993474900000419
所述降阶谐振调节器将正序分量
Figure BDA00017993474900000420
负序分量
Figure BDA00017993474900000421
正序分量
Figure BDA00017993474900000422
和负序分量
Figure BDA00017993474900000423
发送给所述虚拟磁链构造模块，所述虚拟磁链构造模块根据得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000424
负序分量
Figure BDA00017993474900000425
网侧电流的正序分量
Figure BDA00017993474900000426
和负序分量
Figure BDA00017993474900000427
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000051
和负序分量
Figure BDA0001799347490000052
所述虚拟磁链构造模块将正序分量
Figure BDA0001799347490000053
和负序分量
Figure BDA0001799347490000054
发送给所述电网电压重构及指令电流计算模块，所述电网电压重构及指令电流计算模块根据所获得的电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000055
和负序分量
Figure BDA0001799347490000056
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA0001799347490000057
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000058
所述电流调节器根据所述估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000059
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA00017993474900000510
计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
进一步地，所述网侧电流采样转换模块将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure BDA00017993474900000511
进一步地，所述虚拟磁链构造模块计算电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure BDA00017993474900000512
Figure BDA00017993474900000513
和负序分量
Figure BDA00017993474900000514
的采用的公式如下：
Figure BDA00017993474900000515
式中，
Figure BDA00017993474900000516
和
Figure BDA00017993474900000517
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure BDA00017993474900000518
和
Figure BDA00017993474900000519
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
进一步地，所述电网电压重构及指令电流计算模块根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900000520
和负序分量
Figure BDA00017993474900000521
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA00017993474900000522
的计算方式如下：
Figure BDA0001799347490000061
进一步地，所述电网电压重构及指令电流计算模块计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000062
的公式如下：
Figure BDA0001799347490000063
其中，Im为给定电流的幅值。
本发明还提供了一种变流器免电压检测的并网控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1：对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ，同时获取电流调节器的发波电压矢量uα、uβ，以及锁频环输出的上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000064
步骤S2：将逆变器的发波电压uα、uβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000065
同时输入降阶谐振调节器，得到发波电压的正序分量
Figure BDA0001799347490000066
和负序分量
Figure BDA0001799347490000067
以及α轴的误差分量uα_err。将转化后的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000068
同时输入降阶谐振调节器，得到网侧电流的正序分量
Figure BDA0001799347490000069
和负序分量
Figure BDA00017993474900000610
步骤S3：将步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000611
以及α轴的误差分量uα_err送入锁频环，得到实时锁定的电网基波频率
Figure BDA00017993474900000612
其中，
Figure BDA00017993474900000613
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure BDA00017993474900000614
步骤S4：利用步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900000615
负序分量
Figure BDA00017993474900000616
和网侧电流的正序分量
Figure BDA00017993474900000617
负序分量
Figure BDA00017993474900000618
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000071
和负序分量
Figure BDA0001799347490000072
步骤S5：利用步骤S4所获得的电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000073
和负序分量
Figure BDA0001799347490000074
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA0001799347490000075
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000076
所述估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000077
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000078
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
进一步地，上述步骤S1中，将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure BDA0001799347490000079
进一步地，上述步骤S4中，所述电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure BDA00017993474900000710
和负序分量
Figure BDA00017993474900000711
的计算公式如下：
Figure BDA00017993474900000712
式中，
Figure BDA00017993474900000713
和
Figure BDA00017993474900000714
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure BDA00017993474900000715
和
Figure BDA00017993474900000716
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
进一步地，上述步骤S5中，利用电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900000717
和负序分量
Figure BDA00017993474900000718
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA00017993474900000719
的计算方式如下：
Figure BDA0001799347490000081
进一步地，上述步骤S5中，计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000082
的公式如下：
Figure BDA0001799347490000083
其中，Im为给定电流的幅值。
与现有技术相比较，本发明的变流器免电压检测的并网控制系统和方法可以免去逆变器并网同步所需的电压检测功能，且对电网电压不平衡、电网含有背景谐波等均具有较强的适应能力；和采用DSOGI的方案相比，本发明所采用降阶谐振调节器在保证相同性能的前提下具有更小的运算量，从而有效降低了逆变器的控制系统的运算负担，提高了控制算法的执行效率。
附图说明
图1是并网变流器的拓扑结构。其中L为交流侧滤波电感，Cdc为直流电容，ia、ib、ic为网侧三相电流，ua、ub、uc为变流器的发波电压。
图2为基于DSOGI的用于电压电流正、负序分离方案原理图。
图3为本发明实施例的变流器免电压传感器并网控制系统的原理图。
图4为图3中的降阶谐振调节器的原理图。
图5为图3中的锁频环的原理图。图中，Γ和k分别为锁频环的增益系数和反馈系数，前馈项ω0为电网额定频率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3所示，本发明实施例提供了一种变流器免电压检测的并网控制系统，其包括网侧电流采样转换模块11、电流调节器12、第一降阶谐振调节器13、第二降阶谐振调节器14、锁频环15、虚拟磁链构造模块16、电网电压重构及指令电流计算模块17、空间矢量调制模块18和变流器19。下面分别进行说明。
所述网侧电流采样转换模块11，用于对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ。
所述网侧电流采样转换模块11将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure BDA0001799347490000091
所述电流调节器12，用于根据当前的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ、上一个电网基波周期估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000092
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000093
Figure BDA0001799347490000094
计算的逆变器的发波电压uα、uβ。
所述第一降阶谐振调节器13，用于根据逆变器的发波电压uα、uβ、上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000095
得到发波电压的正序分量
Figure BDA0001799347490000096
和负序分量
Figure BDA0001799347490000097
以及α轴的误差分量uα_err。
所述第二降阶谐振调节器14，用于根据两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000098
得到网侧电流的正序分量
Figure BDA0001799347490000099
和负序分量
Figure BDA00017993474900000910
需要说明的是，所述第一降阶谐振调节器13和所述第二降阶谐振调节器14采用相同的降阶谐振调节器，其实际执行的过程在同一个降阶谐振调节器中执行，图3中，为便于清楚的示出信号的流向，将所述降阶谐振调节器分为所述第一降阶谐振调节器13和所述第二降阶谐振调节器14来进行展示。
图4示出了一种用于分离电压/电流正、负序基波分量的降阶谐振调节器。图4中，xα、xβ为待分离的原始电压/电流在αβ坐标系下的分量；
Figure BDA0001799347490000101
为调节器从xβ中分离出的正序和负序基波分量，
Figure BDA0001799347490000102
为调节器从xβ中分离出的正序和负序基波分量；
Figure BDA0001799347490000103
分别为
Figure BDA0001799347490000104
延迟一个采样周期之后的对应变量，
Figure BDA0001799347490000105
分别为
Figure BDA0001799347490000106
延迟一个采样周期之后的对应变量。
首次执行降阶谐振调节器时，将原始分量xα、xβ以外的其它分量初始值设为0(也可设为其它分量，降阶谐振调节器最终都会将其收敛到各自的稳态值)，首次执行之后，
Figure BDA0001799347490000107
均会有值，降阶谐振调节器自动循环往下执行。以α轴分量的正、负序分离为例。原始分量xα与
Figure BDA0001799347490000108
的差xα_err经过增益环节放大ωc倍后分作两路。其中一路与
Figure BDA0001799347490000109
放大
Figure BDA00017993474900001010
(
Figure BDA00017993474900001011
为电网基波频率，由锁频环FLL输出)倍后的值做差，差值再经积分环节
Figure BDA00017993474900001012
的作用，得到α轴的正序基波分量
Figure BDA00017993474900001013
另一路与
Figure BDA00017993474900001014
放大
Figure BDA00017993474900001015
(
Figure BDA00017993474900001016
为电网基波频率，由锁频环FLL输出)倍后的值求和，和值再经积分环节
Figure BDA00017993474900001017
的作用，得到α轴的负序基波分量
Figure BDA00017993474900001018
β轴的正、负序基波分量的原理与此类似，具体参照图4。
由此可见，本发明实施例中，采用降阶谐振调节器在每个分离周期(从原始量输入到正、负序分量输出)需要做14次加、减运算，6次乘法运算，4次积分运算，含4个一拍延时环节。而图2所示的用于分离电压/电流正、负序基波分量的DSOGI方案则需要16次加、减运算，10次乘法运算，4次积分运算，4个一拍延时环节。和DSOGI的分离方案相比，本发明实施例采用降阶谐振调节器，运算量明显较少。
所述锁频环15，用于根据发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900001019
以及α轴的误差分量uα_err得到实时锁定的电网基波频率
Figure BDA00017993474900001020
其中，
Figure BDA00017993474900001021
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure BDA00017993474900001022
所述锁频环15的具体工作原理如图5所示。
所述虚拟磁链构造模块16，用于根据发波电压的正序分量
Figure BDA0001799347490000111
负序分量
Figure BDA0001799347490000112
和网侧电流的正序分量
Figure BDA0001799347490000113
负序分量
Figure BDA0001799347490000114
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000115
和负序分量
Figure BDA0001799347490000116
所述虚拟磁链构造模块16计算电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure BDA0001799347490000117
和负序分量
Figure BDA0001799347490000118
的采用的公式如下：
Figure BDA0001799347490000119
式中，
Figure BDA00017993474900001110
和
Figure BDA00017993474900001111
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure BDA00017993474900001112
和
Figure BDA00017993474900001113
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
所述电网电压重构及指令电流计算模块17，用于根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900001114
和负序分量
Figure BDA00017993474900001115
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA00017993474900001116
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA00017993474900001117
所述估算的电网电压
Figure BDA00017993474900001118
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA00017993474900001119
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
所述电网电压重构及指令电流计算模块17根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900001120
和负序分量
Figure BDA00017993474900001121
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA00017993474900001122
的计算方式如下：
Figure BDA00017993474900001123
进一步地，所述电网电压重构及指令电流计算模块17计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000121
的公式如下：
Figure BDA0001799347490000122
其中，Im为给定电流的幅值。
所述空间矢量调制模块18，用于根据逆变器发波电压生成控制信号，以控制所述变流器19的输出电压和输出电流。
进一步地，本发明实施例中，还提供了一种变流器免电压检测的并网控制方法，其包括以下步骤：
步骤S1：对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ，同时获取电流调节器的发波电压矢量uα、uβ，以及锁频环输出的上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000123
步骤S2：将逆变器的发波电压uα、uβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000124
同时输入降阶谐振调节器，得到发波电压的正序分量
Figure BDA0001799347490000125
和负序分量
Figure BDA0001799347490000126
以及α轴的误差分量uα_err，将转化后的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure BDA0001799347490000127
同时输入降阶谐振调节器，得到网侧电流的正序分量
Figure BDA0001799347490000128
和负序分量
Figure BDA0001799347490000129
步骤S3：将步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900001210
以及α轴的误差分量uα_err送入锁频环，得到实时锁定的电网基波频率
Figure BDA00017993474900001211
其中，
Figure BDA00017993474900001212
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure BDA00017993474900001213
步骤S4：利用步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure BDA00017993474900001214
负序分量
Figure BDA00017993474900001215
和网侧电流的正序分量
Figure BDA00017993474900001216
负序分量
Figure BDA00017993474900001217
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900001218
和负序分量
Figure BDA00017993474900001219
步骤S5：利用步骤S4所获得的电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA0001799347490000131
和负序分量
Figure BDA0001799347490000132
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA0001799347490000133
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000134
所述估算的电网电压
Figure BDA0001799347490000135
和变流器网侧电流的给定值
Figure BDA0001799347490000136
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
上述步骤S1中，将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure BDA0001799347490000137
进一步地，上述步骤S4中，所述电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure BDA0001799347490000138
和负序分量
Figure BDA0001799347490000139
的计算公式如下：
Figure BDA00017993474900001310
式中，
Figure BDA00017993474900001311
和
Figure BDA00017993474900001312
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure BDA00017993474900001313
和
Figure BDA00017993474900001314
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
上述步骤S5中，利用电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure BDA00017993474900001315
和负序分量
Figure BDA00017993474900001316
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure BDA00017993474900001317
的计算方式如下：
Figure BDA00017993474900001318
上述步骤S5中，计算变流器网侧电流的给定值
Figure BDA00017993474900001319
的公式如下：
Figure BDA0001799347490000141
其中，Im为给定电流的幅值。
综上所述，本发明的变流器免电压检测的并网控制系统和方法可以免去逆变器并网同步所需的电压检测功能，且对电网电压不平衡、电网含有背景谐波等均具有较强的适应能力；和采用DSOGI的方案相比，本发明所采用的降阶谐振调节器在保证相同性能的前提下具有更小的运算量，从而有效降低了逆变器的控制系统的运算负担，提高了控制算法的执行效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流器免电压检测的并网控制系统，其特征在于，其包括网侧电流采样转换模块、电流调节器、第一降阶谐振调节器、第二降阶谐振调节器、锁频环、虚拟磁链构造模块、电网电压重构及指令电流计算模块、空间矢量调制模块和变流器，
所述网侧电流采样转换模块，用于对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ；
所述电流调节器，用于根据当前的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期估算的电网电压
Figure FDA0003092034390000011
以及变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000012
Figure FDA0003092034390000013
计算的逆变器的发波电压uα、uβ；
所述第一降阶谐振调节器，用于根据逆变器的发波电压uα、uβ、上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA0003092034390000014
得到发波电压的正序分量
Figure FDA0003092034390000015
和负序分量
Figure FDA0003092034390000016
Figure FDA0003092034390000017
以及α轴的误差分量uα_err；
所述第二降阶谐振调节器，用于根据两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA0003092034390000018
得到网侧电流的正序分量
Figure FDA0003092034390000019
和负序分量
Figure FDA00030920343900000110
所述锁频环，用于根据发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000111
以及α轴的误差分量uα_err得到实时锁定的电网基波频率
Figure FDA00030920343900000112
其中，
Figure FDA00030920343900000113
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure FDA00030920343900000114
所述虚拟磁链构造模块，用于根据发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000115
负序分量
Figure FDA00030920343900000116
和网侧电流的正序分量
Figure FDA00030920343900000117
负序分量
Figure FDA00030920343900000118
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA00030920343900000119
和负序分量
Figure FDA00030920343900000120
所述电网电压重构及指令电流计算模块，用于根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA0003092034390000021
和负序分量
Figure FDA0003092034390000022
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure FDA0003092034390000023
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000024
所述估算的电网电压
Figure FDA0003092034390000025
Figure FDA0003092034390000026
和变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000027
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ；
所述空间矢量调制模块，用于根据逆变器发波电压生成控制信号，以控制所述变流器的输出电压和输出电流；
所述网侧电流采样转换模块对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ，所述电流调节器根据当前的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期估算的电网电压
Figure FDA0003092034390000028
和变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000029
计算出逆变器的发波电压uα、uβ，并将锁频环输出的上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA00030920343900000210
及逆变器的发波电压同时输入降阶谐振调节器，得到发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000211
和负序分量
Figure FDA00030920343900000212
以及α轴的误差分量uα_err，降阶谐振调节器将转化后的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA00030920343900000213
得到网侧电流的正序分量
Figure FDA00030920343900000214
Figure FDA00030920343900000215
和负序分量
Figure FDA00030920343900000216
降阶谐振调节器将得到的发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000217
以及α轴的误差分量uα_err送入锁频环，所述锁频环计算得到实时锁定的电网基波频率
Figure FDA00030920343900000218
所述降阶谐振调节器将正序分量
Figure FDA00030920343900000219
负序分量
Figure FDA00030920343900000220
正序分量
Figure FDA00030920343900000221
和负序分量
Figure FDA00030920343900000222
发送给所述虚拟磁链构造模块，所述虚拟磁链构造模块根据得到的发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000223
负序分量
Figure FDA00030920343900000224
网侧电流的正序分量
Figure FDA00030920343900000225
和负序分量
Figure FDA00030920343900000226
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA00030920343900000227
Figure FDA00030920343900000228
和负序分量
Figure FDA00030920343900000229
所述虚拟磁链构造模块将正序分量
Figure FDA00030920343900000230
和负序分量
Figure FDA0003092034390000031
发送给所述电网电压重构及指令电流计算模块，所述电网电压重构及指令电流计算模块根据所获得的电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA0003092034390000032
和负序分量
Figure FDA0003092034390000033
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure FDA0003092034390000034
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000035
所述电流调节器根据所述估算的电网电压
Figure FDA0003092034390000036
Figure FDA0003092034390000037
和变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000038
计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
2.如权利要求1所述的变流器免电压检测的并网控制系统，其特征在于，所述网侧电流采样转换模块将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure FDA0003092034390000039
3.如权利要求1所述的变流器免电压检测的并网控制系统，其特征在于，所述虚拟磁链构造模块计算电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure FDA00030920343900000310
和负序分量
Figure FDA00030920343900000311
的采用的公式如下：
Figure FDA00030920343900000312
式中，
Figure FDA00030920343900000313
和
Figure FDA00030920343900000314
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure FDA00030920343900000315
和
Figure FDA00030920343900000316
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
4.如权利要求1所述的变流器免电压检测的并网控制系统，其特征在于，所述电网电压重构及指令电流计算模块根据电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA00030920343900000317
和负序分量
Figure FDA00030920343900000318
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure FDA00030920343900000319
的计算方式如下：
Figure FDA0003092034390000041
5.如权利要求1所述的变流器免电压检测的并网控制系统，其特征在于，所述电网电压重构及指令电流计算模块计算变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000042
Figure FDA0003092034390000043
的公式如下：
Figure FDA0003092034390000044
其中，Im为给定电流的幅值。
6.一种变流器免电压检测的并网控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1：对变流器的网侧电流ia、ib进行采样，并将其转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ，同时获取电流调节器的发波电压矢量uα、uβ，以及锁频环输出的上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA0003092034390000045
步骤S2：将逆变器的发波电压uα、uβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA0003092034390000046
同时输入第一降阶谐振调节器，得到发波电压的正序分量
Figure FDA0003092034390000047
和负序分量
Figure FDA0003092034390000048
以及α轴的误差分量uα_err，将转化后的两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ和上一个电网基波周期的电网基波频率
Figure FDA0003092034390000049
同时输入第二降阶谐振调节器，得到网侧电流的正序分量
Figure FDA00030920343900000410
和负序分量
Figure FDA00030920343900000411
步骤S3：将步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000412
以及α轴的误差分量uα_err送入锁频环，得到实时锁定的电网基波频率
Figure FDA00030920343900000413
其中，
Figure FDA00030920343900000414
延迟一个电网基波周期后的变量为
Figure FDA00030920343900000415
步骤S4：利用步骤S2中得到的发波电压的正序分量
Figure FDA00030920343900000416
负序分量
Figure FDA00030920343900000417
Figure FDA0003092034390000051
和网侧电流的正序分量
Figure FDA0003092034390000052
负序分量
Figure FDA0003092034390000053
构造电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA0003092034390000054
和负序分量
Figure FDA0003092034390000055
步骤S5：利用步骤S4所获得的电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA0003092034390000056
和负序分量
Figure FDA0003092034390000057
估算出电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure FDA0003092034390000058
并计算变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000059
所述估算的电网电压
Figure FDA00030920343900000510
和变流器网侧电流的给定值
Figure FDA00030920343900000511
进一步被所述电流调节器用于计算下一个电网基波周期的逆变器发波电压uα、uβ。
7.如权利要求6所述的变流器免电压检测的并网控制方法，其特征在于，上述步骤S1中，将变流器的网侧电流ia、ib转化成两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ的公式如下：
Figure FDA00030920343900000512
8.如权利要求6所述的变流器免电压检测的并网控制方法，其特征在于，上述步骤S4中，所述电网电压的虚拟磁链正序分量
Figure FDA00030920343900000513
和负序分量
Figure FDA00030920343900000514
的计算公式如下：
Figure FDA00030920343900000515
式中，
Figure FDA00030920343900000516
和
Figure FDA00030920343900000517
分别为网侧电流在两相静止坐标系下的正序和负序分量，
Figure FDA00030920343900000518
和
Figure FDA00030920343900000519
分别为变流器发波电压在两相静止坐标系下的基波正序和负序分量。
9.如权利要求6所述的变流器免电压检测的并网控制方法，其特征在于，上述步骤S5中，利用电网电压的虚拟磁链的正序分量
Figure FDA00030920343900000520
和负序分量
Figure FDA00030920343900000521
Figure FDA0003092034390000061
估算电网电压在两相静止坐标系下的分量
Figure FDA0003092034390000062
的计算方式如下：
Figure FDA0003092034390000063
10.如权利要求6所述的变流器免电压检测的并网控制方法，其特征在于，上述步骤S5中，计算变流器网侧电流的给定值
Figure FDA0003092034390000064
的公式如下：
Figure FDA0003092034390000065
其中，Im为给定电流的幅值。
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