CN110323780A - 一种海岛ups多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，通过检测PCC点电压谐振分量，经过虚拟电阻获取谐振电流参考补偿量；通过检测并网电流谐振分量，经过虚拟阻抗获取高频负反馈谐振电流补偿量；从而对电流参考值进行有源修正补偿；通过改变控制策略引入等效阻尼，重塑三相LCL型逆变器并联网络的输出阻抗，实现了对谐振频率处的谐波补偿作用，提高了多逆变器并网的谐振抑制性能，增强了海岛UPS多机并联系统接入电网的稳定性，从而提高海岛UPS供电电能质量与系统稳定性。

Description

一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法

技术领域

本发明涉及海岛UPS供电技术领域，特别是关于一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法。

背景技术

海岛UPS多机并联系统通常采用多能源接入，配备储能单元，经过整流逆变，多台逆变器并联运行的方式接入电网，以此保证发电可靠性以及发电效率。并网逆变器作为海岛电源接入电网的关键设备，其工作性能的优劣直接关系到系统的稳定性，作为应用最为广泛的LCL滤波的并网逆变器，逆变器与逆变器，逆变器与电网的交互耦合会组成更加复杂的高阶谐振网络。目前单机型的逆变器谐振抑制研究较为成熟，而多机型的研究略显不足，因而如何站在全局角度抑制多逆变器并联谐振现象成为近年来的研究热点。

发明内容

本发明旨在提供一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，抑制多逆变器并联接入电网时与电网阻抗相互作用产生的谐振现象，增强多种发电装备通过逆变器接入电网时系统的稳态性能，提高海岛微电网供电的电能质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对多逆变器接入电网的公共耦合点电压u_pcc、并网电流i_abc以及逆变器直流侧电压u_dc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)将采样得到的公共耦合点电压u_pcc通过谐波检测算法得到u_pcc高频分量，所得到的电压高频谐波分量除以设定的虚拟电阻R_v得到虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；

3)将采样得到的并网电流i_grid与设定的电流参考值i_ref ^*作差，所得到的差值再加上虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；

4)将步骤3)中的电流量与电流内环QPR控制器的传递函数相乘；

5)将采样得到的并网电流i_grid通过谐波检测算法得到i_grid的高频分量，所得到的并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作负反馈，与步骤4)中的电流控制量作差，得到占空比D_m；

6)将占空比D_m乘以逆变器的等效增益K_PWM，得到逆变器的输出电压u_inv；

步骤2)中所述谐波算法的具体做法指的是，将PCC点电压u_pcc经过abc/dq变换得到旋转坐标系下的d轴分量u_d和q轴分量u_q，u_pcc中的基波分量在dq坐标系下变成了直流量u_{d_f}和u_{q_f}，是一个常数；谐波分量u_{d_h}和u_{q_h}是一个交流量；通过低通滤波器(LPF)将u_{d_f}和u_{q_f}从u_d和u_q中提取出来，然后用u_d和u_q减去u_{d_f}和u_{q_f}则可得到u_d和u_q中的谐波分量u_{d_h}和u_{q_h}。

步骤2)中虚拟补偿电流i_{dcom_upcc}和i_{qcom_upcc}的表达式为：

其中G_LPF(s)为低通滤波器传递函数，R_v为虚拟电阻。

步骤4)中的QPR控制器的传递函数G_PR为：k_p为QPR控制的比例系数，k_i为QPR控制的积分系数，ω_c为谐振带宽，ω_n为电网角频率。

步骤5)中并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*：

步骤5)中并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作负反馈可以等效为在电容两端并联虚拟电阻Z_d，虚拟阻抗的表达式为：

Z_d由R_d和C_d并联构成，其中：

将等效虚拟阻抗Z_d与电容C₁合并，可以得到并网电流高频分量负反馈之后LCL滤波单元的传递函数表达式为：

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过采集PCC点电压以及并网电流获取相应的虚拟阻抗电流控制补偿量，在并网点加装谐振抑制单元从而破坏了谐振形成条件，达到了消除谐振的目的，具有全局性的特点，更加适合于解决海岛UPS多机并联系统的谐振抑制问题。电流内环采用准比例谐振控制，保证谐振频率的快速采集跟踪，提高了系统的动态响应性能以及输出电压的控制精度，增强了系统稳定性。

附图说明

图1为本发明一实施例海岛UPS多机并联系统结构图；

图2为本发明一实施例海岛UPS多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制方案图；

图3为本发明一实施例多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制控制框图；

图4为本发明一实施例多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制等效变换控制框图；

图5为本发明一实施例多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制等效变换结构图

具体实施方式

图1为海岛UPS多机并联系统结构图，由发电单元模块(柴油机)、前级整流模块、后级逆变模块、储能模块与直流母线构成。当海岛UPS多机并联系统中后级逆变部分以LCL型滤波逆变器接口并入电网时，LCL型逆变器的输入可以等效为直流源。所述模块结构为n(n＝1,2,3…)个三相LCL逆变器子模块并联于交流母线上。所述的子模块中逆变器侧电感L_n1、滤波电容C_n1、电网侧电感L_n2构成LCL滤波器，Z_g为电网阻抗，U_dc为直流侧电压，u_invn为逆变器输出电压，u_pcc为公共耦合点电压，u_g为电网电压，i_Ln1、i_Ln2、i_Cn1和i_g分别为逆变器侧电感电流、电网侧电感电流，滤波电容电流以及并网电流。

图2为海岛UPS多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制方案图，在每个采样周期的起始点，对公共耦合点电压u_pcc、和电网侧电感电流i_Ln2以及直流侧电压U_dc分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据送给DSP控制器进行处理；将采样得到的公共耦合点电压u_pcc通过谐波检测算法得到u_pcc高频分量，所得到的电压高频谐波分量除以设定的虚拟电阻R_v得到虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；虚拟补偿电流i_{dcom_upcc}和i_{qcom_upcc}的表达式为：

其中s为拉普拉斯变化因子，G_LPF(s)为低通滤波器传递函数，R_v为虚拟电阻。

将采样得到的并网电流i_grid与设定的电流参考值i_ref ^*作差，所得到的差值再加上虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；所得电流控制量与电流内环QPR控制器的传递函数相乘，其中QPR控制器的传递函数G_PR为：

k_p为QPR控制的比例系数，k_i为QPR控制的积分系数，ω_c为谐振带宽，ω_n为电网角频率。

将采样得到的并网电流i_grid通过谐波检测算法得到i_grid的高频分量，所得到的并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作负反馈，其中并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*：

将经过电流控制器的控制量与并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作差便可得到占空比D_m，占空比D_m乘以逆变器的等效增益K_PWM，得到逆变器的输出电压u_inv。

图3为多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制控制框图，由图3可得到基于集群阻尼增强谐振抑制控制下的系统闭环传递函数为以及等效输出导纳表达式为：

图4为多机并联系统集群阻尼增强谐振抑制等效变换控制框图，并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作负反馈可以等效为在电容两端并联虚拟阻抗Z_d，虚拟阻抗Z_d的表达式为：

Z_d由R_d和C_d并联构成，其中：

将等效虚拟阻抗Z_d与电容C₁合并，可以得到并网电流高频分量负反馈之后LCL滤波单元的传递函数表达式为：

Claims (7)

1.一种海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点，对海岛UPS多机并联系统接入电网的公共耦合点电压u_pcc、并网电流i_abc以及逆变器直流侧电压u_dc分别进行采样；

2)将公共耦合点电压u_pcc通过谐波检测算法得到u_pcc电压高频谐波分量，所得到的电压高频谐波分量除以设定的虚拟电阻R_v，得到虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；

3)将采样得到的并网电流i_abc与设定的电流参考值i_ref ^*作差，所得到的差值再加上虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^*；

4)将步骤3)所得到的最终电流量与电流内环QPR控制器的传递函数相乘，得到电流控制量；

5)将并网电流i_abc通过谐波检测算法得到并网电流i_abc高频分量，除以虚拟阻抗后得到并网电流高频补偿量，再将所得到的并网电流高频分量补偿量i_{com_abc} ^*作负反馈，与步骤4)中的电流控制量作差，得到占空比D_m；

6)将占空比D_m乘以逆变器的等效增益K_PWM，得到逆变器的输出电压u_inv。

2.根据权利要求1所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，步骤2)中将公共耦合点电压u_pcc通过谐波检测算法得到u_pcc电压高频谐波分量的具体实现过程为：将公共耦合点电压u_pcc经过abc/dq变换，得到旋转坐标系下的d轴分量u_d和q轴分量u_q，u_pcc中的基波分量在dq坐标系下变成了直流量u_{d_f}和u_{q_f}；u_pcc中的谐波分量u_{d_h}和u_{q_h}是一个交流量；通过低通滤波器将u_{d_f}和u_{q_f}从u_d和u_q中提取出来，然后分别用u_d和u_q对应减去u_{d_f}和u_{q_f}，则分别得到u_d和u_q中的高频谐波分量u_{d_h}和u_{q_h}。

3.根据权利要求1所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，步骤2)中，其中G_LPF(s)为低通滤波函数，R_v为虚拟电阻，公共耦合点电压在dq旋转坐标系下的电压分量经由滤波，除以虚拟电阻得到虚拟补偿电流；虚拟补偿电流i_{com_upcc} ^* _＝分为d轴与q轴上两个量，即i_{dcom_upcc}和i_{qcom_upcc}：

其中G_LPF(s)为低通滤波传递函数。

4.根据权利要求1所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，步骤4)中的QPR控制器的传递函数G_QPR为：s为微分算子，k_p为QPR控制器的比例系数，k_i为QPR控制器的积分系数，ω_c为谐振带宽，ω_n为电网角频率。

5.根据权利要求1所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，步骤5)中并网电流在dq旋转坐标系下的分量通过高通滤波器，再乘以反馈系数K_f则得到并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*的表达式为：

i_{dcom_grid} ^*和i_{qcom_grid} ^*分别为并网电流高频分量补偿量的d轴与q轴分量，K_f为电网电流的反馈系数，和i_{q_grid}和i_{d_grid}分别为电网电流的d轴与q轴分量。

6.根据权利要求1所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，步骤5)中，并网电流高频分量补偿量i_{com_grid} ^*作负反馈等效为在电容两端并联虚拟电阻Z_d，虚拟阻抗Z_d的表达式为：Z_d由R_d和C_d并联构成，其中：

L₁和L₂分别为LCL滤波器逆变侧和电网侧的滤波电感，L_2eq＝L₂+L_lineN，即L_2eq为LCL滤波网侧电感加上电网电感，K_f为电网电流的反馈系数，T为反馈通道中传递函数的等效时间常数。

7.根据权利要求1～6之一所述的海岛UPS多机并联系统的集群阻尼增强谐振抑制方法，其特征在于，R_v取值为7Ω。