CN111864733B - 一种基于并联逆变器的电能质量协调系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于并联逆变器的电能质量协调系统及其控制方法，方法包括：根据负载中的不平衡电流、非线性以及无功电流，将不平衡电流与非线性以及无功电流相分离，一台逆变器实现对不平衡电流的补偿，另一台逆变器实现对非线性以及无功电流的补偿；在两台逆变器补偿电流的过程中，采用逐级补偿的方式，即先对负载电流中的不平衡电流进行补偿，接着再对负载中的非线性以及无功电流进行补偿或者先对负载电流中的非线性以及无功电流进行补偿，然后再对负载中的不平衡电流进行补偿，本发明采用多台逆变器实现对负载电流进行治理，可以解决单台逆变器剩余容量有限的问题。

Description

一种基于并联逆变器的电能质量协调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源发电及微电网技术领域，具体涉及一种基于并联逆变器的电能质量协调系统及其控制方法。
背景技术
由于化石能源逐渐匮乏，因此开发、利用可再生能源成为缓解能源危机的关键。因此人们提出了微电网的概念。微电网由分布式电源、储能系统、负荷、与大电网连接的电子变换器和控制系统组成。微电网易于控制，能够根据负荷的改变灵活调节发电量，可靠性高，可以并网运行，也可以独立运行。不平衡以及非线性负载接入电网会产生不平衡非线性电流，对电力系统的稳定以及安全运行有着很大的危害。目前，采用的治理设备大部分以逆变器为核心，可以有效的实现对负载中的不平衡、非线性以及无功电流进行补偿，确保电力系统安全、稳定运行。
如今微电网大量存在，微电网用作发电后，仍然剩余一定的容量，可以用来实现对电网电能质量的治理，但是单台逆变器的剩余容量是有限的，当不平衡、非线性以及无功电流较大时，是不能实现很好补偿的，如何利用多台逆变器实现对电能质量协调控制，是我们研究方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于并联逆变器的电能质量协调系统及其控制方法，在变流的同时也能实现对电能质量的治理。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种基于并联逆变器的电能质量协调系统，包括逆变器1、逆变器2、控制器1、控制器2、LCL滤波器1、LCL滤波器2、PCC公共连接端和负载，所述逆变器1一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器1连接所述负载，所述负载连接所述PCC公共连接端，所述LCL滤波器1通过所述控制器1连接所述逆变器1，所述逆变器2一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器2接于所述负载与所述PCC公共连接端之间，所述LCL滤波器2通过所述控制器2连接所述逆变器2。
进一步地，所述逆变器1与控制器1之间和逆变器2与控制器2之间分别设有SVPWM脉宽调制模块。
进一步地，一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，包括：
将所述负载中的不平衡电流与非线性以及无功电流相分离，不平衡电流通过所述其中一台逆变器进行补偿，非线性以及无功电流通过另一台逆变器进行补偿；
以所述控制器1为主控制器，所述控制器2为辅助控制器；
将逆变器给定的基波电流按比例分配到两台逆变器；
两台逆变器采用逐级补偿的方式，即先对负载中的不平衡电流进行补偿，接着再对负载中的非线性以及无功电流进行补偿，或者先对负载中的非线性以及无功电流进行补偿，然后再对负载中的不平衡电流进行补偿。
进一步地，以所述控制器1为主控制器，所述控制器2为辅助控制器的控制过程为：给出控制指令时，由所述控制器1决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流；
不给定控制指令时，所述控制器1依据检测到的不平衡和非线性以及无功电流的大小，决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流。
进一步地，将逆变器给定的基波电流按比例分配到两台逆变器的分配过程为：若不平衡电流较大，减小该逆变器的给定基波电流值，增大另一台逆变器的给定基波电流值；
若非线性以及无功电流较大，减小该逆变器的给定基波电流值，增大其另一台逆变器的给定基波电流值。
进一步地，先对不平衡电流进行补偿的过程为：负载电流分离出不平衡电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含非线性以及无功电流，再将非线性以及无功电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
进一步地，先对非线性以及无功电流进行补偿的过程为：负载电流分离出非线性以及无功电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含不平衡电流，再不平衡电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
进一步地，所述负载电流为：
Figure BDA0002589376950000031
式中，iLha、iLhb、iLhc分别为所述负载的三相电流，
Figure BDA0002589376950000032
分别为所述负载三相基波正序有功电流，
Figure BDA0002589376950000041
分别为所述负载三相非线性以及无功电流，Δinpa、Δinpb、Δinpc分别为所述负载中的三相不平衡电流。
进一步地，先对不平衡电流进行补偿时，逆变器1的输出电流为：
Figure BDA0002589376950000042
式中，is1a、is1b、is1c分别为逆变器1的输出三相电流，Ip1a、Ip1b、Ip1c分别为逆变器1给定的三相基波电流值。
经过逆变器1补偿后的电流为：
Figure BDA0002589376950000043
式中，iLa、iLb、iLc分别为逆变器1补偿后的三相电流。
进一步地，所述逆变器2对负载的非线性以及无功电流进行补偿，则逆变器2的输出电流为：
Figure BDA0002589376950000044
式中，is2a、is2b、is2c分别为逆变器2的三相输出电流，Ip2a、Ip2b、Ip2c分别为逆变器2给定的三相基波电流值。
经过逆变器2补偿后的并网电流为：
Figure BDA0002589376950000045
式中，iga、igb、igc分别为三相并网电流。
根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：
1、本发明采用两台逆变器作为电能质量治理的设备，在变流的同时也能实现对电能质量的治理，治理时，一台逆变器实现对负载不平衡电流进行治理，另一台实现对负载非线性以及无功电流的治理；
2、本发明中采用逐级治理的方式，首先逆变器1完成负载不平衡电流的治理，经过逆变器1治理后的负载电流只含非线性以及无功电流，然后由逆变器2完成非线性以及无功电流的治理(或者逆变器1先完成非线性以及无功电流的治理，再由逆变器2完成不平衡电流的治理)，这样可以更好的分离出不平衡电流、非线性以及无功电流，消除电流分离过程中不平衡电流、非线性以及无功电流之间的相互影响；同时，依据每台逆变器的不同治理对象，每台逆变器可以采用不同的控制策略，对负载的不平衡电流、非线性以及无功电流分开治理，从而达到更好的治理效果。
附图说明
图1为本发明具体实施方式控制系统的框图；
图2为本发明具体实施方式控制系统电流控制结构图；
图3为本发明具体实施方式先治理不平衡的电流的参考电流生成算法图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统包括逆变器1、逆变器2、控制器1、控制器2、LCL滤波器1、LCL滤波器2、PCC公共连接端和负载，所述逆变器1一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器1连接所述负载，所述负载连接所述PCC公共连接端，所述LCL滤波器1通过所述控制器1连接所述逆变器1，所述逆变器2一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器2接于所述负载与所述PCC公共连接端之间，所述LCL滤波器2通过所述控制器2连接所述逆变器2，所述逆变器1与控制器1之间和逆变器2与控制器2之间分别设有SVPWM脉宽调制模块。
所述控制器1接收电流参考值、负载电流、并网电压、所述逆变器1的输出电流，所述控制器2接收电流参考值、所述逆变器1的输出电流与所述负载电流之和、并网电压、所述逆变器2的输出电流，两台控制器输出电压幅值和相角。脉宽调制模块接收控制器输出的电压幅值和相角，对电压幅值和相角进行脉宽调制，得到控制对应逆变器开关管的控制信号，输入对应的逆变器。
如图2所示，图为控制系统电流控制图，所述负载电流如下式：
Figure BDA0002589376950000061
式中，iLha、iLhb、iLhc分别为所述负载的三相电流，
Figure BDA0002589376950000062
分别为所述负载三相基波正序有功电流，
Figure BDA0002589376950000063
分别为所述负载三相非线性以及无功电流，Δinpa、Δinpb、Δinpc分别为所述负载中的三相不平衡电流。
先对不平衡电流进行补偿，则所述逆变器1的输出电流为：
Figure BDA0002589376950000064
式中，is1a、is1b、is1c分别为逆变器1的输出三相电流，Ip1a、Ip1b、Ip1c分别为逆变器1给定的三相基波电流值。
经过所述逆变器1补偿后的电流为：
Figure BDA0002589376950000071
式中，iLa、iLb、iLc分别为逆变器1补偿后的三相电流。
所述逆变器2实现对负载的非线性以及无功电流进行补偿，则所述逆变器2的输出电流为：
Figure BDA0002589376950000072
式中，is2a、is2b、is2c分别为逆变器2的三相输出电流，Ip2a、Ip2b、Ip2c分别为逆变器2给定的三相基波电流值。
经过所述逆变器2补偿后的并网电流为：
Figure BDA0002589376950000073
式中，iga、igb、igc分别为三相并网电流。
两台并联的逆变器通过两个控制器进行控制，根据负载中的不平衡电流、非线性以及无功电流，将不平衡电流与非线性以及无功电流相分离，一台逆变器将负载的不平衡电流加入到电流参考算法中，作为控制器输入，产生调制电压；另一台逆变器将负载的非线性以及无功电流加入到参考电流算法中，作为控制器输入，产生调制电压。
以控制器1为主控制器，控制器2为辅助控制器，控制器1能够与控制器2相互通信，对控制器2进行控制，控制器1也能与PC机进行通信，具体控制如下：
PC机可以直接给出控制指令，由所述控制器1决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流；
PC机不给定控制指令，所述控制器1依据检测到的不平衡和非线性以及无功电流的大小，决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流。
如图3所示，图为先对不平衡进行治理的参考电流生成算法图，首先分离出所述负载的负序电流inp，并且与所述逆变器1给定的基波电流Ip1组合，产生所述逆变器1的参考电流iref1，接着在正序电流ip中分离获得非线性以及无功电流
Figure BDA0002589376950000081
将其与所述逆变器2给定的基波电流Ip2组合，产生所述逆变器1的参考电流iref2。
在补偿的过程中，可以将逆变器给定的基波电流按比例分到两台逆变器上，分配过程为：
若不平衡电流较大，可以减小该逆变器的给定基波电流值，增大另一台逆变器的给定基波电流值；
若非线性以及无功电流较大，可以减小该逆变器的给定基波电流值，增大其另一台逆变器的给定基波电流值。
两台逆变器补偿电流的过程中，采用逐级补偿的方式，即先对负载电流中的不平衡电流进行补偿，接着再对负载中的非线性以及无功电流进行补偿，或者先对负载电流中的非线性以及无功电流进行补偿，然后再对负载中的不平衡电流进行补偿，补偿过程如下：
先对不平衡电流进行补偿时，负载电流分离出不平衡电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含非线性以及无功电流，再将非线性以及无功电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
先对非线性以及无功电流进行补偿时，负载电流分离出非线性以及无功电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含不平衡电流，再不平衡电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，所述基于并联逆变器的电能质量协调系统包括逆变器1、逆变器2、控制器1、控制器2、LCL滤波器1、LCL滤波器2、PCC公共连接端和负载，所述逆变器1一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器1连接所述负载，所述负载连接所述PCC公共连接端，所述LCL滤波器1通过所述控制器1连接所述逆变器1，所述逆变器2一端连接直流电输入端，另一端通过所述LCL滤波器2接于所述负载与所述PCC公共连接端之间，所述LCL滤波器2通过所述控制器2连接所述逆变器2；
将所述负载中的不平衡电流与非线性以及无功电流相分离，不平衡电流通过所述逆变器1进行补偿，非线性以及无功电流通过所述逆变器2进行补偿或者不平衡电流通过所述逆变器2进行补偿，非线性以及无功电流通过所述逆变器1进行补偿；
以所述控制器1为主控制器，所述控制器2为辅助控制器；
将逆变器1和逆变器2给定基波电流之和，再按比例重新分配到逆变器1和逆变器2上，作为逆变器1和逆变器2的给定基波电流；
两台逆变器采用逐级补偿的方式，即先对负载中的不平衡电流进行补偿，接着再对负载中的非线性以及无功电流进行补偿，或者先对负载中的非线性以及无功电流进行补偿，然后再对负载中的不平衡电流进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器1与控制器1之间和逆变器2与控制器2之间分别设有SVPWM脉宽调制模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，以所述控制器1为主控制器，所述控制器2为辅助控制器的控制过程为：给出控制指令时，由所述控制器1决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流；
不给定控制指令时，所述控制器1依据检测到的不平衡和非线性以及无功电流的大小，决定所述逆变器1对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器1的基波电流，再由所述控制器1通过所述控制器2决定所述逆变器2对不平衡电流与非线性以及无功电流的补偿顺序，以及给定所述逆变器2的基波电流。
4.根据权利要求1所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，将逆变器1和逆变器2给定基波电流之和，再按比例重新分配到逆变器1和逆变器2上，作为逆变器1和逆变器2的给定基波电流的分配过程为：若逆变器1的不平衡电流较大，减小逆变器1的给定基波电流值，增大逆变器2的给定基波电流值；若逆变器2的不平衡电流较大，减小逆变器2的给定基波电流值，增大逆变器1的给定基波电流值；
若逆变器1的非线性以及无功电流较大，减小逆变器1的给定基波电流值，增大逆变器2的给定基波电流值；若逆变器2的非线性以及无功电流较大，减小逆变器2的给定基波电流值，增大逆变器1的给定基波电流值。
5.根据权利要求1所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，先对不平衡电流进行补偿的过程为：负载电流分离出不平衡电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含非线性以及无功电流，再将非线性以及无功电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
6.根据权利要求1所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，先对非线性以及无功电流进行补偿的过程为：负载电流分离出非线性以及无功电流作为所述逆变器1的参考电流，经过所述逆变器1补偿后的电流只含不平衡电流，将 不平衡电流分离出来作为所述逆变器2的参考电流，经过所述逆变器2补偿后并入电网。
7.根据权利要求5所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，所述负载电流为：
Figure FDA0003333578790000031
式中，iLha、iLhb、iLhc分别为所述负载的三相电流，
Figure FDA0003333578790000032
分别为所述负载三相基波正序有功电流，
Figure FDA0003333578790000033
分别为所述负载三相非线性以及无功电流，Δinpa、Δinpb、Δinpc分别为所述负载中的三相不平衡电流。
8.根据权利要求7所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，先对不平衡电流进行补偿时，所述逆变器1的输出电流为：
Figure FDA0003333578790000034
式中，is1a、is1b、is1c分别为所述逆变器1的输出三相电流，Ip1a、Ip1b、Ip1c分别为所述逆变器1给定的三相基波电流值；
经过所述逆变器1补偿后的电流为：
Figure FDA0003333578790000041
式中，iLa、iLb、iLc分别为所述逆变器1补偿后的三相电流。
9.根据权利要求8所述的一种基于并联逆变器的电能质量协调系统的控制方法，其特征在于，所述逆变器2对负载的非线性以及无功电流进行补偿，则所述逆变器2的输出电流为：
Figure FDA0003333578790000042
式中，is2a、is2b、is2c分别为所述逆变器2的三相输出电流，Ip2a、Ip2b、Ip2c分别为所述逆变器2给定的三相基波电流值；
经过所述逆变器2补偿后的并网电流为：
Figure FDA0003333578790000043
式中，iga、igb、igc分别为三相并网电流。
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