CN112039094A - 一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，采集分布式电源并网点的三相电压和电流信号，利用二阶广义积分器提取其序分量；使用传统控制策略计算正序电流参考值；考虑到负序电压分量对输出稳定性的影响，在控制策略中增加负序电压抑制模块，引入负序电压误差因子，得到对分布式电源输出电压中负序分量进行抑制的负序参考电流参考值，并且通过广义Routh判据进行控制参数整定以确保闭环控制系统的稳定性；最终根据电流参考值产生分布式电源控制脉冲。本发明可在分布式电源并网点电压不平衡的情况下保持分布式电源的稳定运行，控制方法简单实用，有效提高了分布式电源应对电压不平衡的能力，具有重要的理论和实际应用价值。

Description

一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法

技术领域

本发明属于分布式电源控制技术领域，特别涉及一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法。

背景技术

分布式电源在电网的渗透程度大幅提高，给电网带来诸多效益。但影响分布式电源输出电压质量的重要因素是电网电压不平衡。在电网电压不平衡时，分布式电源逆变器的输出电压中将额外增加一个负序电压分量，从而使电压波形发生畸变，如果电压不平衡很严重，即电压不平衡系数(VUF)≥2.5％，会造成功率损失增加、敏感负载异常运行、对输送电机、电力电子逆变器和电子设备的使用寿命产生不良影响等不良后果。因此对抑制负序电压的控制技术的研究受到了广泛关注。目前主要的技术方案有：增加有源电力滤波器；安装静态同步补偿器，上述方案应用于实际电网时会增加额外成本，降低分布式电源的收益；而分布式电源控制策略的负序电压消除技术不需要添加额外设备，并且可以在并网时同时使用，近年来成为研究的热点。

本发明的基于负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，采集分布式电源并网点的三相电压和电流信号，利用二阶广义积分器提取其序分量；使用传统控制策略计算正序电流参考值；考虑到负序电压分量对输出稳定性的影响，在控制策略中增加负序电压抑制模块，引入负序电压误差因子，得到对分布式电源输出电压中负序分量进行抑制的负序参考电流参考值，并且通过广义Routh判据进行控制参数整定以确保闭环控制系统的稳定性；最终根据电流参考值产生分布式电源控制脉冲。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法。

本发明的技术方案为一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采集分布式电源并网点处三相电压、分布式电源并网点处三相电流，将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压，将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流；

步骤2：将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取αβ坐标系下电压序分量，将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量；

步骤3：通过αβ坐标系下电压序分量、分布式电源输出功率参考值计算分布式电源输出电流正序分量参考值；

步骤4：计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子，计算分布式电源输出电流负序分量参考值，构建系统稳定性的奇数阶行列式，进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数；

步骤5：计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，将分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，结合分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量以及β分量，通过采用电流滞环，空间矢量等方法生成分布式电源逆变器的控制脉冲信号，以控制分布式电源输出电压。

作为优选，步骤1所述分布式电源并网点处三相电压为：e_a、e_b、e_c；

步骤1所述分布式电源并网点处三相电流为：i_a、i_b、i_c；

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压为：

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流为：

其中，e_α为αβ坐标系下α轴电压分量，e_β为αβ坐标系下β轴电压分量，i_α为αβ坐标系下α轴电流分量，i_β为αβ坐标系下β轴电流分量；

作为优选，步骤2所述将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取电压序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压正序分量，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电压正序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量；

步骤2所述将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电流正序分量，

为αβ坐标系下α轴电流负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电流正序分量，

为αβ坐标系下β轴电流负序分量；

作为优选，步骤3所述计算分布式电源输出电流正序分量参考值为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值；

作为优选，步骤4所述计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子为：

设置分布式电源输出电压负序分量的参考值为0：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量，

为负序电压误差因子的α轴分量，

为负序电压误差因子的β轴分量；

步骤4所述计算分布式电源输出电流负序分量参考值为：

其中，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率，e^jωt为旋转算子，T＝T_a+jT_b为控制参数，T_a为控制参数的实部，T_b为控制参数的虚部；

步骤4所述构建系统稳定性的奇数阶行列式为：

Δ₁＝x₁,

其中：Δ₁为控制系统矩阵的1阶行列式，Δ₃为控制系统矩阵的3阶行列式，Δ₅为控制系统矩阵的5阶行列式；

x₀＝1

x₁＝2σω+T_aL₀σω

x₂＝ω²+T_aR₀σω+2T_bL₀σω²

x₃＝-T_aL₀σω³+T_bR₀σω²

y₁＝ω+T_bL₀σω

y₂＝2σω²-2T_aL₀σω²+T_bR₀σω

y₃＝ω³-T_aR₀σω²-T_bR₀σω³

其中，σ＝5/(ωt_s)，t_s＝1/f为电力系统工频周期，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率；

步骤4所述进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数为：

采用广义Routh-Hurwitz判据，为保证控制系统稳定要求Δ₁、Δ₃、Δ₅的行列式值均大于0，从而得出T_a、T_b的可取值范围，在所述可取回范围内取值即可确保闭环控制系统稳定；

作为优选，步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量为：

步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下β分量为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量i_α通过步骤1所述Clarke变换计算；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下β分量i_β通过步骤1所述Clarke变换计算。

本发明可在分布式电源并网点电压不平衡的情况下保持分布式电源的稳定运行，控制方法简单实用，有效提高了分布式电源应对电压不平衡的能力，具有重要的理论和实际应用价值。

本发明的有益效果是在负荷不平衡或者发生变化导致三相电压不平衡时，可以通过控制模块抑制负序电压对控制策略的影响，同时对控制参数进行整定，在不增加额外设备的情况下，有效提高了分布式电源应对并网电力系统电压中负序分量的能力，提高了分布式电源运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1：为本发明的系统结构框图。

图2：为本发明的负序电压抑制控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示本发明的系统结构框图。本发明系统主要由电力系统、分布式电源、滤波器、主控制器构成。分布式电源与滤波器连接，滤波器与电力系统连接，电压传感器和电流传感器测量分布式电源并网点处三相电压e_a、e_b、e_c和分布式电源并网点处三相电流i_a、i_b、i_c，将所测得信号传输到主控制器；主控制器按照本发明提出的分布式电源负序电压抑制方法输出控制脉冲，分布式电源根据控制脉冲输出电压。

如图2所示，一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，具体为：

步骤1：采集分布式电源并网点处三相电压、分布式电源并网点处三相电流，将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压，将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流；

步骤1所述分布式电源并网点处三相电压为：e_a、e_b、e_c；

步骤1所述分布式电源并网点处三相电流为：i_a、i_b、i_c；

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压为：

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流为：

其中，e_α为αβ坐标系下α轴电压分量，e_β为αβ坐标系下β轴电压分量，i_α为αβ坐标系下α轴电流分量，i_β为αβ坐标系下β轴电流分量；

步骤2：将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取αβ坐标系下电压序分量，将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量；

步骤2所述将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取电压序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压正序分量，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电压正序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量；

步骤2所述将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电流正序分量，

为αβ坐标系下α轴电流负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电流正序分量，

为αβ坐标系下β轴电流负序分量；

步骤3：通过αβ坐标系下电压序分量、分布式电源输出功率参考值计算分布式电源输出电流正序分量参考值；

步骤3所述计算分布式电源输出电流正序分量参考值为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值；

步骤4：计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子，计算分布式电源输出电流负序分量参考值，构建系统稳定性的奇数阶行列式，进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数；

步骤4所述计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子为：

设置分布式电源输出电压负序分量的参考值为0：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量，

为负序电压误差因子的α轴分量，

为负序电压误差因子的β轴分量；

步骤4所述计算分布式电源输出电流负序分量参考值为：

其中，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率，e^jωt为旋转算子，T＝T_a+jT_b为控制参数，T_a为控制参数的实部，T_b为控制参数的虚部；

步骤4所述构建系统稳定性的奇数阶行列式为：

Δ₁＝x₁,

其中：Δ₁为控制系统矩阵的1阶行列式，Δ₃为控制系统矩阵的3阶行列式，Δ₅为控制系统矩阵的5阶行列式；

x₀＝1

x₁＝2σω+T_aL₀σω

x₂＝ω²+T_aR₀σω+2T_bL₀σω²

x₃＝-T_aL₀σω³+T_bR₀σω²

y₁＝ω+T_bL₀σω

y₂＝2σω²-2T_aL₀σω²+T_bR₀σω

y₃＝ω³-T_aR₀σω²-T_bR₀σω³

其中，σ＝5/(ωt_s)，t_s＝1/f为电力系统工频周期，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率；

步骤4所述进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数为：

采用广义Routh-Hurwitz判据，为保证控制系统稳定要求Δ₁、Δ₃、Δ₅的行列式值均大于0，从而得出T_a、T_b的可取值范围，在所述可取回范围内取值即可确保闭环控制系统稳定；

步骤5：计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，将分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，结合分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量以及β分量，通过采用电流滞环，空间矢量等方法生成分布式电源中逆变器的控制脉冲信号，以控制分布式电源输出电压。

步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量为：

步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下β分量为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量i_α通过步骤1所述Clarke变换计算；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下β分量i_β通过步骤1所述Clarke变换计算。

本发明通过采用基于负序电压误差因子的旋转变换，即可简单方便地产生对分布式电源输出电压中负序分量进行抑制的参考电流，通过广义Routh判据进行参数整定以确保闭环控制系统的稳定性。控制系统简单便于实现，有效提高了分布式电源应对并网电力系统电压中负序分量的能力，提高了分布式电源运行的稳定性和可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集分布式电源并网点处三相电压、分布式电源并网点处三相电流，将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压，将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流；

步骤2：将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取αβ坐标系下电压序分量，将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量；

步骤3：通过αβ坐标系下电压序分量、分布式电源输出功率参考值计算分布式电源输出电流正序分量参考值；

步骤4：计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子，计算分布式电源输出电流负序分量参考值，构建系统稳定性的奇数阶行列式，进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数；

步骤5：计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，将分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量以及β分量，结合分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量以及β分量，通过采用电流滞环，空间矢量等方法生成分布式电源逆变器的控制脉冲信号，以控制分布式电源输出电压。

2.根据权利要求1所述的负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于：

步骤1所述分布式电源并网点处三相电压为：e_a、e_b、e_c；

步骤1所述分布式电源并网点处三相电流为：i_a、i_b、i_c；

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电压通过Clarke变换得到αβ坐标系下电压为：

步骤1所述将分布式电源并网点处三相电流通过Clarke变换得到αβ坐标系下电流为：

其中，e_α为αβ坐标系下α轴电压分量，e_β为αβ坐标系下β轴电压分量，i_α为αβ坐标系下α轴电流分量，i_β为αβ坐标系下β轴电流分量。

3.根据权利要求1所述的负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于：

步骤2所述将αβ坐标系下电压使用二阶广义积分器提取电压序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压正序分量，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电压正序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量；

步骤2所述将αβ坐标系下电流使用二阶广义积分器提取电流序分量为：

其中，

为αβ坐标系下α轴电流正序分量，

为αβ坐标系下α轴电流负序分量分量，

为αβ坐标系下β轴电流正序分量，

为αβ坐标系下β轴电流负序分量。

4.根据权利要求1所述的负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于：

步骤3所述计算分布式电源输出电流正序分量参考值为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值。

5.根据权利要求1所述的负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于：

步骤4所述计算分布式电源输出电压的负序电压误差因子为：

设置分布式电源输出电压负序分量的参考值为0：

其中，

为αβ坐标系下α轴电压负序分量，

为αβ坐标系下β轴电压负序分量，

为负序电压误差因子的α轴分量，

为负序电压误差因子的β轴分量；

步骤4所述计算分布式电源输出电流负序分量参考值为：

其中，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率，e^jωt为旋转算子，T＝T_a+jT_b为控制参数，T_a为控制参数的实部，T_b为控制参数的虚部；

步骤4所述构建系统稳定性的奇数阶行列式为：

Δ₁＝x₁,

其中：Δ₁为控制系统矩阵的1阶行列式，Δ₃为控制系统矩阵的3阶行列式，Δ₅为控制系统矩阵的5阶行列式；

x₀＝1

x₁＝2σω+T_aL₀σω

x₂＝ω²+T_aR₀σω+2T_bL₀σω²

x₃＝-T_aL₀σω³+T_bR₀σω²

y₁＝ω+T_bL₀σω

y₂＝2σω²-2T_aL₀σω²+T_bR₀σω

y₃＝ω³-T_aR₀σω²-T_bR₀σω³

其中，σ＝5/(ωt_s)，t_s＝1/f为电力系统工频周期，ω＝2πf为角速度，f为分布式电源接入电力系统的频率；

步骤4所述进一步根据控制系统的稳定性选取控制参数为：

采用广义Routh-Hurwitz判据，为保证控制系统稳定要求Δ₁、Δ₃、Δ₅的行列式值均大于0，从而得出T_a、T_b的可取值范围，在所述可取回范围内取值即可确保闭环控制系统稳定。

6.根据权利要求1所述的负序电压误差因子的分布式电源负序电压抑制方法，其特征在于：

步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下α分量为：

步骤5所述计算分布式电源输出电流参考值αβ坐标系下β分量为：

其中，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下α分量的参考值，

为分布式电源输出电流αβ坐标系下β分量的参考值，P_ref为步骤3所述分布式电源输出功率参考值；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下α分量i_α通过步骤1所述Clarke变换计算；

步骤5所述分布式电源实际输出电流αβ坐标系下β分量i_β通过步骤1所述Clarke变换计算。

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