CN113708374A - 一种并网逆变器谐振抑制电路及方法 - Google Patents

一种并网逆变器谐振抑制电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种并网逆变器谐振抑制电路及方法，其电路包括背靠背双PWM换流器、电网模块、交流母线、位于电网模块和交流母线之间的公共耦合点PCC、连接于公共耦合点PCC的第一采样调理模块和多逆变器并联系统；背靠背双PWM换流器包括直流端相互连接的第一换流器和第二换流器，第一换流器的交流端连接至交流母线，第二换流器的交流端连接至公共耦合点PCC，第一换流器和第二换流器的控制端分别连接有AC/DC双向变换控制器、第二采样调理模块和谐振控制器；本发明可以有效处理并网逆变器台数不同时谐振能量，对多机并网逆变器产生的电压谐振有效抑制，同时可以减少电网谐波污染造成的直流侧电压波动以及功率损耗问题，提高系统工作的可靠性和稳定性。

Description

一种并网逆变器谐振抑制电路及方法
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种并网逆变器谐振抑制电路及方法。
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。微电网中，具有随机性的分布式电源、储能装置通过逆变器连接进入大电网，这就导致了多逆变器并联系统的产生与应用。偏远地区供电所需的长距离输电线路以及变压环节增多造成变压器漏抗不可忽略，导致发电单元与电网联系变弱，使得电网呈现出了弱电网特性。
在弱电网条件下，由于并联逆变器之间以及逆变器与电网之间的耦合作用，系统会产生谐振；同时，实际系统中的电网阻抗以及逆变器到并网点处的线路阻抗又会导致谐振点发生偏移，加剧系统谐振失稳；为了解决上述问题，本申请提出了一种并网逆变器谐振抑制电路及方法。
发明内容
本发明的目的是提供并网逆变器谐振抑制电路及方法，从而解决弱电网条件下多逆变器并联系统的谐振问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种并网逆变器谐振抑制电路，其特征在于，包括背靠背双PWM换流器、电网模块、交流母线、位于电网模块和交流母线之间的公共耦合点PCC、连接于公共耦合点PCC的第一采样调理模块和多逆变器并联系统；所述背靠背双PWM换流器包括直流端相互连接的第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的交流端连接至交流母线，所述第二换流器的交流端连接至公共耦合点PCC，所述第一换流器和第二换流器的控制端分别连接有AC/DC双向变换控制器和谐振控制器，所述第一换流器上还连接有第二采样调理模块。
优选的，所述多逆变器并联系统包括并联的多组逆变组件，每个所述逆变组件包括串联的直流电源、并网逆变器和LCL滤波器，所述LCL滤波器的输出端连接至公共耦合点PCC。
优选的，所述第一换流器和交流母线之间还设置有第一滤波器，所述第二换流器和公共耦合点PCC之间还设置有第二滤波器。
优选的，所述电网模块为弱电网，所述电网模块包含电网阻抗，所述多逆变器并联系统到公共耦合点PCC的线路包含线路阻抗；当环境温度升高时，电网阻抗和线路阻抗增加，当环境温度降低，电网阻抗和线路阻抗降低。
第二方面，本发明提供了一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，包括：
通过第一采样调理模块获取公共耦合点PCC实时的PCC电压和PCC电流，并进行处理获得谐振电压；
通过第二采样调理模块获取第一换流器的直流端电压和交流端电流；
通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号；
通过第一换流器基于第一调制信号动作，减小背靠背双PWM换流器和交流母线之间的环流对多逆变器并联系统的影响；
通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第二调制信号；
通过第二换流器基于第二调制信号动作，模拟谐振频率点的电阻从而抑制多逆变器并联系统产生的电压谐振。
优选的，所述通过采样调理模块对PCC电压进行处理获取基波电压和谐振电压包括：
分离出PCC电压中的三相不平衡电压；
分离出PCC电压中的三相基波电压；
通过PCC电压、三相不平衡电压以及三相基波电压计算获取三相谐振电压，其表达式如下：
Figure BDA0003243625350000031
式中，upcca、upccb、upccc分别为PCC电压，upccaf、upccbf、upcccf分别为三相基波电压，upccar、upccbr、upcccr分别为三相谐振电压，△upcca、△upccb、△upccc分别为三相不平衡电压。
优选的，所述谐振频率点为：
Figure BDA0003243625350000032
Figure BDA0003243625350000041
式中，f1为LCL滤波器的并网逆变器固有谐振频率点，f2为多逆变器并联系统与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点；L1、L2、C分别为LCL滤波器逆变侧电感、并网侧电感以及滤波电容；Lline为并网逆变器到公共耦合点PCC线路的线路阻抗；n为并网逆变器的数量，Lg为并网逆变器的固有阻抗。
优选的，当环境温度变化后，固有谐振频率点f1和与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点f2偏移，通过谐振控制器实时更新第三调制信号，通过第二换流器基于更新后的第三调整信号模拟偏移后的谐振频率点的电阻从而降低多逆变器并联系统在环境温度发生变化后的电压谐振失稳。
优选的，所述通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号包括：
AC/DC双向变换控制器包括电压控制器以及电流控制器；
将第一换流器的直流端电压作为电压反馈量输入电压控制器，通过预设的直流电压参考值和电压反馈量的误差经过电压控制算法生成电流参考值；
将第一换流器的交流端电流作为电流反馈量输入电流控制器，通过电流参考值和电流反馈量的误差经过加入环流抑制算法的电流控制算法生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第一换流器工作的第一调制信号。
优选的，所述通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第二调制信号包括：
将谐振电压除以模拟谐振频率处的电阻得到电流参考值；
将PCC电流作为电流反馈量输入谐振控制器中；
谐振控制器基于电流反馈量和电流参考值的误差生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第二换流器工作的第二调制信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种并网逆变器谐振抑制电路及方法，采取背靠背双PWM换流器治理方式，相较于单换流器直流侧接电容方式，本发明可以减少电网谐波污染造成的直流侧电压波动以及功率损耗问题，提高多逆变器并联系统工作的可靠性和稳定性，从而解决弱电网条件下多逆变器并联系统的谐振问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种并网逆变器谐振抑制电路的电路图；
图2是本发明实施例提供的一种并网逆变器谐振抑制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的PCC电压分离示意图；
图4是本发明实施例提供的背靠背双PWM换流器的控制框图。
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。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种并网逆变器谐振抑制电路，包括背靠背双PWM换流器、电网模块、交流母线、位于电网模块和交流母线之间的公共耦合点PCC、连接于公共耦合点PCC的第一采样调理模块和多逆变器并联系统。第一换流器和交流母线之间还设置有第一滤波器，第二换流器和公共耦合点PCC之间还设置有第二滤波器，第一换流器上还连接有第二采样调理模块。
背靠背双PWM换流器包括直流端相互连接的第一换流器和第二换流器，第一换流器的交流端连接至交流母线，第二换流器的交流端连接至公共耦合点PCC，第一换流器和第二换流器的控制端分别连接有AC/DC双向变换控制器和谐振控制器。第一换流器通过AC/DC双向变换控制器控制保证稳定直流电压udc。
多逆变器并联系统包括并联的多组逆变组件，每个逆变组件包括串联的直流电源、并网逆变器和LCL滤波器，LCL滤波器的输出端连接至公共耦合点PCC。
电网模块为弱电网，电网模块包含电网阻抗，多逆变器并联系统到公共耦合点PCC的线路包含线路阻抗；当环境温度升高时，电网阻抗和线路阻抗增加，当环境温度降低，电网阻抗和线路阻抗降低。
该并网逆变器谐振抑制电路的工作原理为：
实时检测公共耦合点PCC的PCC电压upcc，将电压信号分离出三相不平衡信号、基波信号以及谐振信号；将分离出的谐振电压信号加到谐振控制器中，生成调制信号，通过控制第二换流器工作来增强多逆变器并联系统在谐振频率处的阻尼特性；此外，在第一换流器的控制策略中，增加环流抑制策略，来减少背靠背换流装置和电压母线间的环流对系统的危害。
实施例二
如图2所示，本实施例提供了一种并网逆变器谐振抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、通过第一采样调理模块获取公共耦合点PCC实时的PCC电压和PCC电流，并进行处理获得谐振电压；
步骤2、通过第二采样调理模块获取第一换流器的直流端电压和交流端电流；
步骤3、通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号；
步骤4、通过第一换流器基于第一调制信号动作，减小背靠背双PWM换流器和交流母线之间的环流对多逆变器并联系统的影响；
步骤5、通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第二调制信号；
步骤6、通过第二换流器基于第二调制信号动作，模拟谐振频率点的电阻从而抑制多逆变器并联系统产生的电压谐振。
具体的：
(1)如图3所示，通过采样调理模块对PCC电压进行处理获取基波电压和谐振电压包括：
分离出PCC电压中的三相不平衡电压；
分离出PCC电压中的三相基波电压；
通过PCC电压、三相不平衡电压以及三相基波电压计算获取三相谐振电压，其表达式如下：
Figure BDA0003243625350000081
式中，upcca、upccb、upccc分别为PCC电压，upccaf、upccbf、upcccf分别为三相基波电压，upccar、upccbr、upcccr分别为三相谐振电压，△upcca、△upccb、△upccc分别为三相不平衡电压。
(2)谐振频率点为：
Figure BDA0003243625350000082
Figure BDA0003243625350000083
式中，f1为LCL滤波器的并网逆变器固有谐振频率点，f2为多逆变器并联系统与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点；L1、L2、C分别为LCL滤波器逆变侧电感、并网侧电感以及滤波电容；Lline为并网逆变器到公共耦合点PCC线路的线路阻抗；n为并网逆变器的数量，Lg为并网逆变器的固有阻抗。
当环境温度升高时，电网阻抗和线路阻抗增加，当环境温度降低，电网阻抗和线路阻抗降低。在本实施例中，当环境温度变化后，固有谐振频率点f1和与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点f2偏移，通过谐振控制器实时更新第三调制信号，通过第二换流器基于更新后的第三调整信号模拟偏移后的谐振频率点的电阻从而降低多逆变器并联系统在环境温度发生变化后的电压谐振失稳。
(3)如图4所示，通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号包括：
AC/DC双向变换控制器包括电压控制器以及电流控制器；
将第一换流器的直流端电压udc作为电压反馈量输入电压控制器，通过预设的直流电压参考值
Figure BDA0003243625350000091
和电压反馈量udc的误差经过电压控制算法生成电流参考值
Figure BDA0003243625350000092
将第一换流器的交流端电流i0作为电流反馈量输入电流控制器，通过电流参考值
Figure BDA0003243625350000093
和电流反馈量i0的误差经过加入环流抑制算法的电流控制算法生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第一换流器工作的第一调制信号SVPWM1。
其中，电压控制算法和电流控制算法均可以选用PI控制算法，环流抑制算法可以选用现有的成熟环流抑制算法。
(4)如图4所示，通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第三调制信号包括：
将谐振电压upccr除以模拟谐振频率处的电阻Rv得到电流参考值
Figure BDA0003243625350000101
将PCC电流ipcc作为电流反馈量输入谐振控制器中；
谐振控制器基于电流反馈量ipcc和电流参考值
Figure BDA0003243625350000102
的误差生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第二换流器开关动作的第二调制信号SVPWM2。
本发明基于一组背靠背双PWM换流器，实时检测PCC点电网电压，将谐振信号从电网电压信号分离出，并将分离出的谐振电压信号加到谐振控制器中，控制第二换流器工作，等效构造在谐振频率处的阻抗，从而改善多机并联系统在谐振频率处的阻尼特性，有效抑制由于多机并网逆变器产生的电压谐振。本发明通过分别控制背靠背双PWM换流器工作，可以有效处理并网逆变器台数不同时谐振能量，对多机并网逆变器产生的电压谐振有效抑制，同时可以减少电网谐波污染造成的直流侧电压波动以及功率损耗问题，提高系统工作的可靠性和稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并网逆变器谐振抑制电路，其特征在于，包括背靠背双PWM换流器、电网模块、交流母线、位于电网模块和交流母线之间的公共耦合点PCC、连接于公共耦合点PCC的第一采样调理模块和多逆变器并联系统；所述背靠背双PWM换流器包括直流端相互连接的第一换流器和第二换流器，所述第一换流器的交流端连接至交流母线，所述第二换流器的交流端连接至公共耦合点PCC，所述第一换流器和第二换流器的控制端分别连接有AC/DC双向变换控制器和谐振控制器，所述第一换流器上还连接有第二采样调理模块。
2.根据权利要求1所述的一种并网逆变器谐振抑制电路，其特征在于，所述多逆变器并联系统包括并联的多组逆变组件，每个所述逆变组件包括串联的直流电源、并网逆变器和LCL滤波器，所述LCL滤波器的输出端连接至公共耦合点PCC。
3.根据权利要求1所述的一种并网逆变器谐振抑制电路，其特征在于，所述第一换流器和交流母线之间还设置有第一滤波器，所述第二换流器和公共耦合点PCC之间还设置有第二滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种并网逆变器谐振抑制电路，其特征在于，所述电网模块为弱电网，所述电网模块包含电网阻抗，所述多逆变器并联系统到公共耦合点PCC的线路包含线路阻抗；当环境温度升高时，电网阻抗和线路阻抗增加，当环境温度降低，电网阻抗和线路阻抗降低。
5.一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，包括：
通过第一采样调理模块获取公共耦合点PCC实时的PCC电压和PCC电流，并进行处理获得谐振电压；
通过第二采样调理模块获取第一换流器的直流端电压和交流端电流；
通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号；
通过第一换流器基于第一调制信号动作，减小背靠背双PWM换流器和交流母线之间的环流对多逆变器并联系统的影响；
通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第二调制信号；
通过第二换流器基于第二调制信号动作，模拟谐振频率点的电阻从而抑制多逆变器并联系统产生的电压谐振。
6.根据权利要求5所述的一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，所述通过采样调理模块对PCC电压进行处理获取基波电压和谐振电压包括：
分离出PCC电压中的三相不平衡电压；
分离出PCC电压中的三相基波电压；
通过PCC电压、三相不平衡电压以及三相基波电压计算获取三相谐振电压，其表达式如下：
Figure FDA0003243625340000021
式中，upcca、upccb、upccc分别为PCC电压，upccaf、upccbf、upcccf分别为三相基波电压，upccar、upccbr、upcccr分别为三相谐振电压，△upcca、△upccb、△upccc分别为三相不平衡电压。
7.根据权利要求5所述的一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，所述谐振频率点为：
Figure FDA0003243625340000031
Figure FDA0003243625340000032
式中，f1为LCL滤波器的并网逆变器固有谐振频率点，f2为多逆变器并联系统与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点；L1、L2、C分别为LCL滤波器逆变侧电感、并网侧电感以及滤波电容；Lline为并网逆变器到公共耦合点PCC线路的线路阻抗；n为并网逆变器的数量，Lg为并网逆变器的固有阻抗。
8.根据权利要求7所述的一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，当环境温度变化后，固有谐振频率点f1和与电网模块的电网阻抗耦合产生的谐振频率点f2偏移，通过谐振控制器实时更新第三调制信号，通过第二换流器基于更新后的第三调整信号模拟偏移后的谐振频率点的电阻从而降低多逆变器并联系统在环境温度发生变化后的电压谐振失稳。
9.根据权利要求5所述的一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，所述通过AC/DC双向变换控制器基于第一换流器的直流端电压和交流端电流生成第一调制信号包括：
AC/DC双向变换控制器包括电压控制器以及电流控制器；
将第一换流器的直流端电压作为电压反馈量输入电压控制器，通过预设的直流电压参考值和电压反馈量的误差经过电压控制算法生成电流参考值；
将第一换流器的交流端电流作为电流反馈量输入电流控制器，通过电流参考值和电流反馈量的误差经过加入环流抑制算法的电流控制算法生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第一换流器工作的第一调制信号。
10.根据权利要求5所述的一种并网逆变器谐振抑制方法，其特征在于，所述通过谐振控制器基于谐振电压和PCC电流生成第二调制信号包括：
将谐振电压除以模拟谐振频率处的电阻得到电流参考值；
将PCC电流作为电流反馈量输入谐振控制器中；
谐振控制器基于电流反馈量和电流参考值的误差生成SVPWM的载波电压信号，得到驱动第二换流器工作的第二调制信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114709842A (zh) * 2022-03-31 2022-07-05 西门子（上海）电气传动设备有限公司 电网侧电压波动抑制系统、方法和存储介质

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