CN114614493A - 一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法 - Google Patents

一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法，包括以下步骤：前馈信号计算模块可调节前馈值高频分量的幅值，通过调节相角补偿参数实现超前或滞后补偿，可对高频分量的相位进行补偿，这两个自由度的合理调节，可使并网逆变器在弱电网下稳定并网；前馈信号计算模块最终输出4个变量
Figure 505975DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 346892DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 152037DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 205444DEST_PATH_IMAGE004
；将经过前馈信号计算模块得到的4个变量
Figure 841962DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 57042DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 146221DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 737740DEST_PATH_IMAGE004
分别按照正负序坐标系进行反Park变换得到正序坐标系下的
Figure 228764DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 614746DEST_PATH_IMAGE006
和负序坐标系下的
Figure 456800DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 586430DEST_PATH_IMAGE008
；正负序同步得到
Figure 931961DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 754423DEST_PATH_IMAGE010
。本发明在电网电压不平衡时，能够有较好的性能，实现正负序电流的独立控制，同时能提高逆变器在弱电网情况下并网运行的稳定性。

Description

一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法
技术领域
本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种能够适应不平衡电网的光伏并网逆变器正负序解耦电网电压前馈控制方法。
背景技术
为提高并网电流的质量，减少并网点电压波动对电流的影响，主流的并网逆变器控制均会添加电网电压前馈控制，目前一般的电压前馈控制方法多采用如下手段：采集三相电网电压信号，通过Park变换（派克变换）将三相交流信号转换为dq坐标系下的直流信号，但是由于并网点的电压一般存在很多谐波成分以及采样过程中不可避免引入的高频干扰，这些干扰将会对并网逆变器的运行稳定性产生不好的影响，因此一般会将dq坐标系下的变量进行低通滤波，将滤波后的值作为电网电压前馈值。
如上所述，现有前馈控制方法一般没有对高次谐波进行补偿，无法减轻并网点电压高频成分及采样干扰带来的影响，该方法在电网电压平衡度较好的情况下可取得较好控制结果。但是，当电网电压不平衡时，采用很难满足控制要求，其具体原因如下：当电网电压不平衡时将产生负序分量，按照上文所述，对电网电压进行Park变换时，是基于正序分量进行的变换，此时负序分量无法完整体现，导致并网电流控制效果差，甚至由于产生不受控的负序电流分量而导致机器脱网甚至损坏。
发明内容
本发明设计了一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其解决的技术问题是当现有电网电压不平衡时将产生负序分量，对电网电压进行Park变换时，是基于正序分量进行的变换，此时负序分量无法完整体现，导致并网电流控制效果差，甚至由于产生不受控的负序电流分量而导致机器脱网甚至损坏。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤1、采集并网点电网电压，对其进行正负序解耦，得到4个变量
Figure 730023DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 178321DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 489217DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 681164DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2、采用正序分量
Figure 26695DEST_PATH_IMAGE002
进行软件锁相，使系统能够稳定跟随电网电压正序分量的相角θ；
步骤3、将正负序分量
Figure 583578DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 647349DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 580670DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 777777DEST_PATH_IMAGE004
输入前馈信号计算模块；
步骤4、前馈信号计算模块可调节前馈值高频分量的幅值，通过调节相角补偿参数实现超前或滞后补偿，可对高频分量的相位进行补偿，这两个自由度的合理调节，可使并网逆变器在弱电网下稳定并网；前馈信号计算模块最终输出4个变量
Figure 567879DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 56629DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 590379DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 644922DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤5、将经过前馈信号计算模块得到的4个变量
Figure 74767DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 847550DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 857095DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 31724DEST_PATH_IMAGE008
分别按照正负序坐标系进行反Park变换得到正序坐标系下的
Figure 898049DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 423708DEST_PATH_IMAGE010
和负序坐标系下的
Figure 236943DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 531659DEST_PATH_IMAGE012
；正负序同步得到
Figure 37726DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 519523DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤6、将其进行反Clack变换得到三相静止坐标系下的
Figure 198766DEST_PATH_IMAGE015
，用该值作为最终的前馈值进行PWM调制，可实现正负序解耦的电网电压前馈控制。
优选地，步骤1中的
Figure 285671DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 759378DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 994050DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 149088DEST_PATH_IMAGE004
均包含高次谐波，为后续对基波与谐波分别处理提供了基础。
优选地，步骤1中的
Figure 418395DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 266265DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 988234DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 946962DEST_PATH_IMAGE004
四个变量是三相电网电压根据正负序解耦公式计算得来，三相电网电压值同时变化或者某一相电压值变化时，会得到不同的四个变量值；四个变量值实时变化的。
优选地，前馈信号计算模块包括低通滤波器LPF和调节参数K，
Figure 805197DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 89548DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 236495DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 64162DEST_PATH_IMAGE004
依次通过低通滤波器LPF和K处理，并且通过自身对高频分量的相位进行补偿。
优选地，进行步骤5中反Park变换前将电流环的正序电流d，正序电流q，负序电流d，负序电流q的输出值分别叠加到
Figure 980165DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 966576DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 600819DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 88301DEST_PATH_IMAGE008
上。
优选地，步骤5中反Park变换稳定跟随电网电压正序分量的相角θ。
一种光伏并网逆变器，其特征在于：其使用上述的电网电压前馈控制方法。
该正负序解耦的电网电压前馈控制方法具有以下有益效果：
（1）本发明在电网电压不平衡时，能够有较好的性能，实现正负序电流的独立控制，同时能提高逆变器在弱电网情况下并网运行的稳定性。
（2）本发明正序和负序解耦控制，可分别对正负序设定不同的参数，满足各种不同的并网环境。
（3）本发明前馈控制方法在参数能够适应弱电网的情况下，响应速度较常规方法更快，在电压穿越时能够提供较好的动态响应。
附图说明
图1：本发明中前馈信号计算模块框图。
具体实施方式
下面结合图1，对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法，包括以下步骤：采集并网点电网电压，对其进行正负序解耦，得到4个变量
Figure 124390DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 281702DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 403242DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 569781DEST_PATH_IMAGE004
。采用正序分量
Figure 194797DEST_PATH_IMAGE002
进行软件锁相，使系统能够稳定跟随电网电压正序分量的相角θ。将正负序分量
Figure 788590DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 131846DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 102077DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 112758DEST_PATH_IMAGE004
输入前馈信号计算模块。前馈信号计算模块可调节前馈值高频分量的幅值，通过调节相角补偿参数实现超前或滞后补偿，可对高频分量的相位进行补偿，这两个自由度的合理调节，可使并网逆变器在弱电网下稳定并网；前馈信号计算模块最终输出4个变量
Figure 815135DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 708004DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 154029DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 815955DEST_PATH_IMAGE008
。将经过前馈信号计算模块得到的4个变量
Figure 689233DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 272661DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 319114DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 38809DEST_PATH_IMAGE008
分别按照正负序坐标系进行反Park变换得到正序坐标系下的
Figure 145305DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 950450DEST_PATH_IMAGE010
和负序坐标系下的
Figure 800594DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 640374DEST_PATH_IMAGE012
；正负序同步得到
Figure 855455DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 965141DEST_PATH_IMAGE014
。将其进行反Clack变换得到三相静止坐标系下的
Figure 556660DEST_PATH_IMAGE015
，用该值作为最终的前馈值进行PWM调制，可实现正负序解耦的电网电压前馈控制。
步骤1中的
Figure 47684DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 433666DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 478982DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 670929DEST_PATH_IMAGE004
均包含高次谐波，为后续对基波与谐波分别处理提供了基础。
步骤1中的
Figure 954143DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 838922DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 840376DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 836014DEST_PATH_IMAGE004
四个变量是三相电网电压根据正负序解耦公式计算得来，三相电网电压值同时变化或者某一相电压值变化时，会得到不同的四个变量值；四个变量值实时变化的。
前馈信号计算模块包括低通滤波器LPF和调节参数K，
Figure 973735DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 232678DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 783745DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 255177DEST_PATH_IMAGE004
依次通过低通滤波器LPF和K处理，并且通过自身对高频分量的相位进行补偿。
进行步骤5中反Park变换前将电流环的正序电流d，正序电流q，负序电流d，负序电流q的输出值分别叠加到
Figure 575300DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 739565DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 512349DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 53052DEST_PATH_IMAGE008
上。
步骤5中反Park变换稳定跟随电网电压正序分量的相角θ。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种正负序解耦的电网电压前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤1、采集并网点电网电压，对其进行正负序解耦，得到4个变量
Figure 177877DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 247464DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 773123DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 586358DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2、采用正序分量
Figure 84336DEST_PATH_IMAGE002
进行软件锁相，使系统能够稳定跟随电网电压正序分量的相角θ；
步骤3、将正负序分量
Figure 387141DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 337780DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 17023DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 103927DEST_PATH_IMAGE004
输入前馈信号计算模块；
步骤4、前馈信号计算模块可调节前馈值高频分量的幅值，通过调节相角补偿参数实现超前或滞后补偿，可对高频分量的相位进行补偿，这两个自由度的合理调节，可使并网逆变器在弱电网下稳定并网；前馈信号计算模块最终输出4个变量
Figure 843213DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 15569DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 436186DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 705493DEST_PATH_IMAGE008
；
步骤5、将经过前馈信号计算模块得到的4个变量
Figure 287784DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 9752DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 234060DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 295557DEST_PATH_IMAGE008
分别按照正负序坐标系进行反Park变换得到正序坐标系下的
Figure 376646DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 523593DEST_PATH_IMAGE010
和负序坐标系下的
Figure 85680DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 1684DEST_PATH_IMAGE012
；正负序同步得到
Figure 456936DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 153496DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤6、将其进行反Clack变换得到三相静止坐标系下的
Figure 454028DEST_PATH_IMAGE015
，用该值作为最终的前馈值进行PWM调制，可实现正负序解耦的电网电压前馈控制。
2.根据权利要求1所述的正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其特征在于：步骤1中的
Figure 286854DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 647429DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 34548DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 935508DEST_PATH_IMAGE004
均包含高次谐波，为后续对基波与谐波分别处理提供了基础。
3.根据权利要求1所述的正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其特征在于：步骤1中的
Figure 826103DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 419896DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 28731DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 936645DEST_PATH_IMAGE004
四个变量是三相电网电压根据正负序解耦公式计算得来，三相电网电压值同时变化或者某一相电压值变化时，会得到不同的四个变量值；四个变量值实时变化的。
4.根据权利要求1所述的正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其特征在于：前馈信号计算模块包括低通滤波器LPF和调节参数K，
Figure 744064DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 446440DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 339310DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 785335DEST_PATH_IMAGE004
依次通过低通滤波器LPF和K处理，并且通过自身对高频分量的相位进行补偿。
5.根据权利要求1所述的正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其特征在于：进行步骤5中反Park变换前将电流环的正序电流d，正序电流q，负序电流d，负序电流q的输出值分别叠加到
Figure 650523DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 586118DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 903966DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 950420DEST_PATH_IMAGE008
上。
6.根据权利要求1所述的正负序解耦的电网电压前馈控制方法，其特征在于：步骤5中反Park变换稳定跟随电网电压正序分量的相角θ。
7.一种光伏并网逆变器，其特征在于：其使用权利要求1-6中任何一项所述的电网电压前馈控制方法。
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