CN117997154A - 构网变换器功率控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种构网变换器功率控制方法，可以应用于新能源并网变换器控制技术领域。该方法包括：基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；基于瞬时有功功率和瞬时无功功率，通过下垂控制确定构网变换器的正序电压参考值；基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值；基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，对构网变换器的输出功率进行闭环控制。本发明还提供了一种构网变换器功率控制装置、电子设备及存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及新能源并网变换器控制技术领域，更具体地，涉及一种构网变换器功率控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着“碳中和”“碳达峰”的提出和不断开展，以光伏为代表的可再生能源发电技术得到快速发展。构网型变换器控制通过调整注入的有功功率和无功功率来提供电压和频率支持，不依赖电网，具有主动支撑电网的能力。
构网型变换器主要基于电网的准稳态模型实现电压控制。然而，随着可再生能源和不平衡负荷的大量无序接入，当电网电压三相不平衡时，构网型变换器系统的输出功率中将会产生明显的功率波动，从而会造成直流侧直流电压的波动，严重时会危害变换器系统中部分器件的寿命，造成系统失稳宕机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种构网变换器功率控制方法、装置、电子设备及存储介质。
本发明的一个方面提供了一种构网变换器功率控制方法，包括：基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；基于上述瞬时有功功率和上述瞬时无功功率，通过下垂控制确定上述构网变换器的正序电压参考值；基于上述正序电压参考值、上述输出电压和上述输出电流，计算上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到上述构网变换器的负序电压参考值；基于上述当前时刻下上述构网变换器的电感电流、上述正序电压参考值和上述负序电压参考值，对上述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，上述基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率，包括：基于上述输出电压和上述输出电流，得到两相静止坐标系下上述输出电压的第一分量、上述输出电压的第二分量、上述输出电流的第一分量和上述输出电流的第二分量；基于上述输出电压的第一分量、上述输出电压的第二分量、上述输出电流的第一分量和上述输出电流的第二分量，得到上述瞬时有功功率和上述瞬时无功功率。
根据本发明的实施例，上述基于上述瞬时有功功率和上述瞬时无功功率，通过下垂控制确定上述构网变换器的正序电压参考值，包括利用低通滤波器分别对上述瞬时有功功率和上述瞬时无功功率进行滤波处理，得到有功功率直流分量和无功功率直流分量；采用下垂控制算法对上述有功功率直流分量和上述无功功率直流分量进行闭环调节，得到上述正序电压参考值。
根据本发明的实施例，上述基于上述正序电压参考值、上述输出电压和上述输出电流，计算上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到上述构网变换器的负序电压参考值，包括：分别对上述输出电压和上述输出电流进行序分解，得到输出电流正序分量和输出电流负序分量；基于上述正序电压参考值、上述输出电流正序分量和上述输出电流负序分量，计算上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到上述构网变换器的负序电压参考值。
根据本发明的实施例，上述基于上述正序电压参考值、上述输出电流正序分量和上述输出电流负序分量，计算上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到上述构网变换器的负序电压参考值，包括：基于上述正序电压参考值、上述输出电流正序分量和上述输出电流负序分量，计算在上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波为0时的负序输出电压，得到上述负序电压参考值。
根据本发明的实施例，上述基于上述当前时刻下上述构网变换器的电感电流、上述正序电压参考值和上述负序电压参考值，对上述构网变换器的输出功率进行闭环控制，包括：基于上述正序电压参考值和上述负序电压参考值，得到输出电压参考值；将上述输出电压参考值、上述电感电流和上述输出电压输入双环控制器，得到调制电压；利用上述调制电压对上述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，上述方法还包括：采集得到上述当前时刻下上述构网变换器的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流；分别对上述三相电感电流、上述三相输出电压和上述三相输出电流进行克拉克变换，得到上述电感电流、上述输出电压和上述输出电流。
本发明的另一个方面提供了一种构网变换器功率控制装置，包括： 功率确定模块，用于基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；正序电压参考值确定模块，用于基于上述瞬时有功功率和上述瞬时无功功率，通过下垂控制确定上述构网变换器的正序电压参考值；负序电压参考值确定模块，用于基于上述正序电压参考值、上述输出电压和上述输出电流，计算上述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到上述构网变换器的负序电压参考值；控制模块，用于基于上述当前时刻下上述构网变换器的电感电流、上述正序电压参考值和上述负序电压参考值，对上述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
本发明的另一方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个计算机程序，其中，上述一个或多个处理器执行上述一个或多个计算机程序以实现上述方法的步骤。
本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，上述计算机程序或指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的另一方面提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，上述计算机程序或指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的实施例利用下垂控制算法得到正序电压参考值，基于正序电压参考值，计算得到有功功率的二倍频功率纹波以及所期望的负序电压参考值，并利用控制器对构网变换器的输出功率的直流分量进行闭环控制，从而在实现输出功率准确跟踪的同时，消除有功功率的二倍频功率纹波，以实现构网变换器功率纹波的有效抑制。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的流程图；
图2示出了根据本发明实施例的正序电压控制方法的控制框图；
图3示出了根据本发明实施例的负序电压控制方法的控制框图；
图4示出了根据本发明实施例的电压电流双环控制方法的控制框图；
图5示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的总体框图；
图6示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的具体控制框图；
图7示出了根据本发明实施例的在无二倍频功率纹波抑制情况下的构网变换器功率控制仿真结果示意图；
图8示出了根据本发明实施例在电网不对称条件下构网变换器功率控制方法的仿真结果示意图；
图9示出了根据本发明的实施例的构网变换器功率控制装置的框图；
图10示出了根据本发明实施例的适于实现构网变换器功率控制方法的电子设备的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。
随着“碳中和”“碳达峰”的提出和不断开展，以光伏为代表的可再生能源发电技术得到快速发展。其中，电力电子变换器作为可再生能源连接电网的主要手段，在现代电力系统中占比越来越高，现代电力系统呈现“高电力电子化”和“高可再生能源占比”的双高特征。
由于可再生能源发电的随机性和不稳定性，传统依赖于大电网的跟网型功率变换器缺乏主动支撑电网的能力，严重制约了可再生能源的开发利用。不同于跟网型功率变换器，构网型变换器控制通过调整注入的有功功率和无功功率来提供电压和频率支持，不依赖电网，具有主动支撑电网的能力。并且，相比于跟网型电源，构网型电源不需要锁相环便可实现与电网的同步，是目前新能源发电常见的变换器控制形式。
然而，随着可再生能源和不平衡负荷的大量无序接入，三相不平衡等电网扰动频发，构网型变换器用于电压控制的情况下对电网电压扰动尤为敏感。当前，构网型变换器主要基于电网的准稳态模型实现电压控制，这种方式抗电压扰动能力弱，稳定性差，因此，当电网电压三相不平衡时，构网型变换器系统的输出功率中将会产生明显的功率波动，从而会造成直流侧直流电压的波动，危害变换器系统中部分器件的寿命，严重时会造成系统失稳宕机。
有鉴于此，本发明的实施例提出了一种构网变换器功率控制方法，通过下垂控制算法得到正序电压参考值，基于正序电压参考值，计算得到有功功率的二倍频功率纹波以及所期望的负序电压参考值，并利用控制器对构网变换器的输出功率的直流分量进行闭环控制，从而在实现输出功率准确跟踪的同时，消除有功功率的二倍频功率纹波，以实现构网变换器功率纹波的有效抑制。
具体地，本发明的实施例提供了一种构网变换器功率控制方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；基于瞬时有功功率和瞬时无功功率，通过下垂控制确定构网变换器的正序电压参考值；基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值；以及基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，对构网变换器的输出功率进行闭环控制。
在本发明的实施例中，所涉及的数据（例如，包括但不限于用户个人信息）的收集、更新、分析、处理、使用、传输、提供、发明、存储等方面，均符合相关法律法规的规定，被用于合法的用途，且不违背公序良俗。特别地，对用户个人信息采取了必要措施，防止对用户个人信息数据的非法访问，维护用户个人信息安全、网络安全和国家安全。
在本发明的实施例中，在获取或采集用户个人信息之前，均获取了用户的授权或同意。
根据本发明的实施例，构网变换器可以通过输入直流电信号，在输出端得到交流电信号，以满足交流负载需求。构网变换器的输出特性可等效为三相电压源，在孤网和并网模式下均能正常工作，有利于电力系统的频率支撑和电压支撑，因此，构网变换器可以应用在太阳能光伏发电系统中，例如家庭光伏电站、商业光伏电站和工业光伏电站等应用场景。
图1示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的流程图。
如图1所示，该方法包括操作S110~S140。
在操作S110，基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率。
根据本发明的实施例，当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流可以通过传感器等器件采集得到，基于获取到的当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，通过计算可以得到瞬时有功功率和瞬时无功功率。
在操作S120，基于瞬时有功功率和瞬时无功功率，通过下垂控制确定构网变换器的正序电压参考值。
根据本发明的实施例，构网变换器的控制方式可以包括下垂控制(droop-control)、虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)、虚拟振荡器控制(virtual oscillator control，VOC)等。
根据本发明的实施例，在电网电压三相不平衡例如两相短路故障的情况下，任意一组不对称的三相正弦电压或电流相量均可以分解成三组对称的分量，其中，正序分量可以用于表征相序与原不对称正弦量的相序一致的分量，各相位相差120度。负序分量可以用于表示相序与原正弦量相反的分量，各相位相差120度。当发生接地故障的情况下，系统中才会存在零序分量，其中，零序分量可以用于表征三相的相位相同的分量。
根据本发明的实施例，基于计算得到的瞬时有功功率和瞬时无功功率，本发明可以采用下垂控制算法对构网变换器的输出功率进行功率控制，并通过计算确定构网变换器的正序电压参考值。
在操作S130，基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值。
根据本发明的实施例，二倍频功率纹波可以用于表征整流滤波电路输出的直流电压中含有的交流低频纹波，该交流低频纹波频率是输入交流电源频率的二倍。
根据本发明的实施例，由于在电网电压三相不平衡的情况下，电源输出电压中存在二倍频纹波，该二倍频纹波会增加线路的损耗，降低电能质量，并直接影响系统的使用容量和使用效率。
根据本发明的实施例，可以基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，通过计算得到瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值。
在操作S140，基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，对构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，可以通过计算得到电压参考值，并基于该电压参考值，利用控制器对构网变换器的输出功率进行闭环控制，从而实现输出电压和输出电流的准确跟踪。
本发明的实施例利用下垂控制算法得到正序电压参考值，基于正序电压参考值，计算得到有功功率的二倍频功率纹波以及所期望的负序电压参考值，并利用控制器对构网变换器的输出功率的直流分量进行闭环控制，从而在实现输出功率准确跟踪的同时，消除有功功率的二倍频功率纹波，以实现构网变换器功率纹波的有效抑制。
根据本发明的实施例，基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率，包括：基于输出电压和输出电流，得到两相静止坐标系下输出电压的第一分量、输出电压的第二分量、输出电流的第一分量和输出电流的第二分量；以及基于输出电压的第一分量、输出电压的第二分量、输出电流的第一分量和输出电流的第二分量，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率。
根据本发明的实施例，两相静止坐标系用于表征在三相电路中两个相对静止的坐标系之间的变换。例如，可以基于三相电压的相序，将其转换到两相静止坐标系上。
根据本发明的实施例，可以将构网变换器的电感电流、输出电压和输出电流变换到两相静止坐标系下，并得到两相静止坐标系下输出电压的第一分量、输出电压的第二分量、输出电流的第一分量和输出电流的第二分量。
根据本发明的实施例，基于两相静止坐标系下构网变换器的输出电压和输出电流，通过计算可以得到瞬时输出有功功率和瞬时无功功率。其中，瞬时输出有功功率和瞬时无功功率的计算方式如下。
（1）；
（2）；
式中，p表示为瞬时有功功率，q表示为瞬时无功功率，v c 表示为当前时刻下构网变换器的输出电压，i 2表示为当前时刻下构网变换器的输出电流，α，β表示为两相静止坐标系下变量的α和β轴分量。
根据本发明的实施例，基于瞬时有功功率和瞬时无功功率，通过下垂控制确定构网变换器的正序电压参考值，包括：利用低通滤波器分别对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行滤波处理，得到有功功率直流分量和无功功率直流分量；以及采用下垂控制算法对有功功率直流分量和无功功率直流分量进行闭环调节，得到正序电压参考值。
根据本发明的实施例，在确定当前时刻下构网变换器的瞬时有功功率和瞬时无功功率的情况下，可以分别对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行滤波处理，以得到有功功率直流分量和无功功率直流分量。其中，可以采用低通滤波器滤除当前时刻下构网变换器的瞬时输出功率的功率波动。具体地，有功功率直流分量和无功功率直流分量的计算方式如下。
（3）；
（4）；
式中，p dc表示为有功功率直流分量，q dc表示为无功功率直流分量，表示为低通滤波器的截止角频率，s表示为拉普拉斯算子，G LPF (s)表示为低通滤波器的传递函数。其中，综合考虑功率滤波和功率动态响应速度，选择低通滤波器的截止角频率/>为60π rad/s。
根据本发明的实施例，基于得到的有功功率直流分量和无功功率直流分量，采用下垂控制算法对有功功率直流分量和无功功率直流分量进行闭环调节，得到正序电压参考值。其中，正序电压参考值的计算方式如下。
（5）；
（6）；
（7）；
式中，p ref 表示为有功功率参考值，q ref 表示为无功功率参考值， 表示为有功功率下垂系数，/>表示为无功功率下垂控制器，/>和/>分别为相应的比例因数和积分因数，/>表示为正序电压参考值，并且/>，E表示为正序电压参考值的幅值，/>表示为角频率，/>表示为相角，E 0表示为正序电压参考值的初始电压幅值，/>表示为正序电压参考值的初始相位，s为拉普拉斯算子，j为虚部单位，上标m表示正序分量。
下面参考图2，结合具体实施例对正序电压控制方法做进一步说明。
图2示出了根据本发明实施例的正序电压控制方法的控制框图。
如图2所示，正序电压控制模块的输入变量包括两相静止坐标系下的输出电压v c,αβ和输出电流i 2,αβ，通过功率计算得到瞬时输出有功功率p和瞬时输出无功功率q，并利用低通滤波器滤除变换器瞬时输出功率的功率波动，获得有功功率直流分量p dc和无功功率直流分量q dc。基于得到的有功功率直流分量p dc和无功功率直流分量q dc，采用下垂控制算法对有功功率直流分量p dc和无功功率直流分量q dc进行闭环调节，得到正序电压参考值，具体计算方式如公式（5）至公式（7）所示。
本发明的实施例采用下垂控制算法对输出功率的有功功率直流分量和无功功率直流分量进行闭环调节，从而实现构网变换器对输出功率的精确控制和跟踪。
根据本发明的实施例，基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值，包括：分别对输出电压和输出电流进行序分解，得到输出电流正序分量和输出电流负序分量；基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值。
根据本发明的实施例，基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值，包括：基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，计算在瞬时有功功率的二倍频功率纹波为0时的负序输出电压，得到负序电压参考值。
根据本发明的实施例，基于两相静止坐标系下构网变换器的输出电压和输出电流，分别对构网变换器的输出电压和输出电流进行序分解，可以得到输出电流和输出电压的正序分量和负序分量。
根据本发明的实施例，可以采用延时信号相消法 (delayed signalcancellation，DSC) 对构网变换器的输出电压和输出电流进行序分解。其中，延时信号相消法是一种前置滤波方法，可以利用二分之一谐波周期的延时分离不对称电压或电流的正序与负序分量，还能够抵消谐波干扰，是一种增强型瞬时对称分量法。
根据本发明的实施例，输出电流和输出电压的正负序分量的计算方式如下。
（8）；
（9）；
式中，x(t)可以表示为输出电压v c,αβ和输出电流i 2,αβ，即x(t)=[v c,αβ i 2,αβ] T ；T s表示为构网变换器采样周期；上标m表示正序分量，上标n表示为负序分量。
根据本发明的实施例，在计算得到输出电流和输出电压的正负序分量之后，基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，可以通过计算得到瞬时有功功率的二倍频功率纹波。其中，瞬时有功功率的二倍频功率纹波的计算方式如下。
（10）；
式中，p 2ω表示为瞬时有功功率的二倍频功率纹波，表示为输出电流正序分量，表示为输出电流负序分量，/>表示为输出电压正序分量，/>表示为输出电压负序分量。
根据本发明的实施例，当系统处于稳态时，下垂控制的输出值与构网变换器的输出电压正序分量相等。此时，令瞬时有功功率的二倍频功率纹波p 2ω等于0，即可计算得到构网变换器的负序电压参考值。其中，构网变换器的负序电压参考值的计算方式如下。
（11）；
（12）；
式中，表示为构网变换器的负序电压参考值，/>表示为构网变换器的正序电压参考值。
下面参考图3，结合具体实施例对负序电压控制方法做进一步说明。
图3示出了根据本发明实施例的负序电压控制方法的控制框图。
如图3所示，负序电压控制模块的输入变量包括正序电压控制得到的正序电压参考值，以及输出电流的正序分量/>、输出电流的负序分量/>，通过计算得到构网变换器的负序电压参考值/>，并输出负序电压参考值/>。具体计算方式如公式（12）所示。
本发明的实施例基于下垂控制得到的正序电压参考值，计算得到期望的负序电压参考值来消除有功功率的二倍频功率纹波，从而实现构网变换器功率纹波的有效抑制。
根据本发明的实施例，基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，对构网变换器的输出功率进行闭环控制，包括：基于正序电压参考值和负序电压参考值，得到输出电压参考值；将输出电压参考值、电感电流和输出电压输入双环控制器，得到调制电压；利用调制电压对构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，对计算得到的正序电压参考值和负序电压参考值进行求和，获得输出电压参考值， 其中，输出电压参考值的计算方式如下。
（13）；
式中，表示为构网变换器的输出电压参考值。
根据本发明的实施例，基于得到的构网变换器的输出电压参考值，采用电压电流双环控制器对输出电压和输出电流进行闭环控制，从而得到调制电压。
根据本发明的实施例，在电压电流双环控制器中，为了实现对输出电压和电感电流的准确跟踪，选择输出电压参考值、两相静止坐标系下的输出电压采样值和两相静止坐标系下的电感电流采样值作为双环控制器的输入变量，从而获得调制电压。其中，利用双环控制器得到调制电压的计算方式如下。
（14）；
（15）；
式中，v pwm,αβ表示为调制电压，G PR(s) 表示为比例谐振控制器，k p,v表示为比例控制器，k i,r表示为谐振控制器增益，和/>分别表示为谐振控制器的截止角频率和中心角频率。/>表示为双环控制器的中间变量，G i1(s) 表示为电流内环控制器，k p,i1表示为相应的比例系数，i 1,αβ表示为电感电流。根据本发明的实施例，为了准确跟踪输出电压，选择谐振控制器截止频率为2π rad/s，中心角频率为100π rad/s。
下面参考图4，结合具体实施例对电压电流双环控制控制方法做进一步说明。
图4示出了根据本发明实施例的电压电流双环控制方法的控制框图。
如图4所示，电压电流双环控制模块的输入变量包括为正序电压参考值和负序电压参考值/>之和、输出电压v c,αβ和电感电流i 1,αβ，基于比例谐振控制器GPR(s)和电流内环控制器Gi1(s)，计算得到调制电压v pwm,αβ，并将调制电压v pwm,αβ输出至脉冲调制器中，具体计算方式如公式（14）至（15）所示。
根据本发明的实施例，利用双环控制器得到调制电压之后，利用调制电压对构网变换器的输出功率进行闭环控制，从而通过正负序电压闭环调节来实现对构网变换器瞬时有功功率的二倍频功率纹波的有效抑制。
根据本发明的实施例，构网变换器功率控制方法还包括：采集得到当前时刻下构网变换器的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流；分别对三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流进行克拉克变换，得到电感电流、输出电压和输出电流。
根据本发明的实施例，构网变换器可以采用三相变换器，基于电压和电流传感器，可以采集得到当前时刻下构网变换器的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流。
根据本发明的实施例，分别对三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流进行坐标变换，坐标变换的方式可以包括克拉克变换、派克变换等。其中，利用克拉克变换可以将三相坐标系下的变量变换到两相静止坐标系下，利用派克变换可以将两相静止坐标系下的变量变换到旋转坐标系下。
具体地，本发明的实施例可以采用克拉克变换，将采集得到的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流变换到两相静止坐标系下，得到两相静止坐标系下的电感电流、输出电压和输出电流。其中，克拉克变换矩阵如下。
（16）；
式中，Tabc/αβ表示为克拉克变换矩阵。
下面参考图5~图8，结合具体实施例对构网变换器功率控制方法做进一步说明。
图5示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的总体框图。
图6示出了根据本发明实施例的构网变换器功率控制方法的具体控制框图。
如图5所示，C 1表示为三相构网变换器的逆变器侧第一电容，C 2表示为逆变器侧第二电容，V dc表示为逆变器侧电源，v dc表示为逆变器侧电源电压，L 1表示为三相构网变换器的第一电感，L 2表示为三相构网变换器的第二电感，C表示为三相构网变换器的电容。
如图5和图6所示，功率控制器通过采集三相构网变换器的逆变器侧电感电流i 1,abc、输出电压v c,abc、电网侧输出电流i 2,abc，并通过坐标变换模块，将逆变器侧电感电流i 1,abc、输出电压v c,abc、电网侧输出电流i 2,abc变换到两相静止坐标系αβ下，获得两相静止坐标系下的电感电流i 1,αβ、输出电压v c,αβ和输出电流i 2,αβ。
功率控制器中的序分解模块对三相构网变换器的输出电压v c,αβ和输出电流i 2,αβ进行序分解，分别获得输出电压v c,αβ的正序电压分量、负序电压分量/>和输出电流i 2,αβ的正序电流分量/>、负序电流分量/>。
正序电压控制模块利用下垂控制算法对输入的输出正序电压参考值。负序电压控制模块基于正序电压参考值/>、输出电压v c,αβ的正序电压分量/>、负序电压分量和输出电流i 2,αβ的正序电流分量/>、负序电流分量/>，计算得到有功功率二倍频功率纹波，并输出负序电压参考值/>。利用运算模块对正序电压控制模块输出的正序电压参考值/>和负序电压控制模块输出的负序电压参考值/>进行加法求和，得到输出电压参考值/>。
基于运算模块输出的输出电压参考值，采用电压电流双环控制器对输出电压v c,αβ和输出电流i 2,αβ进行闭环控制，获得调制电压v pwm,αβ。
将调制电压v pwm,αβ输入至正弦脉冲宽度调制器（SPWM）中，对调制电压v pwm,αβ进行调制，从而在实现输出功率准确跟踪的同时，消除有功功率的二倍频功率纹波，以实现构网变换器功率纹波的有效抑制。
图7示出了根据本发明实施例的在无二倍频功率纹波抑制情况下的构网变换器功率控制仿真结果示意图。
如图7所示，在本发明实施例中，有功功率参考值为50 kW，无功功率参考值为0
kVar。如图7所示的仿真波形，以4秒为界限，在4秒之前构网变换器运行在平衡电网条件下，
4秒之后B相电网电压发生阶跃变化，B相电网电压有效值从220 V降至2200.8 V。因此，基
于图7可以发现，当电网电压发生不对称跌落时，构网变换器瞬时输出功率中存在较大的二
倍频功率纹波，瞬时有功功率峰的峰值达到62.6 kW，瞬时无功功率峰的峰值达到63.1
kVar。
图8示出了根据本发明实施例在电网不对称条件下构网变换器功率控制方法的仿真结果示意图。
如图8所示，以4秒为界限，在4秒之前构网变换器运行在不平衡电网条件下，B相电
网电压有效值从220 V降至2200.8 V。在4秒之后，利用本发明提出的构网变换器功率控
制方法对二倍频功率纹波进行抑制，基于图8可以发现，执行本发明提出的构网变换器功率
控制方法后，瞬时有功功率的二倍频功率纹波得到有效抑制，瞬时输出有功功率峰的峰值
从62.6 kW减小到2 kW，功率纹波降低近了96.8%，瞬时无功功率峰的峰值从63.1 kVar降低
到13.5 kVar。
因此，上述仿真结果可以验证基于本发明所提出的在电网不对称条件下的构网变换器功率控制方法，能够有效抑制瞬时有功功率的二倍频功率波动。
需要说明的是，本发明实施例中的流程图所示的操作除非明确说明不同操作之间存在执行的先后顺序，或者不同操作在技术实现上存在执行的先后顺序，否则，多个操作之间的执行顺序可以不分先后，多个操作也可以同时执行。
图9示出了根据本发明的实施例的构网变换器功率控制装置的框图。
如图9所示，构网变换器功率控制装置包括功率确定模块910、正序电压参考值确定模块920、负序电压参考值确定模块930和控制模块940。
功率确定模块910，用于基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率。
正序电压参考值确定模块920，用于基于瞬时有功功率和瞬时无功功率，通过下垂控制确定构网变换器的正序电压参考值。
负序电压参考值确定模块930，用于基于正序电压参考值、输出电压和输出电流，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值。
控制模块940，用于基于当前时刻下构网变换器的电感电流、正序电压参考值和负序电压参考值，对构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，功率确定模块910包括分量确定子模块、功率确定子模块。
分量确定子模块，用于基于输出电压和输出电流，得到两相静止坐标系下输出电压的第一分量、输出电压的第二分量、输出电流的第一分量和输出电流的第二分量。
功率确定子模块，用于基于输出电压的第一分量、输出电压的第二分量、输出电流的第一分量和输出电流的第二分量，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率。
根据本发明的实施例，正序电压参考值确定模块920包括滤波子模块、闭环调节子模块。
滤波子模块，用于利用低通滤波器分别对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行滤波处理，得到有功功率直流分量和无功功率直流分量。
闭环调节子模块，用于采用下垂控制算法对有功功率直流分量和无功功率直流分量进行闭环调节，得到正序电压参考值。
根据本发明的实施例，负序电压参考值确定模块930包括负序分量确定子模块、功率纹波确定子模块。
负序分量确定子模块，用于分别对输出电压和输出电流进行序分解，得到输出电流正序分量和输出电流负序分量。
功率纹波确定子模块，用于基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，计算瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到构网变换器的负序电压参考值。
根据本发明的实施例，功率纹波确定子模块包括负序输出电压确定单元。
负序输出电压确定单元，用于基于正序电压参考值、输出电流正序分量和输出电流负序分量，计算在瞬时有功功率的二倍频功率纹波为0时的负序输出电压，得到负序电压参考值。
根据本发明的实施例，控制模块940包括输出电压参考值确定子模块、调制电压确定子模块、闭环控制子模块。
输出电压参考值确定子模块，用于基于正序电压参考值和负序电压参考值，得到输出电压参考值。
调制电压确定子模块，用于将输出电压参考值、电感电流和输出电压输入双环控制器，得到调制电压。
闭环控制子模块，用于利用调制电压对构网变换器的输出功率进行闭环控制。
根据本发明的实施例，构网变换器功率控制装置还包括采集模块、坐标变换模块。
采集模块，用于采集得到当前时刻下构网变换器的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流。
坐标变换模块，用于分别对三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流进行克拉克变换，得到电感电流、输出电压和输出电流。
根据本发明的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑阵列（PLA）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（ASIC），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本发明实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
例如，功率确定模块910、正序电压参考值确定模块920、负序电压参考值确定模块930和控制模块940中的任意多个可以合并在一个模块/单元/子单元中实现，或者其中的任意一个模块/单元/子单元可以被拆分成多个模块/单元/子单元。或者，这些模块/单元/子单元中的一个或多个模块/单元/子单元的至少部分功能可以与其他模块/单元/子单元的至少部分功能相结合，并在一个模块/单元/子单元中实现。根据本发明的实施例，功率确定模块910、正序电压参考值确定模块920、负序电压参考值确定模块930和控制模块940中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑阵列（PLA）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（ASIC），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，功率确定模块910、正序电压参考值确定模块920、负序电压参考值确定模块930和控制模块940中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
需要说明的是，本发明的实施例中构网变换器功率控制装置部分与本发明的实施例中构网变换器功率控制方法部分是相对应的，构网变换器功率控制装置部分的描述具体参考构网变换器功率控制方法部分，在此不再赘述。
图10示出了根据本发明实施例的适于实现构网变换器功率控制方法的电子设备的框图。图10示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，根据本发明实施例的计算机电子设备包括处理器1001，其可以根据存储在只读存储器（ROM）1002中的程序或者从存储部分1008加载到随机访问存储器（RAM）1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1001例如可以包括通用微处理器（例如CPU）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（ASIC）），等等。处理器1001还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1001可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 1003中，存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理器 1001、ROM1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。处理器1001通过执行ROM 1002和/或RAM 1003中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 1002和RAM 1003以外的一个或多个存储器中。处理器1001也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
根据本发明的实施例，电子设备还可以包括输入/输出（I/O）接口1005，输入/输出（I/O）接口1005也连接至总线1004。电子设备还可以包括连接至输入/输出（I/O）接口1005的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分1007；包括硬盘等的存储部分1008；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也根据需要连接至输入/输出（I/O）接口1005。可拆卸介质1011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1008。
根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被处理器1001执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 1002和/或RAM 1003和/或ROM 1002和RAM 1003以外的一个或多个存储器。
本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行本发明实施例所提供的方法的程序代码，当计算机程序产品在电子设备上运行时，该程序代码用于使电子设备实现本发明实施例所提供的构网变换器功率控制方法。
在该计算机程序被处理器1001执行时，执行本发明实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分1009被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
根据本发明的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，python，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（LAN）或广域网（WAN），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种构网变换器功率控制方法，其特征在于，包括：
基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；
基于所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，通过下垂控制确定所述构网变换器的正序电压参考值；
基于所述正序电压参考值、所述输出电压和所述输出电流，计算所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到所述构网变换器的负序电压参考值；以及
基于所述当前时刻下所述构网变换器的电感电流、所述正序电压参考值和所述负序电压参考值，对所述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率，包括：
基于所述输出电压和所述输出电流，得到两相静止坐标系下所述输出电压的第一分量、所述输出电压的第二分量、所述输出电流的第一分量和所述输出电流的第二分量；以及
基于所述输出电压的第一分量、所述输出电压的第二分量、所述输出电流的第一分量和所述输出电流的第二分量，得到所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，通过下垂控制确定所述构网变换器的正序电压参考值，包括：
利用低通滤波器分别对所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率进行滤波处理，得到有功功率直流分量和无功功率直流分量；以及
采用下垂控制算法对所述有功功率直流分量和所述无功功率直流分量进行闭环调节，得到所述正序电压参考值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述正序电压参考值、所述输出电压和所述输出电流，计算所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到所述构网变换器的负序电压参考值，包括：
分别对所述输出电压和所述输出电流进行序分解，得到输出电流正序分量和输出电流负序分量；以及
基于所述正序电压参考值、所述输出电流正序分量和所述输出电流负序分量，计算所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到所述构网变换器的负序电压参考值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述正序电压参考值、所述输出电流正序分量和所述输出电流负序分量，计算所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到所述构网变换器的负序电压参考值，包括：
基于所述正序电压参考值、所述输出电流正序分量和所述输出电流负序分量，计算在所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波为0时的负序输出电压，得到所述负序电压参考值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前时刻下所述构网变换器的电感电流、所述正序电压参考值和所述负序电压参考值，对所述构网变换器的输出功率进行闭环控制，包括：
基于所述正序电压参考值和所述负序电压参考值，得到输出电压参考值；
将所述输出电压参考值、所述电感电流和所述输出电压输入双环控制器，得到调制电压；以及
利用所述调制电压对所述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构网变换器为三相变换器；
所述方法还包括：
采集得到所述当前时刻下所述构网变换器的三相电感电流、三相输出电压和三相输出电流；以及
分别对所述三相电感电流、所述三相输出电压和所述三相输出电流进行克拉克变换，得到所述电感电流、所述输出电压和所述输出电流。
8.一种构网变换器功率控制装置，其特征在于，包括：
功率确定模块，用于基于当前时刻下构网变换器的输出电压和输出电流，得到瞬时有功功率和瞬时无功功率；
正序电压参考值确定模块，用于基于所述瞬时有功功率和所述瞬时无功功率，通过下垂控制确定所述构网变换器的正序电压参考值；
负序电压参考值确定模块，用于基于所述正序电压参考值、所述输出电压和所述输出电流，计算所述瞬时有功功率的二倍频功率纹波，得到所述构网变换器的负序电压参考值；以及
控制模块，用于基于所述当前时刻下所述构网变换器的电感电流、所述正序电压参考值和所述负序电压参考值，对所述构网变换器的输出功率进行闭环控制。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序，
其中，所述一个或多个处理器执行所述一个或多个计算机程序以实现根据权利要求1~7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序或指令，其中，所述计算机程序或指令被处理器执行时实现根据权利要求1~7中任一项所述方法的步骤。
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