技术领域
[0001] 本
发明涉及三相并网逆变器的
低电压穿越控制方法,涉及了一种抑制非对称故障时输出功率纹波的控制方法。
背景技术
[0002] 为应对
能源短缺和环境问题,
电网中
可再生能源的比例不断提高。然而,越来越高的可再生能源渗透率会严重影响电网的
稳定性和安全性,尤其在电网故障时。为保证故障时电网的稳定性和安全性,各国制定了各自的低电压穿越标准,其中均要求可再生能源并网逆变器在电网故障时向电网持续输出有功功率和
无功功率。
[0003] 然而,在电网发生非对称故障时,并网逆变器的输出功率中会存在一定的纹波分量。现有控制方法虽然分别对逆变器输出的无功功率纹波的抑制和有功功率纹波的抑制进行了一定程度的研究,却缺乏综合考虑无功功率纹波和有功功率纹波的抑制策略。
发明内容
[0004] 本发明提供一种三相并网逆变器低电压穿越控制方法,用于抑制非对称故障时三相并网逆变器输出功率的纹波,本发明根据三相并网逆变器输出功率和输出
电流的关系,通过矩阵分析和数学优化方法计算有功功率纹波和无功功率纹波之和最小时输出电流的参考值,在保证逆变器输出功率稳定的前提下,更好地抑制了非对称故障时输出功率中的纹波分量。本发明的技术方案如下:
[0005] 一种适用于非对称故障的三相并网逆变器低电压穿越控制方法,对于三相并网逆变器,通过
锁相环模
块向参考电流计算模块提供基波正序电压分量和负序电压分量;参考电流计算模块根据基波电压信息和功率信息计算电流内环的电流参考值;准比例谐振控制电流内环模块根据电流参考值计算三相并网逆变器的参考电压,并通过SVPWM调制将参考电压转化为IGBT
开关信号,方法如下:
[0006] 设三相并网逆变器在低电压穿越过程中的有功参考功率和无功参考功率分别为P0和Q0,令dq轴正负序参考电流Idref+,Iqref+,Idref-,Iqref-满足如下关系:
[0007]
[0008] 其中,Id1+,Iq1+,Id1-,Iq1-的表达式为:
[0009]
[0010] 在公式(2)中,Vd+,Vq+,Vd-,Vq-分别为电网电压dq轴的基波正序分量和基波负序分量。
[0011] 而Id2+,Iq2+,Id2-,Iq2-的表达式为:
[0012]
[0013] 在公式(1)中,λ1表达式为:
[0014]
[0015] 其中,Sf(λ)为有功功率和无功功率纹波之和;Ps1,Pc2,分别为有功功率的正弦纹波系数和余弦纹波系数;Qs1,Qc2分别为无功功率的正弦纹波系数和余弦纹波系数。
[0016] 考虑IGBT元件对逆变器输出电流的硬
限幅,得到最终的参考电流Idreff+,Iqreff+,Idreff-,Iqreff-为:
[0017]
[0018] 对于参考电流Idreff+,Iqreff+,Idreff-,Iqreff-,采用两相静止
坐标系下的准比例谐振
控制器Gc(s)对其进行控制,Gc(s)的表达式如下:
[0019]
[0020] 对于公式(6)中的比例系数Kp,其取值为:
[0021]
[0022] 其中,L为输出
滤波器总电感;fco为控制系统的截止
频率,一般取200Hz-500Hz;与
选定的
相位裕度 相关,Udc为直流侧电压。
[0023] 对于公式(6)中的积分增益Kr,满足如下关系:
[0024]
[0025] 其中Ug是电网额定相电压有效值,In是额定电流有效值。
[0026] 对于公式(6)中其他参数,其表达式如下:
[0028] 图1三相并网逆变器的基本配置
[0029] 图2三相并网逆变器的低电压穿越控制方法基本
流程图[0030] 图3采用传统低电压穿越控制方法时,实验工况下电网电压的变化和逆变器输出功率变化(X轴:50ms/div)
[0031] 图4采用所提低电压穿越控制方法时,实验工况下电网电压的变化和逆变器输出功率变化(X轴:50ms/div)。
具体实施方式
[0032] 下面将结合
实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。
[0033] 对于三相并网逆变器,基本的低电压穿越控制方法基本流程为通过
锁相环模块向参考电流计算模块提供基波正序电压分量和负序电压分量;参考电流计算模块根据基波电压信息和功率信息计算电流内环的电流参考值;准比例谐振控制电流内环模块根据电流参考值计算三相并网逆变器的参考电压,并通过SVPWM调制将参考电压转化为IGBT开关信号。具体示意图如图2所示。
[0034] 已知电网非对称故障时逆变器输出电流和输出功率之间具有以下关系:
[0035]
[0036] 其中Vd+,Vq+,Vd-,Vq-分别为电网电压dq轴的基波正序分量和基波负序分量;Id+,Iq+,Id-,Iq-分别为输出电流dq轴的基波正序分量和基波负序分量;Ps1,Pc2,分别为有功功率的正弦纹波系数和余弦纹波系数;Qs1,Qc2分别为无功功率的正弦纹波系数和余弦纹波系数。
[0037] 根据公式(1)可知,有功功率和无功功率的纹波之和Sf为:
[0038]
[0039] 假设逆变器输出的参考电流Idref+,Iqref+,Idref-,Iqref-如下:
[0040]
[0041] 其中,Id1+,Iq1+,Id1-,Iq1-分别为令公式(1)中的Pc=Qc=0时,对应的输出电流的dq轴基波正序分量和基波负序分量;Id2+,Iq2+,Id2-,Iq2-分别为令公式(1)中的Ps=Qs=0时,对应的输出电流的dq轴基波正序分量和基波负序分量。
[0042] 根据公式(1)可知:Id1+,Iq1+,Id1-,Iq1-的表达式如下:
[0043]
[0044] 将公式(4)带入到公式(1)中,可得输出功率和输出电流的关系为:
[0045]
[0046] 类似地,根据公式(1)可知:Id2+,Iq2+,Id2-,Iq2-为
[0047]
[0048] 将公式(6)带入到公式(1)中得到
[0049]
[0050] 在此情况下,结合公式(4)—(7),计算出输出功率为
[0051]
[0052] 因此,得到令总输出功率纹波最小的λ1表达式为:
[0053]
[0054] 结合公式(3)和公式(9),计算出令输出有功功率和无功功率的纹波之和最小的参考电流Idref+,Iqref+,Idref-,Iqref-。
[0055] 为获得的三相并网逆变器输出的参考电流,还需考虑IGBT元件对三相并网逆变器输出电流的硬限幅,得到最终的参考电流Idreff+,Iqreff+,Idreff-,Iqreff-为:
[0056]
[0057] 对于参考电流Idreff+,Iqreff+,Idreff-,Iqreff-,采用两相静止坐标系下的准比例谐振控制器Gc(s)对其进行控制。Gc(s)的表达式如下:
[0058]
[0059] 对于公式(6)中的比例系数Kp,其取值为:
[0060]
[0061] 其中,L为输出滤波器总电感;fco为控制系统的截止频率,一般取200Hz-500Hz;与选定的相位裕度 相关,Udc为直流侧电压。
[0062] 对于公式(6)中的积分增益Kr,需满足如下关系:
[0063]
[0064] 其中Ug是电网额定相电压有效值,In是额定电流有效值。
[0065] 对于公式(6)中其他参数,其表达式如下:
[0066]
[0067] 以下通过实验验证所提控制方法的有效性。
[0068] 表1给出了实验各个
硬件参数的基本配置情况。在本发明所设计的实验中,各谐波负载均为三相
二极管桥式整流
电路。在电网与逆变器之间接入非线性负载和三相非对称有功负荷并联的无源负载,以模拟电网的非对称故障。
[0069] 将本发明所提的低电压穿越控制方法和传统的低电压穿越控制方法(非对称故障时,参考电流均为基波正序电流)进行对比。
[0070] 表1实验平台的硬件配置
[0071]
[0072] 图3给出了采用传统低电压穿越控制方法时,实验工况下电网电压的变化和逆变器输出功率变化。由图3可见,采用传统低电压穿越控制方法时,有功功率和无功功率的纹波分别为1.1kW和1.7kvar。图4给出了采用所提低电压穿越控制方法时,实验工况下电网电压的变化和逆变器输出功率变化。由图4可见,采用所提低电压穿越控制方法时,有功功率和无功功率的纹波分别为0.6kW和0.9kvar。对比分析图3和图4可知,与传统低电压穿越控制方法相比,所提低电压穿越控制方法能够更好地抑制输出功率的纹波。