本發(fā)明涉及光伏發(fā)電控制領(lǐng)域，尤其涉及一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法。
背景技術(shù)：
：由于電網(wǎng)中的三相不對稱故障時有發(fā)生，因此導(dǎo)致電網(wǎng)電壓同時存在正負(fù)序分量以及諧波分量；眾所周知，負(fù)序分量會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓及電流出現(xiàn)二倍頻波動現(xiàn)象，甚至引起輸出電流波形畸變，增加逆變器的諧波損耗；同時還會導(dǎo)致逆變器輸出功率波動，從而影響光伏電池的最大功率跟蹤控制，降低光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，嚴(yán)重時甚至?xí)蚰孀兤鞴β士刂撇环€(wěn)而燒毀逆變器。目前對于電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障條件下絕大多數(shù)的光伏逆變器控制策略主要側(cè)重諧波抑制或者功率波動其中的一點，有的不對稱故障條件下光伏逆變器的控制策略雖然同時考慮了諧波抑制和功率波動，但調(diào)節(jié)范圍有限，有功功率波動較大，因此需要對不對稱故障條件下光伏逆變器控制策略進(jìn)行深入研究。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法，用以解決現(xiàn)有的不對稱故障條件下光伏逆變器的控制策略主要側(cè)重諧波抑制或者功率波動的其中一點，而不是全面考慮的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法，包括以下步驟：A：搭建光伏陣列模型；B；從光伏逆變器輸出的三相電壓中提取出正、負(fù)、零序電壓分量；C：基于IARC控制策略提出多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，并基于多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略分析光伏逆變器輸出有功功率、無功功率波動率和輸出電流總諧波畸變率；D：靜止坐標(biāo)系下使用比例諧振PR控制器來設(shè)計光伏逆變器的并網(wǎng)電流控制結(jié)構(gòu)。所述的步驟A中的光伏陣列模型采用美國SEL實驗室(SolarEnergyLaboratory)提出的5參數(shù)光伏電池模型。步驟B中所述的從不對稱三相電壓中提取出正、負(fù)、零序電壓分量的方法為：va+vb+vc+=131aa2a21aaa21vavbvc;]]>va-vb-vc-=131a2aa1a2a2a1vavbvc;]]>va0vb0vc0=13111111111vavbvc;]]>式中，va、vb、vc分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的正序分量，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的負(fù)序分量，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的零序分量，其中，a和a2為復(fù)數(shù)算子，a為單位相量逆時針旋轉(zhuǎn)120°，a2為單位相量逆時針旋轉(zhuǎn)240°。所述的步驟C包括以下步驟：C1：基于IARC控制策略提出多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，具體方法為：傳統(tǒng)的IARC的并網(wǎng)電流公式，即IARC控制策略為：iIARC=Pu+Qu⊥|u+|2+2u+·u-+|u-|2;]]>其中，u+，u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量，|u+|2、|u-|2分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量模值，P、Q分別為光伏逆變器輸出的有功功率和無功功率參考值，u⊥是與電壓向量u正交的向量(超前90度)；iIARC為IARC控制策略下光伏逆變器輸出電流的參考值；多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略在IARC控制策略中加入了k、n、m三個調(diào)節(jié)參數(shù)，形成多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略為：i=P(u++mu-)+Qu⊥|u+|2+knu+·u-+n|u-|2;]]>式中k的調(diào)節(jié)范圍為0≤k≤2，n的調(diào)節(jié)范圍為0≤p≤1，m的調(diào)節(jié)范圍為-1≤m≤1，u+，u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量，u⊥是與電壓向量u正交的向量(超前90度)，|u+|2、|u-|2分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量模值，P、Q分別為光伏逆變器輸出的有功功率和無功功率參考值；i為多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略下光伏逆變器輸出電流的參考值；C2：基于多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略分析逆變器輸出有功功率波動率、無功功率波動率和輸出電流總諧波畸變率，具體方法為：采用多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略在發(fā)生不對稱故障時光伏逆變器的輸出電流總諧波畸變率THD為：THD=I2I12-1=(A+B)24AB-1]]>A＝1+nε2+nkε，B＝1+nε2-nkε式中ε為電壓不平衡度；采用多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略在發(fā)生不對稱故障時光伏逆變器輸出的有功功率波動率ΔPmax和無功功率波動率ΔQmax為：和Δq=qP=(1-m)ϵ1+nϵ2cos(2ωt)]]>式中，p和P分別為光伏逆變器輸出有功功率值和有功功率的參考值，q為光伏逆變器輸出無功功率，ε為電壓不平衡度，ω為角速度，t為時間量。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述的一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法，基于瞬時無功理論提出一種綜合考慮光伏逆變器輸出有功功率波動率、光伏逆變器輸出無功功率波動率以及輸出電流諧波總畸變率的控制方法，在傳統(tǒng)的IARC控制策略基礎(chǔ)上加入多個調(diào)節(jié)參數(shù)，分析了光伏逆變器輸出有功功率波動率、光伏逆變器輸出無功功率波動率以及輸出電流諧波總畸變率同調(diào)節(jié)參數(shù)之間的關(guān)系，在靜止坐標(biāo)系下采用比例諧振控制器實現(xiàn)光伏逆變器輸出電流正、負(fù)序分量同時控制，解決了現(xiàn)有的不對稱故障條件下光伏逆變器的控制策略主要側(cè)重諧波抑制或者功率波動的其中一點，而不是全面考慮的問題。附圖說明圖1為本發(fā)明的方法流程圖；圖2為不對稱故障條件下光伏逆變器輸出的有功功率波動率的示意圖；圖3不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流總諧波畸變率的示意圖；圖4為k＝1、n＝1、m＝0時光伏逆變器輸出有功功率和輸出無功功率的示意圖；圖5為k＝1、n＝1、m＝0時光伏逆變器輸出三相電流圖。具體實施方式本發(fā)明所述的一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法，包括以下步驟：步驟A：搭建光伏陣列模型；優(yōu)選方案為，本發(fā)明所述的光伏陣列模型采用美國SEL實驗室(SolarEnergyLaboratory)提出的5參數(shù)光伏電池模型，5參數(shù)光伏電池模型的等效電路為一個電流源并聯(lián)一個反向二極管和一個等效并聯(lián)電阻，然后再串聯(lián)一個等效串聯(lián)電阻；5參數(shù)光伏電池模型共包含5個參數(shù)：分別為光生電流Ipv、二極管反向飽和漏電流I0、理想因子a、等效并聯(lián)電阻Rp和等效串聯(lián)電阻Rs；5參數(shù)光伏電池模型的輸出特性I-V方程如下式所示：然后進(jìn)入步驟B；步驟B；從光伏逆變器輸出的三相電壓中提取出正、負(fù)、零序電壓分量；提取出光伏逆變器輸出的三相電壓的正、負(fù)、零序電壓分量的方法為：va+vb+vc+=131aa2a21aaa21vavbvc;]]>va-vb-vc-=131a2aa1a2a2a1vavbvc;]]>va0vb0vc0=13111111111vavbvc;]]>式中，va、vb、vc分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的正序分量，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的負(fù)序分量，分別為光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓的零序分量，其中，以上提取出光伏逆變器輸出的三相電壓的正、負(fù)、零序電壓分量的方法為現(xiàn)有技術(shù)，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，這里不再贅述；然后進(jìn)入步驟C；步驟C：基于傳統(tǒng)的IARC控制策略提出多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，并基于多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略分析光伏逆變器輸出有功功率、無功功率波動率和輸出電流總諧波畸變率；所述的步驟C包括以下步驟：步驟C1：基于IARC控制策略提出多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，具體方法為：由瞬時功率理論：P=u·ipQ=u⊥·iq]]>可得：ip=P|u|2uiq=Q|u|2u]]>其中，P、Q分別為光伏逆變器輸出的有功功率和無功功率參考值；u⊥是與電壓向量u正交的向量(超前90度)；|u|2為電壓向量模值，又因為：|u|2=ua2+ub2+uc2=uα2+uβ2=|u+|2+2u+·u-+|u-|2;]]>其中，式中ua、ub、uc是光伏逆變器輸出的A、B、C三相電壓，uα、uβ是α、β靜止坐標(biāo)系下電壓，u+、u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量，|u+|2、|u-|2分別為正負(fù)序電壓向量模值；可得IARC的并網(wǎng)電流公式，即傳統(tǒng)的IARC控制策略：iIARC=Pu+Qu⊥|u+|2+2u+·u-+|u-|2;]]>其中，u+，u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量，|u+|2、|u-|2分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量模值，P、Q分別為光伏逆變器輸出的有功功率和無功功率參考值，u⊥是與電壓向量u正交的向量(超前90度)；iIARC為IARC控制策略下光伏逆變器輸出電流的參考值；但是，雖然IARC控制策略具有精確的功率控制能力，但是一方面由于光伏逆變器輸出的電壓不對稱時電壓向量模值|u|2有二倍頻振蕩項，使得其并網(wǎng)電流含有大量的諧波；另一方面，IARC控制策略對并網(wǎng)電流控制的動態(tài)性能要求很高，所以本發(fā)明所述的不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法在IARC控制策略的基礎(chǔ)上，提出了一種新的多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略，具體方法如下所示：在傳統(tǒng)的IARC控制策略中加入k、n、m三個調(diào)節(jié)系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，變化k、n系數(shù)，可以對輸出電流總諧波畸變率進(jìn)行調(diào)節(jié)，對k、n、m三個系數(shù)的調(diào)節(jié)能夠?qū)夥孀兤鬏敵龅挠泄β什▌雍蜔o功功率波動進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電流參考值表達(dá)式即多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略如下所示：i=P(u++mu-)+Qu⊥|u+|2+knu+·u-+n|u-|2;]]>式中k的調(diào)節(jié)范圍為0≤k≤2，n的調(diào)節(jié)范圍為0≤p≤1，m的調(diào)節(jié)范圍為-1≤m≤1，u+，u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量，u⊥是與電壓向量u正交的向量(超前90度)，|u+|2、|u-|2分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序電壓向量模值，P、Q分別為光伏逆變器輸出的有功功率和無功功率參考值；i為多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略下光伏逆變器輸出電流的參考值；步驟C2：基于多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略分析逆變器輸出有功功率波動率、無功功率波動率和輸出電流總諧波畸變率，具體方法為：由步驟C1所述的多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略可得光伏逆變器輸出的有功功率波動率ΔPmax為：Δp=|p-PP|=(1+m-nk)ϵcos(2ωt)+(m-n)ϵ21+nkϵcos(2ωt)+nϵ2;]]>式中p和P分別為光伏逆變器輸出有功功率和光伏逆變器輸出有功功率的參考值，ε為電壓不平衡度，其表達(dá)式為：ε＝u+/u-；式中，u+，u-分別為光伏逆變器輸出電壓的正、負(fù)序分量的幅值。對于光伏逆變器輸出的無功功率，一般光伏系統(tǒng)都運行在單位功率因數(shù)下，因此將無功功率Q設(shè)為0，同樣可以得到光伏逆變器輸出無功功率波動率ΔQmax為：Δq=qP=(1-m)ϵ1+nϵ2cos(2ωt);]]>式中q和P分別為光伏逆變器輸出無功功率和光伏逆變器輸出有功功率的參考值，ε為電壓不平衡度；輸出電流諧波畸變率THD為：THD=I2I12-1=(A+B)24AB-1;]]>A＝1+nε2+nkε，B＝1+nε2-nkε，其中ε為電壓不平衡度；綜上所述，不對稱故障條件下光伏逆變器輸出的有功功率波動率和輸出諧波電流畸變率如圖2、3所示：光伏逆變器輸出有功功率、無功功率以及輸出電流諧波畸變率受k、n、m三個調(diào)節(jié)系數(shù)的影響很大，n和k越大輸出電流諧波畸變率越大；當(dāng)n＝1和k＝2時，輸出電流諧波畸變率達(dá)到最大值；若此時的電壓不平衡度ε為0.3，那么輸出電流諧波畸變率為34.15％；當(dāng)n＝0或k＝0時其輸出電流諧波畸變率為0；m、n和k能夠?qū)τ泄β什▌釉斐捎绊?，?dāng)n＝1、m＝1和k＝2時，此時的功率波動值最小為0；對無功功率來說，主要受到m和n兩個參數(shù)的影響，當(dāng)m＝1時，此時無功功率波動為0，而n的增大將導(dǎo)致無功功率波動減小。m變小能夠在較大范圍內(nèi)減小有功功率波動，但是此時無功功率波動將增大；由圖4和圖5可知：圖4、5給出了電壓不平衡度為0.3，k＝1、n＝1、m＝0時輸出功率波動和輸出電流仿真波形圖，其中輸出電流諧波畸變率為14.15％，輸出有功功率波動為12％，輸出無功功率波動為30％。D：在靜止坐標(biāo)系(是否為α、β坐標(biāo)系)下使用比例諧振PR控制器控制光伏逆變器的輸出電流，使光伏逆變器的輸出電流與步驟C1中多參數(shù)光伏逆變器輸出電流控制策略下光伏逆變器輸出電流的參考值相同；由于比例諧振控制器能夠?qū)χC振頻率為±ω0上的信號具有無限增益，能夠?qū)崿F(xiàn)正弦量無靜差控制，因此本發(fā)明所述的不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法在α、β坐標(biāo)系下采用PR控制器控制注入電流，且只需要兩個PR控制器來分別調(diào)節(jié)α、β軸上的注入電分量，控制簡單，動態(tài)性能好；利用比例諧振PR控制器控制光伏逆變器的輸出電流的輸出電流屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)，這里不再贅述。綜上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。本發(fā)明所述的一種不對稱故障條件下光伏逆變器輸出電流控制方法，基于瞬時無功理論提出一種綜合考慮光伏逆變器輸出有功功率波動率、光伏逆變器輸出無功功率波動率以及輸出電流諧波總畸變率的控制方法，在傳統(tǒng)的IARC控制策略基礎(chǔ)上加入多個調(diào)節(jié)參數(shù)，分析了光伏逆變器輸出有功功率波動率、光伏逆變器輸出無功功率波動率以及輸出電流諧波總畸變率同調(diào)節(jié)參數(shù)之間的關(guān)系，在靜止坐標(biāo)系下采用比例諧振控制器實現(xiàn)光伏逆變器輸出電流正、負(fù)序分量同時控制，解決了現(xiàn)有的不對稱故障條件下光伏逆變器的控制策略主要側(cè)重諧波抑制或者功率波動的其中一點，而不是全面考慮的問題。當(dāng)前第1頁1 2 3