本發(fā)明涉及逆變器控制，特別是涉及基于負序分量和零序分量獨立控制的三相四橋臂逆變器電壓不對稱抑制策略及基于二次電壓和頻率偏差補償?shù)母倪M虛擬振蕩器控制方法。

背景技術(shù)：

1、以分布式可再生能源為主體的微電網(wǎng)系統(tǒng)憑借其低污染、高靈活性以及即插即用等特點，逐漸成為提高能源利用率和補充大電網(wǎng)供電的重要手段。在低壓微電網(wǎng)中，三相不對稱負載普遍存在，由此會帶來微電網(wǎng)支撐電壓三相不平衡問題，嚴重時甚至會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。實際情況中，常在三相電路中加入中線使逆變器保持中性點零電位，實現(xiàn)負載穩(wěn)定工作，由此發(fā)展形成的三相四線制逆變器拓撲結(jié)構(gòu)有分裂電容式和三相四橋臂式。三相四橋臂電壓源型逆變器(three-phase?four-leg?voltage?source?inverter，tpfl-vsi)是在傳統(tǒng)的三相三線制電壓源型逆變器基礎(chǔ)上增加第四橋臂而得到的拓撲結(jié)構(gòu)，通過控制中性點電壓能夠得到相互獨立的三相電壓，該結(jié)構(gòu)具有電壓利用率高和逆變器系統(tǒng)體積小等優(yōu)點。

2、近年來，一種新型逆變器控制策略虛擬振蕩器控制(virtual?oscillatorcontrol,?voc)被提出并得到快速發(fā)展。voc能夠?qū)崿F(xiàn)分布式發(fā)電系統(tǒng)在孤島和并網(wǎng)兩種運行模式下的穩(wěn)定運行和無互連線相位同步。研究不平衡負載等復雜工況下voc的改進算法成為該領(lǐng)域研究的熱點方向。但是基于非線性andronov-hopf的虛擬振蕩器控制voc主要應用于單相或三相三線制電力系統(tǒng)中。對于tpfl-vsi拓撲結(jié)構(gòu)，voc策略難以直接使用，需要對voc策略進行適當?shù)馗倪M。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法,以抑制電壓不對稱和補償電壓、頻率偏差，實現(xiàn)不平衡工況下逆變器系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2、為了解決所述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，包括以下步驟：

3、s01）、對三相四橋臂逆變器進行電流采樣，采樣得到的三相電流經(jīng)clark變換進入到基于二階廣義積分器的電流正負序分量提取模塊，提取得到的電流正序分量通過虛擬振蕩器控制得到正序參考電壓，提取得到的電流負序分量經(jīng)過虛擬阻抗模塊產(chǎn)生補償電壓，補償電壓與正序參考電壓疊加并通過clark反變換后進入電壓電流雙閉環(huán)控制器，得到控制前三橋臂的基波信號；

4、s02）、對三相四橋臂逆變器進行電壓采樣，采樣得到的三相電壓進入到零序電壓分序控制模塊，得到控制第四橋臂的基波信號；

5、s03）、信號、進入3d-svpwm，產(chǎn)生控制逆變器開關(guān)所需的調(diào)制波。

6、進一步的，虛擬振蕩器的狀態(tài)方程為：

7、，

8、其中、表示虛擬振蕩器的輸出，、分別表示、對時間的一階導數(shù)，為調(diào)節(jié)狀態(tài)變量、收斂至穩(wěn)態(tài)的速度常數(shù)，為電壓比例系數(shù)，為逆變器標稱電壓均方根振幅，是由和組成的列向量，為向量的歐式范數(shù)，為基波頻率，為諧振電容，、由公式

9、得到，其中為相位角，為電流比例系數(shù)，、分別為參考電流的α軸分量和β軸分量，、分別為正序電流分量的α軸分量和β軸分量。

10、進一步的，虛擬振蕩器輸出的電壓幅值v和相位角θ經(jīng)過電壓補償器和頻率補償器得到電壓偏差補償量和頻率偏差補償量，電壓偏差補償量、頻率偏差補償量分別與有功功率設(shè)定值、無功功率設(shè)定值做差，所得差值通過轉(zhuǎn)換矩陣得到參考電流；

11、電壓偏差補償量，

12、其中，

13、和分別為電壓偏差補償比例系數(shù)和積分系數(shù)，為參考電壓幅值與采樣電壓幅值的偏差值，為逆變器標稱電壓均方根振幅，為諧振電容，為調(diào)節(jié)狀態(tài)變量、收斂至穩(wěn)態(tài)的速度常數(shù)，為電流比例系數(shù)，為電壓比例系數(shù)；

14、頻率偏差補償量，

15、，

16、其中和分別為頻率補償器的比例和積分系數(shù)，為參考視在功率，為基波頻率，為頻率采樣值， m為增益系數(shù)，為逆變器標稱電壓均方根振幅。

17、進一步的，： m=?300，=?800。

18、進一步的，虛擬阻抗模塊的狀態(tài)方程為：

19、；

20、其中，為虛擬阻抗模塊輸出的補償電壓，為基波補償電壓，為h次諧波補償電壓，、分別為軸和軸的正序電流基波分量，為虛擬負阻抗，為虛擬負感抗，h為諧波次數(shù)，、分別為軸和軸的正序電流諧波分量，為基波頻率。

21、進一步的，電壓電流雙閉環(huán)控制器中的電壓環(huán)采用mpr控制器，mpr控制采用5個諧振環(huán)節(jié)并聯(lián)，消除諧振點處的諧振電流，并抑制3、5、7、9次諧波分量。

22、進一步的，電壓電流雙閉環(huán)控制器的傳遞函數(shù)為：

23、，

24、其中，為多模塊比例諧振控制器傳遞函數(shù)，為比例控制器傳遞函數(shù)，為多諧振控制器比例系數(shù)，h為諧波次數(shù)，為截止頻率，為不同諧波次數(shù)下的積分系數(shù)，為基波頻率，為電流環(huán)比例系數(shù)。

25、進一步的，控制第四橋臂的基波信號即零序電壓分序控制模塊的狀態(tài)方程為：

26、，

27、其中，

28、，

29、為零軸比例系數(shù)，為零軸諧振系數(shù)，為線路濾波電感取值，為第四橋臂電流采樣信號，為線路阻抗取值，、、分別為三相相電壓，為截止頻率，為基波頻率。

30、進一步的，取值為0.4，取值為100。

31、進一步的，電流正負序分量提取模塊包括一個鎖頻環(huán)、多個雙二階廣義積分器以及與雙二階廣義積分器數(shù)量相等的正負分離控制模塊，鎖頻環(huán)采樣雙二階廣義積分器的輸出后得到系統(tǒng)角頻率，系統(tǒng)角頻率按諧波次數(shù)放大后發(fā)送至雙二階廣義積分器，正負分離控制模塊分別連接在雙二階廣義積分器之后，靜止坐標系下的逆變器輸出電流經(jīng)過多個雙二階廣義積分器得到不同頻率下相位相差的正交電流信號和，和經(jīng)過正負分離控制模塊得到正序和負序電流分量。

32、本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明針對tpfl-vsi系統(tǒng)在不平衡負載下運行過程中的三相電壓不對稱和電壓偏差問題進行了研究。提出了一種分序控制策略，其中正序采用基于電壓偏差補償和頻率偏差補償改進的虛擬振蕩器控制策略進行控制；負序使用與mpr控制器相結(jié)合的虛擬阻抗來抑制；引入比例諧振控制來控制tpgl-vsi的第四橋臂。該策略可以調(diào)整電壓有效值和頻率，使其快速恢復到標稱值，從而提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。本發(fā)明所提出的第四橋臂配合三相voc控制的方法，提高了voc策略在三相四線制拓撲結(jié)構(gòu)中的兼容性。

技術(shù)特征：

1.基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：虛擬振蕩器的狀態(tài)方程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：虛擬振蕩器輸出的電壓幅值v和相位角θ經(jīng)過電壓補償器和頻率補償器得到電壓偏差補償量和頻率偏差補償量，電壓偏差補償量、頻率偏差補償量分別與有功功率設(shè)定值、無功功率設(shè)定值做差，所得差值通過轉(zhuǎn)換矩陣得到參考電流；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：m?=?300，=?800。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：虛擬阻抗模塊的狀態(tài)方程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：電壓電流雙閉環(huán)控制器中的電壓環(huán)采用mpr控制器，mpr控制采用5個諧振環(huán)節(jié)并聯(lián)，消除諧振點處的諧振電流，并抑制3、5、7、9次諧波分量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：電壓電流雙閉環(huán)控制器的傳遞函數(shù)為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：控制第四橋臂的基波信號即零序電壓分序控制模塊的狀態(tài)方程為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：取值為0.4，取值為100。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法，其特征在于：電流正負序分量提取模塊包括一個鎖頻環(huán)、多個雙二階廣義積分器以及與雙二階廣義積分器數(shù)量相等的正負分離控制模塊，鎖頻環(huán)采樣雙二階廣義積分器的輸出后得到系統(tǒng)角頻率，系統(tǒng)角頻率按諧波次數(shù)放大后發(fā)送至雙二階廣義積分器，正負分離控制模塊分別連接在雙二階廣義積分器之后，靜止坐標系下的逆變器輸出電流經(jīng)過多個雙二階廣義積分器得到不同頻率下相位相差的正交電流信號和，和經(jīng)過正負分離控制模塊得到正序和負序電流分量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是基于改進虛擬振蕩器的三相四橋臂逆變器控制方法。本方法采用分序控制策略，其中正序采用基于電壓偏差補償和頻率偏差補償改進的虛擬振蕩器控制策略進行控制，負序使用與MPR控制器相結(jié)合的虛擬阻抗來抑制，引入比例諧振控制來控制TPGL?VSI的第四橋臂。該策略可以調(diào)整電壓有效值和頻率，使其快速恢復到標稱值，從而提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。本發(fā)明所提出的第四橋臂配合三相VOC控制的方法，提高了VOC策略在三相四線制拓撲結(jié)構(gòu)中的兼容性。

技術(shù)研發(fā)人員：姜漢周,傅春明,劉震,張棟,顏世凱,欒亨淳,郝逸文,姜玉凱,李清川,王永軍,劉振雷,張智勇,郭玥萌,王儷璇,李磊,張國珍,韓飛飛
受保護的技術(shù)使用者：山東電工電氣集團數(shù)字科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6