一種基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電 力彈黃拓?fù)浼捌淇刂品椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的運(yùn)行方式仍然是需求量決定供電量，運(yùn)就要求電力公司能準(zhǔn)確地 預(yù)測用戶的需求。由于風(fēng)能、太陽能等可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，且隨著其發(fā)電并網(wǎng) 容量的逐漸增大，使得上述預(yù)測的難度逐漸加大，對電力系統(tǒng)的影響越來越明顯。針對可再 生能源的間隙性問題，利用儲能裝置來抵消發(fā)電量與用電量的不匹配是有效的解決方案之 一。然而，運(yùn)些儲能裝置會使得成本增加。
[0003] 電力彈黃巧IectricSpring,E巧的概念正是針對上述現(xiàn)狀而提出的。ES顛覆了 電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)思路，可W實現(xiàn)用電量隨著發(fā)電量的變化而變化。因此，上述問題迎刃而 解。電力系統(tǒng)中的負(fù)載可分為兩大類：一類被稱為關(guān)鍵負(fù)載，其端電壓只允許在極小的范圍 內(nèi)波動；另一類被稱為非關(guān)鍵負(fù)載，其端電壓可W在較大的范圍內(nèi)波動。ES的核屯、思想是 將機(jī)械彈黃對偶到電力系統(tǒng)中，與汽車的減震器原理相類似，在"顛鑛"的電網(wǎng)中使得關(guān)鍵 負(fù)載電壓被控制在極小的范圍內(nèi)，同時將電壓的波動轉(zhuǎn)移給非關(guān)鍵負(fù)載，自動調(diào)節(jié)非關(guān)鍵 負(fù)載的耗電量，實現(xiàn)發(fā)電量與用電量的自動匹配。當(dāng)ES被廣泛分布于微電網(wǎng)時，每個ES發(fā) 揮著彈黃的功能，支撐著整個電網(wǎng)，使得微電網(wǎng)中的關(guān)鍵負(fù)載得W安全運(yùn)行。不僅如此，單 個ES的故障不會影響整個彈黃組的運(yùn)行，在新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 從ES被提出至今，當(dāng)前針對ES的控制方式均是基于電壓型控制。W最新提出的 基于比例諧振控制器的相位控制算法為例，當(dāng)新能源發(fā)電輸出的電網(wǎng)電壓發(fā)生崎變時，被 控對象關(guān)鍵負(fù)載電壓的崎變也會產(chǎn)生崎變，其上的總諧波含量將隨著電網(wǎng)崎變的程度加深 而增大，嚴(yán)重時不能符合關(guān)鍵負(fù)載的用電需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃拓 撲結(jié)構(gòu)及其控制方法，實現(xiàn)電力彈黃的直接電流控制，有效抑制關(guān)鍵負(fù)載的諧波成分。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] ：一種基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相電流源 型逆變器、濾波電容Cf;所述單相電流源型逆變器的輸入端連接直流電源，濾波電容Cf并聯(lián) 在所述單相電流源型逆變器的輸出端，關(guān)鍵負(fù)載Zz接在所述濾波電容Cf的一端與公共地之 間，非關(guān)鍵負(fù)載Zs接在所述濾波電容Cf的另一端與公共地之間，新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出 端連接到關(guān)鍵負(fù)載Z2接與濾波電容Cf連接的公共端，新能源發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)輸出端連接公共 地，新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出端與關(guān)鍵負(fù)載Z2連接的輸電線具有輸電線等效電感L郝輸電 線等效電阻Ri。
[0007] 進(jìn)一步的，所述單相電流源型逆變器包括反向并聯(lián)二極管的第一至第四開關(guān)管， 所述第一至第四開關(guān)管分別正向串聯(lián)一個二極管后構(gòu)成單相全橋電路。
[000引基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，包括如下步驟：
[0009] 1)，采集輸入關(guān)鍵負(fù)載Zz的電流值i2,采集單相電流源型逆變器的輸出電流值i。， 采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流值il;
[0010] 2)，對所述新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流值il進(jìn)行諧波抑制控制，得到所述i1中的電 流諧波信號ih，具體步驟為：
[0011]21)，將所述il輸入延時單元，得到與所述i1相垂直的電流信號iIP;
[0012]22)，將所述il與iIP經(jīng)過兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)變換，分別得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d 軸電流id和q軸電流iq，其中變換矩陣為C= ，9。為參考相量的相位瞬時值， 所述參考相量為新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓;七；
[0013] 23)，將所述id和iq分別經(jīng)過低通濾波器進(jìn)行低通濾波后得到idi和iql;
[0014]24)，將所述idi和iqi經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止變換，得到濾除了諧波成分后的電 流iR郝i…其中變換矩陣為巳-1 =找；功;；
[0015] 25)，將所述iui與i1作差后得到i1中的電流諧波信號ih;
[0016] 3)，將所述i2與關(guān)鍵負(fù)載電流參考值i 作差，得到關(guān)鍵負(fù)載輸入電流值與參考 值之間的誤差值然后將所述i 與ih相加，得到疊加了諧波信號的誤差值i_。胃；
[0017] 4)，將所述1。胃與分別與滯環(huán)比較器的環(huán)寬值ith求和W及作差，分別得到滯環(huán)比 較器的上限值iHigh和下限值il?;
[001引5)，將所述i。作為滯環(huán)比較器的輸入信號，分別與所述上限值iHigh、下限值iu?進(jìn) 行比較后得到所述單相電流源型逆變器中第一至第四開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0019]進(jìn)一步的，步驟3)中，所述關(guān)鍵負(fù)載電流參考值i2f。,的幅值和頻率根據(jù)關(guān)鍵負(fù)載 供電要求直接給定，所述的相位根據(jù)相位控制算法得到，具體為：
[0020]a),通過鎖相環(huán)得到新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓的相位0。；
[0021] b)，W非關(guān)鍵負(fù)載電流右為參考相量，定義起超前關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓^的角度為 5,則得到Vref的相位為（0O-S);
[0022]C)，采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓有效值根據(jù)式（1)計算出a和b的值：
[0023]
式（1) 12 其中，
、Li為輸電線等效電感，Ri為 輸電線等效電阻，Rz為關(guān)鍵負(fù)載阻值、Rs為非關(guān)鍵負(fù)載阻值、VS為關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓給定的 有效值； 2 d)，首先根據(jù)式似計算出0值，然后根據(jù)0W及式（3)計算得到5值，最終得 至IJVref的相位（eO-S)的值：
[0026]
式似
[0027]
式（3)。
[0028] 有益效果：與現(xiàn)有的ES控制方式相比，本發(fā)明由于采用了直接電流控制和諧波抑 制方法，當(dāng)新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流發(fā)生崎變時，ES既能保證關(guān)鍵負(fù)載的電流是純凈的正 弦且幅度能精確地跟蹤給定值，又通過控制迫使諧波電流流向ES自身；即能夠在電網(wǎng)諧波 含量較大的情況下有效抑制關(guān)鍵負(fù)載電壓、電流的諧波成分，在保證關(guān)鍵負(fù)載電壓、電流有 效值恒定的同時提高其正弦化程度。
[0029] 同時，相對于傳統(tǒng)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的低通濾波器由電感和電容組成，本發(fā) 明的ES拓?fù)渲心孀兤鞯妮敵龆藙t省去了電感元件，僅需濾波電容即可，結(jié)構(gòu)更簡單。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及其控制方法 框圖；
[0031] 圖2是預(yù)設(shè)的新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓波形及其快速傅里葉變換腫T)結(jié)果；
[0032] 圖3是傳統(tǒng)基于電壓源型逆變器實現(xiàn)的ES及傳統(tǒng)控制方式下的關(guān)鍵負(fù)載電壓仿 真波形及其FFT結(jié)果；
[0033] 圖4是本發(fā)明基于電流源型逆變器實現(xiàn)的ES及直接電流控制方式下的關(guān)鍵負(fù)載 電壓仿真波形及其FFT結(jié)果；
[0034] 圖5是在直接電流控制的基礎(chǔ)上增加了諧波抑制后的關(guān)鍵負(fù)載電壓仿真波形及 其FFT結(jié)果。
[0035] 圖中各標(biāo)號定義如下：
[003引1. 1為直流電源，1. 2為單相電流源型逆變器，1. 3為濾波電容，1. 4為基于電流源 型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃新拓?fù)洌?. 5為關(guān)鍵負(fù)載，1. 6為非關(guān)鍵負(fù)載，1. 7為輸電線的等效 電感，1.8為輸電線的等效電阻，1.9為新能源發(fā)電系統(tǒng)，1. 10直接電流控制框圖，1. 11為 諧波抑制控制框圖，1. 12為輸入關(guān)鍵負(fù)載的電流，1. 13關(guān)鍵負(fù)載電流參考值，1. 14為相位 控制框圖，1. 15為關(guān)鍵負(fù)載電流參考值與真實值的誤差值；1. 16為加法器；1. 17為疊加了 諧波信號的誤差值；1. 18為滯環(huán)比較器的環(huán)寬值；1. 19為減法器；1. 20為加法器；1. 21為 單相電流源型逆變器的輸出電流；1. 22為滯環(huán)比較器的下限值；1. 23為滯環(huán)比較器的上限 值；1. 24和1. 25為比較器；1. 26為單相電流源型逆變器中四個開關(guān)管的驅(qū)動信號；1. 27為 新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流；1. 28為延時環(huán)節(jié)；1. 29與ii相垂直的電流信號；1. 30為兩相靜 止到兩相旋轉(zhuǎn)變換；I. 31為變換后的d軸電流；I. 32為變換后的q軸電流；I. 33和I. 34為 低通濾波器；1. 35為經(jīng)低通濾波后的d軸電流；1. 36為經(jīng)低通濾波后的q軸電流；1. 37為 兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止變換；1. 38為濾除了諧波成分后的網(wǎng)側(cè)電流；1. 39為減法器；1. 40為 ii中的電流諧波信號。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0038] 如圖1所示，一種基于電流源型逆變器實現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相電流 源型逆變器、濾波電容Cf。單相電流源型逆變器的輸入端連接直流電源，濾波電容Cf并聯(lián) 在單相電流源型逆變器的輸出端；關(guān)鍵負(fù)載Zz接在濾波電容Cf的一端與公共地之間，非關(guān) 鍵負(fù)載Zs接在濾波電容Cf的另一端與公共地之間；新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出端連接到關(guān)鍵 負(fù)載Zz接與濾波電容Cf