一種抗三相不平衡負(fù)載的逆變器下垂控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種抗Ξ相不平衡負(fù)載的逆變器下垂控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于Ξ相Ξ線制逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用帶電壓瞬時(shí)值反饋控制的Ξ相逆變器的 一個(gè)重要特性是輸出電壓的對稱性。但當(dāng)逆變器的輸出阻抗不為零，則Ξ相負(fù)載不平衡、Ξ 相變壓器及交流濾波器的參數(shù)不對稱均會導(dǎo)致輸出的電壓不對稱。根據(jù)對稱分量法分析， Ξ相不對稱輸出電壓中有正序、負(fù)序和零序分量的存在。逆變器帶平衡負(fù)載運(yùn)行，在同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的ΡΙ控制器作用下能使輸出電壓很好地跟蹤所設(shè)定的參考正弦波形，但是運(yùn)種控 制器的積分項(xiàng)對于不平衡運(yùn)行的影響，其補(bǔ)償作用是非常有限的，為此可采用兩組ΡΙ控制 器，一組在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的ΡΙ控制器用于正序分量的調(diào)節(jié)，另一組在反向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下的ΡΙ控制器補(bǔ)償負(fù)序分量的影響。也可W利用重復(fù)控制去抑制輸出電壓中的負(fù)序分量與 諧波分量。盡管運(yùn)些方法都能改善逆變器的輸出性能，但對零序分量引起的輸出電壓不對 稱仍然無能為力。逆變器可加入第四橋臂可削弱零序崎變，但不適合用于輸入輸出帶電隔 離的逆變器?；赪上考慮，可從逆變器電路結(jié)構(gòu)與固有特性入手，對輸出隔離變壓器采用 A /Υ接法來消除零序環(huán)流的影響。
[0003] 對于多臺逆變器并聯(lián)組網(wǎng)系統(tǒng)來說，必須計(jì)算出系統(tǒng)的功率與電流，從而實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)的電壓與頻率穩(wěn)定。目前對于Ξ相逆變器系統(tǒng)，諸如空間矢量調(diào)制中所需要的化rk變換 及功率解禪控制算法均僅適用于電壓與電流都對稱的Ξ相系統(tǒng)，運(yùn)樣才能保證經(jīng)過化rk變 換后，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下有功功率(或有功電流)與無功功率(或無功電流)相互獨(dú)立。顯 然，對于Ξ相不對稱負(fù)載下的電流是無法通過化rk變換得到解禪后的有功電流與無功電 流，也就無法采用頻率對有功電流、電壓對無功電流的下垂控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種抗Ξ相不平衡負(fù)載的下垂控制方 法。本發(fā)明應(yīng)用于W多臺逆變器并聯(lián)組網(wǎng)的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，可W有效提高系統(tǒng)帶Ξ相不平 衡負(fù)載的響應(yīng)速度與能力。
[0005] 本發(fā)明將Ξ相逆變系統(tǒng)分解成Ξ個(gè)單相逆變系統(tǒng)，利用廣義積分對每一相分別構(gòu) 造出新的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，計(jì)算出不平衡負(fù)載的功率需求，再利用下垂控制方程實(shí)現(xiàn)逆變 器的下垂控制。
[0006] 本發(fā)明包括廣義積分GI變換、Park變換、功率計(jì)算、一階低通濾波與下垂控制五個(gè) 部分。首先將逆變器Ξ相不平衡電流輸入物理量作為Ξ個(gè)獨(dú)立的單相系統(tǒng)，利用廣義積分 GI變換環(huán)節(jié)對每一單相系統(tǒng)分別構(gòu)造出一個(gè)正交的靜止坐標(biāo)系;接著通過化rk變換環(huán)節(jié)對 每個(gè)靜止坐標(biāo)系分別構(gòu)造新的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系;在對每一單相系統(tǒng)分別計(jì)算出各自的功率 并求和，得出整個(gè)Ξ相逆變器不平衡負(fù)載的有功功率和無功功率的總需求;然后對計(jì)算出 的功率經(jīng)過一階低通濾波環(huán)節(jié)，用來增強(qiáng)系統(tǒng)的一階慣性;最后再利用有功對頻率、無功對 電壓的下垂控制環(huán)節(jié)計(jì)算出相應(yīng)的頻率和電壓給定值。
[0007] 本發(fā)明的步驟如下：
[0008] (1)采用所述的廣義積分GI變換對每個(gè)單相系統(tǒng)構(gòu)造出相互正交的兩相靜止坐標(biāo) 系。對于一個(gè)單相正弦輸入信號X，經(jīng)廣義積分后可得到兩個(gè)互相正交的輸出信號ya與ye，其 中信號ya與單相正弦輸入信號X相角相同，而信號ye與信號ya正交，滯后信號ya90%在頻域 中，引入反饋后，單相正弦輸入信號X至輸出信號ya,e的傳遞函數(shù)化ia,e(s)可表示為：
[0009]
[0010] 式中，ω=化f為廣義積分的角頻率，k為增益，S表示頻域下的復(fù)變量。
[0011] (2)通過所述的化rk變換環(huán)節(jié)對每個(gè)靜止坐標(biāo)系分別構(gòu)造新的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系， 從而實(shí)現(xiàn)有功分量與無功分量的快速解禪控制。二相靜止地坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的化rk 變換矩陣方程為：
[0012]
[0013] Θ為逆變器輸出頻率對應(yīng)的角度。
[0014] (3)采用所述的功率計(jì)算環(huán)節(jié)分別計(jì)算出每一單相系統(tǒng)各自的功率并求和，得出 整個(gè)Ξ相逆變器不平衡負(fù)載的有功功率和無功功率的總需求，具體計(jì)算步驟如下。
[0015] 1)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，每一單相系統(tǒng)的有功功率與無功功率的計(jì)算公式如下：
[0016]
[0017] 式中k = a，b，c，表示a，b，cS相;Pk，表示某一單相系統(tǒng)的有功功率;Qk，表示某一單 相系統(tǒng)的無功功率;Ud，表不Ξ相對稱輸出電壓信號的d軸分量；ikd，表不某一單相系統(tǒng)的d 軸分量;ikq，表不某一單相系統(tǒng)的q軸分量。
[0018] 2)在不平衡負(fù)載條件下，對解禪后的每一單相系統(tǒng)的功率求和，可得Ξ相組網(wǎng)逆 變器輸出的有功功率P與無功功率Q為：
[0019]
[0020] (4)通過所述的一階低通濾波環(huán)節(jié)對計(jì)算出的有功功率與無功功率進(jìn)行濾波，增 強(qiáng)系統(tǒng)的一階慣性環(huán)節(jié)，頻域內(nèi)其傳遞函數(shù)為：
[0021]
[0022] 其中Μ為系統(tǒng)的一階慣性常數(shù)，D為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，它們共同決定了系統(tǒng)對負(fù)載 變化的響應(yīng)速度，S表示頻域下的復(fù)變量。
[0023] (5)通過所述的下垂控制環(huán)節(jié)利用有功功率對頻率、無功功率對電壓的下垂控制 環(huán)節(jié)計(jì)算出相應(yīng)的頻率和電壓給定值，下垂控制方程如下：
[0024] f-f0 = -kp(Ρ~Ρ〇),u~u〇 = ~kq(Q~Qo)
[0025] 式中kp為有功功率下垂系數(shù);kq為無功功率下垂系數(shù);Po對應(yīng)在初始頻率設(shè)定點(diǎn)fo 與初始電壓設(shè)定點(diǎn)U0時(shí)對應(yīng)的有功功率輸出，Qo對應(yīng)在初始頻率設(shè)定點(diǎn)fo與初始電壓設(shè)定 點(diǎn)uo時(shí)對應(yīng)的無功功率的輸出;P為系統(tǒng)輸出的有功功率，Q為系統(tǒng)輸出的無功功率。
【附圖說明】
[0026] 圖相不平衡負(fù)載的下垂控制框圖；
[0027] 圖2為廣義積分控制框圖；
[0028] 圖3有功對頻率的下垂控制特性示意圖；
[0029] 圖4無功對電壓的下垂控制特性示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] W下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0031] 圖1所示為Ξ相不平衡負(fù)載的下垂控制框圖，主要包括輸入環(huán)節(jié)100、Ξ相不平衡 負(fù)載的下垂控制算法環(huán)節(jié)200及輸出環(huán)節(jié)300Ξ個(gè)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。輸入環(huán)節(jié)100是本發(fā)明核屯、算 法的輸入量，包括S相對稱電壓11(1及；相不平衡負(fù)載下的a、b、cS相電流i af、i bf、i cf;輸出 環(huán)節(jié)300是本發(fā)明核屯、算法的輸出量，下垂控制所要設(shè)定電壓參考值u勺日電壓頻率相 不平衡負(fù)載的下垂控制算法環(huán)節(jié)200包括廣義積分GI變換201、化rk變換環(huán)節(jié)202、功率計(jì)算 環(huán)節(jié)203、一階低通濾波環(huán)節(jié)204與下垂控制環(huán)節(jié)205五個(gè)部分。
[0032] 本發(fā)明的步驟如下：
[0033] (1)采用所述的廣義積分GI變換201對每個(gè)單相系統(tǒng)構(gòu)造出相互正交的兩相靜止 坐標(biāo)系；
[0034] (2)通過所述的化rk變換環(huán)節(jié)對每個(gè)靜止坐標(biāo)系分別構(gòu)造新的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系， 實(shí)現(xiàn)有功分量與無功分量的快速解禪控制；
[0035] (3)采用所述的功率計(jì)算環(huán)節(jié)203分別計(jì)算出每一單相系統(tǒng)各自的功率并求和，得 出整個(gè)Ξ相逆變器不平衡負(fù)載的有功功率和無功功率的總需求；
[0036] (4)通過一階低通濾波環(huán)節(jié)204對計(jì)算出的有功功率與無功功率進(jìn)行濾波，增強(qiáng)系 統(tǒng)的一階慣性環(huán)節(jié)，頻域內(nèi)其傳遞函數(shù)為：
[0037]
[0038] 其中Μ為系統(tǒng)的一階慣性常數(shù)，D為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，它們共同決定了系統(tǒng)對負(fù)載 變化的響應(yīng)速度，S表示頻域下的復(fù)變量。
[0039] (5)通過所述的下垂控制環(huán)節(jié)205利用有功功率對頻率、無功功率對電壓的下垂控 制環(huán)節(jié)計(jì)算出相應(yīng)的頻率和電壓給定值。
[0040] 各個(gè)環(huán)節(jié)的具體實(shí)施方案分述如下：
[0041] (1)廣義積分GI變換201
[0042] 在單相或Ξ相系統(tǒng)中，電壓幅值、有功功率與無功功率是通過低通濾波器與幅值 探測器來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)種算法很難實(shí)現(xiàn)對幅值與功率進(jìn)行快速計(jì)算的同時(shí)，又能做到完全濾除 紋波分量。而對于Ξ相對稱的電力系統(tǒng)，Park變換可實(shí)現(xiàn)對有功分量與無功分量的快速解 禪控制，但單相系統(tǒng)卻沒有運(yùn)種禪合關(guān)系，為此