一种有源滤波三相四线制光伏并网系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能光伏发电技术领域，涉及一种有源滤波三相四线制光伏并网系统及方法，尤其涉及一种零序电流解耦控制的有源滤波三相四线制光伏并网系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着能源和环境压力的增大，太阳能光伏发电作为可再生能源发电日益得到国家产业政策的扶持和社会的关注，是当前国内外最具发展前景的新能源发电形式之一，而并网发电已成为大规模利用太阳能光伏的主要发展趋势。小型光伏发电系统通过接入城市、民用住宅等三相四线制供电系统中实现并网发电，具有离负荷中心近，接入方式灵活等优点。但由于昼夜交替和天气阴晴变化，导致光伏发电的间歇性和逆变器容量的利用率较低。同时，在城市及民用住宅等三相四线制配电系统中，非线性负载广泛应用，所产生的谐波对电网系统和电网中用电设备的安全性及高效性产生了恶劣影响，三相四桥臂有源电力滤波器可以有效补偿并联型负载产生的谐波、解决三相电流不平衡问题。但目前单独加装并联有源滤波器存在投资大的问题。
[0003]分析表明，光伏发电系统(PV)的逆变器和有源电力滤波器(APF)在硬件结构和控制方法方面具有很高的相似性，具有有源滤波功能的光伏并网PV-APF系统能将二者功能进行结合，能够解决光伏并网逆变器由于昼夜、天气阴晴变化等导致其利用率低的问题，同时避免单独使用并联有源电力滤波器时硬件成本过高的问题，可在提高光伏系统利用率的同时有效改善电网电能质量。研究具有有源电力滤波功能的光伏并网发电系统越来越受到国内外专家学者的重视。
[0004]目前关于住宅型单相光伏并网逆变器与有源滤波的统一拓扑结构及控制策略方面的研究较多，而三相四线制配网系统中兼具有源滤波功能的光伏并网系统的拓扑结构及控制技术方面的研究很少，且具有有源滤波功能的三相四线制光伏并网系统电流环控制策略多采用无差拍控制和比例谐振控制，无差拍控制依赖于精确的系统模型，鲁棒性欠佳，而比例谐振控制需要并联多个控制器，只能对指定次谐波进行跟踪控制，难以满足非线性负载任意次谐波的跟踪要求。重复控制电流环在三相三线制系统中已被广泛研究，但在三相四线制系统中由于多了中性线，系统中存在零序电流和零序电压，适用于跟踪控制零序电流的控制策略目前还没有相应的研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出零序电流解耦控制的有源滤波三相四线制光伏并网系统及方法，解决了三相四线制配网中的谐波及中性线不平衡电流的问题，同时避免单独使用并联有源电力滤波器时硬件成本过高的问题，提高了光伏逆变器的设备利用率并改善了三相四线制配网系统的电能质量。
[0006]本发明的方法所采用的技术方案是:一种有源滤波三相四线制光伏并网系统，其特征在于:由DC/DC升压电路和DC/AC逆变电路串联组成，两级电路间的控制互不干扰，灵活可靠；DC/DC升压电路利用基于扰动观测法的最大功率点追踪实现光伏发电的最大有功功率输出；DC/AC逆变电路由零序电流解耦控制的电流环和PI控制电压环进行控制，PI控制电压环对逆变器系统的直流母线电压进行控制，并生成光伏有功电流参考值，零序电流解耦控制的电流环不仅能实现对光伏有功电流的跟踪控制输出，还能实现对谐波电流和中性线上的零序电流的跟踪补偿，兼具有光伏发电和谐波补偿的功能；
[0007]光伏电池依次通过DC/DC升压电路和DC/AC逆变电路后向外界提供电力。
[0008]作为优选，所述的DC/DC升压电路包括低压稳压电容C、平波电感L，绝缘栅双极型晶体管S、反向截止二极管D、逆变器侧高压稳压电容Cd。;低压稳压电容C与平波电感L串联，平波电感L与绝缘栅双极型晶体管S及反向截止二极管D相连，反向截止二极管D与逆变器侧高压稳压电容Cde串联；所述的DC/AC逆变电路包括光伏系统三相四桥臂逆变器的绝缘栅双极型晶体管开关管SI?S8 ;开关管包括A桥臂上下串联的开关管S1、S2，B桥臂上下串联的开关管S3、S4，C桥臂上下串联的开关管S5、S6，N桥臂上下串联的开关管S7、S8 ;逆变器四桥臂的A、B、C桥臂输出滤波电感LjP N桥臂输出滤波电感L n;光伏系统逆变器直流侧电容Cd。分别与S1、S2，S3、S4，S5、S6，S7、S8相互并联，A、B、C桥臂中点与输出滤波电感L1串联，N桥臂中点与输出滤波电感Ln串联。
[0009]本发明的方法所采用的技术方案是:一种有源滤波三相四线制光伏并网方法，其特征在于:包括参考电流生成，零序电流与dq轴解耦控制电流环，参考电压合成与脉宽调制三个步骤；
[0010]步骤1:参考电流生成；
[0011]负载电流iu、ib、ik为非线性不平衡负载三相电流，利用abc-dqO坐标变换技术，计算得到iu、L的d和q轴分量i ,和i q，然后利用ip-1q谐波检测法检测出dqO坐标系中谐波电流的参考值ihd*、iq*、i。* ;利用光伏发电系统最大功率追踪算法，计算得到直流电容Cd。上电压的参考值u d。*，将该参考值减去直流电容Cd。上电压的实际值u d。后进行PI控制，生成光伏发电系统输出有功电流的指令ip*，ip*与谐波电流d轴参考指令ihd*相减生成具有d轴参考电流id* ；
[0012]步骤2:零序电流与dq轴解親控制电流环；
[0013]对逆变器输出电流ila、ilb和i丨。进行abc-dqO坐标变换，得到正、负与零序电流i ld、ilq、ilci，分别对ild、ilq、iji行闭环重复控制，重复控制电流环记为C(z);闭环重复控制输出为正负序参考电压ud*和uq*以及零序参考电压ulc]*，N桥臂输出电感Ln±的零序参考电压为ulc]*，将Ud*和Uq*进行dqO-abc坐标变换得到A、B和C桥臂输出电感L1上的参考电压 ula*、ulb*、ulc* ；
[0014]步骤3:参考电压合成与脉宽调制；
[0015]分别计算A、B、C桥臂对N桥臂中点电压的参考值，uAN* = ea+ula*+ulc]*，uBN* =eb+ulb*+ulo*,uCN* =对参考电压uAN*、uBN*、uCN*进行三维空间矢量脉宽调制，生成A、B、C桥臂对N桥臂中点电压的实际值uAN、uBN、uCN, uAN、uBN、uCN经过相桥臂输出滤波器LfLn产生A、B、C桥臂的输出电流i la、ilb和1:。，实现了兼具有有源滤波功能的光伏并网系统的功能。
[0016]本发明由DC/DC升压电路和DC/AC逆变电路串联组成的零序电流解耦控制的有源滤波三相四线制光伏并网系统拓扑结构电路，DC/DC升压电路实现光伏发电的最大功率点追踪。后级DC/AC逆变电路由零序电流解耦控制的电流环和PI控制电压环进行控制，PI控制电压环实现逆变器系统直流母线电压的稳定控制，并生成光伏有功电流参考值。ip-1q电流检测法检测出负载电流中的谐波及不平衡电流，谐波及不平衡电流和光伏有功电流叠加生成零序电流解耦控制电流环的综合指令参考电流。零序电流解耦控制的电流环不仅能实现对光伏有功电流的跟踪控制输出，还能实现对谐波电流和中性线上的零序电流的跟踪补偿，兼具有光伏发电和谐波及不平衡电流补偿的功能。
[0017]本发明能在有源滤波三相四线制光伏并网系统中跟踪控制输出光伏有功电流、谐波电流和零序电流、同时能实现零序电流与正负序电流的解耦控制，整个有源滤波三相四线制光伏并网系统的电流环结构具有光伏有功电流、谐波电流和零序电流控制输出独立，可靠性高的优点，在实现光伏并网发电的同时可以改善三相四线制配网系统的电能质量，对于提高有源滤波三相四线制光伏并网系统的工程实用化程度具有重要现实意义。
【附图说明】
[0018]图1:是本发明实施例的系统拓扑结构图；
[0019]图2:是本发明实施例中零序电流解親控制的电流环实现原理图；其中(a)为参考电流生成原理图，(b)为零序电流与dq轴解耦控制电流环原理图，(C)为参考电压合成与脉宽调制原理图；
[0020]图3:是本发明实施例的系统实验波形图；图3-1为有源滤波三相四线制光伏并网系统进行单一有源滤波功能时的实验波形图，其中(a)、(b)分别是有源滤波功前电网三相电流波形图和有源滤波功后电网三相电流波形图；图3-2为有源滤波三相四线制光伏并网系统进行单一光伏并网发电功能时的实验波形图，其中(a)、(b)、(c)、(d)分别是光伏MPPT过程中光伏电池电压VP、光伏电池输出电流IP、光伏电池输出功率pv、A相有功电流isa的变化曲线图；图3-3为有源滤波三相四线制光伏并网系统同时进行光伏并网发电与有源滤波功能时的实验波形图，其中(a)、(b)是有源滤波过程中投入光伏发电后系统A相电流isa和A桥臂输出电流ila的变化曲线图，(c)、(d)分别是光伏发电过程中加入有源滤波后系统A相电流UP A桥臂输出电流i 13的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0021]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]请见图1，本发明提供的一种有源滤波三相四线制光伏并网系统，由DC/DC升压电路和DC/AC逆变电路串联组成，DC/DC升压电路包括低压稳压电容C、平波电感L，绝缘栅双极型晶体管S、反向截止二极管D、逆变器侧高压稳压电容Cd。;低压稳压电容C与平波电感L串联，平波电感L与绝缘栅双极型晶体管S及反向截止二极管D相连，反向截止二极管D与逆变器侧高压稳压电容Cd。串联；DC/AC逆变电路包括光伏系统三相四桥臂逆变器的绝缘栅双极型晶体管开关管SI?S8 ;开关管包括A桥臂上下串联的开关管S1、S2，B桥臂上下串联的开关管S3、S4，C桥臂上下串联的开关管S5、S6，N桥臂上下串联的开关管S7、S8 ;逆变器四桥臂的A、B、C桥臂输出滤波电感LjP N桥臂输出滤波电感L n;光伏系统逆变器直流侧电容Cd。分别与S1、S2，S3、S4，S5、S6，S7、S8相互并联，A、B、C桥臂中点与输出滤波电感L1串联，N桥臂中点与输出滤波电感Ln串联；
[0023]光伏电池依次通过DC/DC升压电路和DC/AC逆变电路后向外界提供电力；两级电路间的控制互不干扰，灵活可靠；DC/DC升压电路利用基于扰动观测法的最大功率点追踪实现光伏发电的最大有功功率输出；DC/AC逆变电路由零序电流解耦控制的电流环和PI控制电压环进行控制，PI控制电压环对逆变器