一种基于谐波检测与光伏并网指令合成的统一控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏并网与有源滤波统一控制领域，特别是一种基于谐波检测与光伏 并网指令合成的统一控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速发展，全世界对能源的需求越来越大，而不可再生能源的总量是 一定的，总有一天会被消耗殆尽。因此，发展新能源对于一个国家的发展迫在眉睫。太阳能 源由于其具有可再生性以及环保等因素，是未来具有广阔发展前景的新能源之一。光伏并 网技术已经成熟，进入推广阶段。伴随着经济的快速发展，大量的电力电子装置被广泛的应 用于工业，农业等领域。由于电力电子装置本身的特点，比如电力电子装置的非线性和时变 性。使得电力电子装置使用时，会产生大量的谐波以及无功功率。这些无功功率和谐波对于 电网的稳定性是有影响的。对于谐波污染的这种情况，传统的方法是使用无源滤波器。但 无源滤波器其自身具有很多缺点和局限性，越来越不能满足电网电能质量的要求。而有源 电力滤波器技术近些年已经成为国内外研究学者研究的热点。
[0003] 光伏发电装置和有源电力滤波器各有不足。首先，光伏发电装置易受环境因素的 影响，特别是太阳光。在白天有阳光时，光伏发电装置工作；晚上或者阴天时，要将光伏发电 装置切除电网。因此，对于光伏发电装置来说，其自身的利用率不高。其次，对于有源电力 滤波器来说，由于其功能的单一以及成本等因素，使得推广难度加大。
[0004] 研究光伏发电系统与有源电力滤波器的组成原理。我们可以知道，二者向电网提 供的类型不一样。但从本质上来说，二者则是相同的。因此可以在不增加成本的情况下，对 这两者实现统一控制，并弥补两者之间的不足。
[0005] 基于谐波检测与光伏并网指令合成算法在光伏发电与有源滤波统一控制系统中 的应用，使得一个装置能够实现光伏发电与有源滤波两种功能这对发展新能源，发展绿色 电力具有重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于谐波检测与光伏并网指令合成的统一控制方法， 以克服现有技术中存在的缺陷。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于谐波检测与光伏并网指令合成 的统一控制方法，按照如下步骤实现：
[0008] 步骤S1:在电路图中加入锁相环电路PLL以及函数发生器产生电源电压同相位， 以消除电网电压波形突变对检测结果的影响；
[0009] 步骤S2:记三相电压分别为Vsa、Vsb以及Vs。，三相负载电流分别为iu、ilb以及i^ 且三相电路对称；
[0010] 步骤S3 :将所述三相负载电流iu、U以及通过第一矩阵C32进行变换，变换到 α-β两相正交的坐标系上，输出两相瞬时电流ia以及i
[0011] 步骤S4 :将所述两相瞬时电流ia以及ie与第二矩阵C相乘，得到三相负载电流 有功电流分量ip以及三相负载无功电流分量iq;
[0012] 步骤S5 :将所述三相负载电流有功电流分量ip与所述三相负载无功电流分量iq 分别对应通过低通滤波器LPF，得到三相负载电流有功电流的直流分量石以及三相负载电 流无功电流的直流分量:i;
[0013] 步骤S6 :通过最大功率点跟踪控制部分得出Ppv，并测量出并网电压Ud。，与预设电 压Ud/经过电压调节器AVR处理得到光伏并网有功指令电流G;
[0014] 步骤S7 :将所述三相负载电流有功电流的直流分量$与所述光伏并网指令电流g 合成，并依此经过所述第二矩阵逆矩阵C1以及所述第一矩阵逆矩阵C23，输出电流ifa、4以 及if。；
[0015] 步骤S8 :将所述三相负载电流Uu以及i&分别对应与所述电流ifa、ifb以及ifc 相减，得到ilha、ilhb、込。，且ilha、ilhb、込。分别为三相负载的无功、谐波电流以及光伏并网有 功指令电流的总和；
[0016] 步骤S9 :将得到的i^、i^、込。通过逆变器把最终的补偿电流指令导入电网。
[0017] 在本发明一实施例中，在所述步骤S2中，所述三相电压Vsa、Vsb以及Vs。分别为：
[0021] 其中，Vi是电源电压基波的有效值，ω为角频率；
[0022] 所述三相负载电流iu、U以及为：
[0026] 其中，n= 3k±l，k是整数，且k= 0时，η只能为1，In是各次电流有效值，Θ。是 初相角。
[0027] 在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，所述两相瞬时电流ia、ie通过如下方式 计算：
[0029] 其中，所述第一矩阵C32为：
[0031] 在本发明一实施例中，在所述步骤S4中，所述三相负载电流有功电流分量ip以及 所述三相负载无功电流分量iq按下列式子进行计算：
[0033] 其中，所述第二矩阵C为：
[0035] 在本发明一实施例中，在所述步骤S5中，所述三相负载电流有功电流的直流分量 石以及所述三相负载电流无功电流的直流分量石为：
[0037] 在本发明一实施例中，在所述步骤S6中，具体包括以下步骤：
[0038] 步骤S61:记U为初始值，定步长为AU，对输出的电压值以及电流值进行采样，电 流采样值为I，并计算P;
[0039]步骤S62 :令1^=U+AU，对电流值进行采样，电流采样值为Ii，并计算P1;
[0040] 步骤S63 :令ΔP=P「P，判断参考电压U变化时，ΔP的变化情况；若当参考电压 U变大时，ΔP> 〇,则转至步骤S64,ΔP< 〇,则转至步骤S65 ;若当参考电压U变小时，ΔP > 〇,则转至步骤S66,ΔP< 〇,则转至步骤S67 ;
[0041] 步骤S64:最大功率点MPP位于当前工作点的右侧，系统应该保持参考电压变大的 改变趋势，令u2=UΔu，U2是第二次扰动后的电压值，转至步骤S68;
[0042] 步骤S65:最大功率点MPP位于当前工作点的左侧，系统应该保持参考电压变小的 改变方向，u2=UΔu，U2是第二次扰动后的电压值，转至步骤S68;
[0043] 步骤S66:最大功率点MPP位于当前工作点的左侧，系统应该保持参考电压变小的 改变方向，u2=UΔu，U2是第二次扰动后的电压值，转至步骤S68;
[0044] 步骤S67:最大功率点MPP位于当前工作点的右侧，系统应该保持参考电压变大的 改变趋势，u2=UΔu，U2是第二次扰动后的电压值，转至步骤S68;
[0045]步骤S68:判断太阳能电池的输出功率与最大功率点MPP的差值是否为± 1 %，若 是，则转至步骤S69,否则，转至所述步骤S63;在该过程中反复对参考电压进行扰动，使电 压发生变化，并使所述太阳能电池的输出功率向着变大的改变趋势；
[0046] 步骤S69:将光伏矩阵输出功率为最大功率点MPP对应的电压为光伏矩阵的输出 电压U，输出电压U通过光伏拓扑结构得到所述并网电压Ud。。
[0047]在本发明一实施例中，在所述步骤S7中，所述输出ifa、ifb以及if。按以下计算：
[0049] C^C1分别为 ，
[0050] 所述第一矩阵C32以及所述第二矩阵C的逆矩阵，ω为角频率。
[0051] 在本发明一实施例中，在所述步骤S8中，i^、以及安以下计算：
[0053] 其中，前一部分是负载电的谐波与无功电流分量，后一部分是光伏指令电流的基 波分量。
[0054] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所提出的一种基于谐波检测 与光伏并网指令合成的统一控制方法，通过对统一控制系统进行谐波检测与光伏并网指令 的合成，可以使统一控制系统工作在光伏发电的时候同时进行有源滤波，提高系统的利用 率。
【附图说明】
[0055] 图1为本发明一种基于谐波检测与光伏并网指令合成的统一控制方法中的电路 原理图。
[0056] 图2为本发明一种基于谐波检测与光伏并网指令合成的统一控制方法中采用的 最大功率跟踪方法原理流程图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0058] 本发明提供一种基于谐波检测与光伏并网指令合成的统一控制方法，如图1所 示，该方法为基于谐波检测与光伏并网指令合成算法在光伏发电与有源滤波统一控制方 法，当K断开时检测结果中包含负载的无功和谐波电流；当K闭合时算法只检测负载中的谐 波电流含量，并与光伏并网指令电流合成，得到谐波补偿和并网发电电流的合成指令。下面 结合原理图，讨论开关K断开的情况，具体包括以下步骤：
[0059] 步骤S1 :为了消除电网电压波形突变对检测结果的影响，在电路图中加入锁相环 电路PLL和函数发生器产生电源电压同相位。
[0060]步骤S2:设三相电路对称，各项电压如下所示：
[0064] 式中，Vi是电源电压基波的有效值，ω为角频率。
[0065] 三相负载电流为：
[0069] 式中，n = 3k±l，k是整数，当k = 0时，η只能为1，Ιη是各次电流有效值，Θ。是 初相角。
[0070] 步骤S3:三相电流。通过矩阵C32变换，变换到α_β两相正交的坐标系 上，输出为两相瞬时电流ia，ie。具体式子如下：
[0072] C32矩阵为：
[0074]步骤S4 :ia，ie与矩阵C相乘，得到三相负载电流有功电流分量ip，三相负载无功 电流分量iq，C是电网电压同相位的正弦及余弦信号构成变换矩阵，具体式子如下：
[0076] C矩阵为：
[0078] 步骤S5 :ip和iq通过低通滤波器（LPF)后，得到g和[，孓是三相负载电流有功电 流的直流分量，是三相负载电流无功电流的直流分量：
[0080] 步