一种具有补偿不对称无功负载功能的光伏并网发电系统电流形成及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子功率变换技术领域，更具体地说，涉及一种具有无功补偿功 能的、带工频变压器隔离的光伏并网逆变器在并网发电且补偿不对称无功负载时的负载电 流检测及并网指令电流形成方法。
【背景技术】
[0002] 随着太阳能光伏并网发电系统成本的逐渐降低，以及国家和各地区对新能源发电 的支持，太阳能光伏并网发电系统得到了大规模的发展。早期，太阳能光伏并网发电系统主 要利用荒漠和废弃荒地建立大功率太阳能光伏电站进行发电。由于直流侧电压远低于电网 电压峰值，通过在逆变器的功率输出级使用Y/Y型接法的隔离升压变压器接入电网输电侧 或配电侧将太阳能发出的直流电能以纯有功电流的形式并入电网。由于采用纯有功电流并 网发电，所以不需要检测负载侧的电流，控制算法简单。
[0003] 然而，由于荒漠用地逐渐减少和有偿化，且荒漠电站一般距离城市较远，输配电损 耗不可避免;在这种情况下，随着电力公司对新能源发电的开放，太阳能发电系统不断向城 市转移，充分利用各类企业现有厂房房顶安装太阳能光伏并网发电系统，不仅可以自发自 用，而且可以将富余的电力出售给电力公司，简单方便且损耗低，已经越来越受到重视。但 是在企业厂房房顶安装太阳能光伏并网发电系统，由于生产现场电力环境比较恶劣且电压 等级较低，厂房内各类冲击性、非线性负载工作频繁。因此，电网的电能质量较差，对光伏并 网逆变器的控制算法和功能要求较高，必需抑制电网和逆变器之间三次谐波电流及零序电 流的相互影响，同时还要求并网逆变器具有补偿不对称负载无功的功能。且由于需要补偿 负载的无功电流，必须采样网侧的负载电流。而如何在遭受噪声等严重干扰的电网侧精确 采样到三相负载电流值又是一个难点。
[0004] 经检索，中国专利号ZL 201310249997.X，授权公告日：2015年4月15日，发明创造 名称为:一种配电网角形链式SVG综合补偿指令电流获取方法;该申请案包括以下步骤:检 测负载电流11&、1113、11(：，经基于瞬时无功功率理论的1?-1(1变换和低通滤波得到负载电流 基波有功分量;负载电流减去基波有功分量并取反，得到含有基波无功分量、基波负序分量 和谐波分量的线电流补偿指令信号<、<、I s负载电流经变换矩阵、低通滤波后得到基波 负序有功分量和无功分量;基波负序有功分量和无功分量分别乘以cos( ω t)和sin( ω t)得 到零序环流指令线电流补偿指令与零序环流指令合成角形链式S V G相电流指令 '：>. i C C该申请案采用负载电流瞬时值，能与现有的单相链式SVG控制策略有效结 Λ 、. O 合，实现角形链式SVG综合补偿功能。
[0005] 中国专利号ZL 201310096209.8,授权公告日为2015年2月4日，发明创造名称为： 一种考虑负序补偿的角形链式SVG指令电流提取方法;该申请案提供了一种链式SVG，所述 链式SVG包括三相链节，每个链节包括若干个串联的H桥单元，所述三相链节各与一个电抗 器串联组成链节支路，所述三个链节支路角形连接后并接入三相电网和三相负载之间。该 申请案的方法可应用于基于角形链式SVG的负序、无功和谐波电流综合补偿系统，能够快速 准确地提取无功、负序、谐波电流综合补偿系统的指令电流。
[0006] 上述申请案提供了两种提取指令电流的方案，尤其适用于角形链式SVG的综合补 偿。但上述申请案并不能适用于企业厂房房顶安装的太阳能光伏并网发电系统，即其不能 适应电力环境恶劣且电压等级较低时，对光伏并网逆变器的控制算法和功能的要求。
【发明内容】
[0007] 1.发明要解决的技术问题
[0008] 本发明针对并网逆变器越来越多的用于企业厂房，常规的并网逆变器控制算法及 功能已经不能满足要求，提供了一种具有补偿不对称无功负载功能的光伏并网发电系统电 流形成及控制方法;本发明首先采用卡尔曼滤波算法实现恶劣环境中负载电流的精确检 测，然后根据变压器的功率平衡原理，将负载电流先等效成变压器的一次侧电流，再根据变 压器的联结方式，采用钟点法将一次侧电流进行换算，同时归算到变压器的二次侧;对归算 后的二次侧电流进行双DQ变换提取其中的正序无功分量、负序有功分量和负序无功分量并 作为逆变器输出的指令电流分量；同时，根据太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪算法得到 逆变器的并网电流给定值，此即作为逆变器输出的正序有功分量指令电流;至此，即可得到 并网逆变器输出指令电流的四个部分:正序有功分量和正序无功分量、负序有功分量和负 序无功分量，同时采样逆变器的输出并网电流并进行双DQ变换得到其正序有功分量和正序 无功分量、负序有功分量和负序无功分量且作为反馈值，再分别经过闭环控制即可实现并 网发电和补偿不对称无功负载的功能。本发明在不添加任何硬件成本的基础上，实现负载 电流的精确检测，并进行转换以实现并网有功发电和无功补偿的功能，能够有效改善企业 的电能质量。
[0009] 2.技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0011] 本发明的一种具有补偿不对称无功负载功能的光伏并网发电系统电流形成及控 制方法，其步骤为：
[0012] 步骤一、获取电网电压的实时频率和相位信息；
[0013] 步骤二、获取三相负载电流值；
[0014] 步骤三、根据三相变压器的联结方式将步骤二采集的三相负载电流值进行换算， 并归算到三相变压器的二次侧；
[0015] 步骤四、对归算到变压器二次侧的电流进行双DQ变换，提取其中的正序无功分量、 负序有功分量和负序无功分量；
[0016] 步骤五、根据太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪算法得到并网电流的正序有功分 量；
[0017] 步骤六、将步骤四和五得到的电流正序有功分量和正序无功分量、负序有功分量 和负序无功分量共同作为并网逆变器的输出指令电流；
[0018] 步骤七、获取逆变器的输出电流进行双DQ变换，提取其正序有功分量和正序无功 分量、负序有功分量和负序无功分量并作为反馈电流，将步骤六所得输出指令电流和反馈 电流的误差进行闭环控制，即可实现并网发电和补偿不对称无功负载的功能。
[0019] 更进一步地，步骤二中采用霍尔电流传感器检测出负载电流的瞬时值，并采用卡 尔曼滤波算法对所采样的电流值进行滤波去除噪声，获取负载电流真实值。
[0020] 更进一步地，所述的三相变压器采用Υ/Λ11型联结方式，变比为400/270。
[0021]更进一步地，步骤三采用钟点法进行电流换算，根据变压器两边功率守恒原理，令 188=；[1^、18匕=；[03和180 = ；[1^，得出变压器二次侧电流：
[0022] ila=(400/270)*(isa-isb) = (400/270)*(iLa-iLb)
[0023] ilb = (400/270)*(isb-isc) = (400/270)*(iLb-iLc)
[0024] ilc = (400/270)*(isc-isa) = (400/270)*(iLc-iLa)
[0025] 其中，isa、isb、isc表示变压器一次侧电流，iLa、iLb、iLc表示负载电流。
[0026]更进一步地，步骤五获得并网电流正序有功分量的过程为：
[0027] 1)当增大参考电压 U 时，U1 = IHAU,若 P1SPJl^U2 = UdAU;
[0028] 2)当增大参考电压 U 时，U1 = IHAU,若 P1SPJi^U2 = U1-AU;
[0029] 3)当减小参考电压U时，U1 = U- Δ U，若P1 >P，则令U2 = U1- Δ U;
[0030] 4)当减小参考电压U时，Ui = U- Δ U，若Pi <P，则令U2 = Ui+ Δ U;
[0031]其中，U为上一次光伏电池的电压检测值，P为对应的输出功率，山为当前光伏电池 的电压检测值，Pi为对应的输出功率，A U为电压调整步长，U2为下一时刻的电压值;得到太 阳能光伏阵列下一时刻点的给定工作电压值后进行闭环控制得并网电流的正序有功分量。 [0032] 3.有益效果
[0033]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0034] (1)本发明的一种具有补偿不对称无功负载功能的光伏并网发电系统电流形成及 控制方法，针对并网逆变器越来越多的用于企业厂房，由于企业内大量非线性无功负载甚 至是冲击性负载的存在使得电网环境较恶劣，所采样的负载电流易受噪声等干扰，常规的 并网逆变器控制算法及功能已经不能满足要求的现状，在不添加任何硬件成本的基础上采 用卡尔曼滤波算法实现负载电流的精确检测，并采用Y/A型接法的隔离变压器和电网隔 离，以抑制电网和逆变器之间三次谐波电流及零序电流的相互影响，实现了并网有功发电 和无功补偿的功能，有效改善了企业的电能质量。
[0035] (2)本发明的一种具有补偿不对