一种基于三相四桥臂逆变器的并网电流谐波补偿方法与流程

本发明涉及电气控制领域，具体涉及一种基于三相四桥臂逆变器的并网电流谐波补偿方法。

背景技术

可再生能源的分布式发电成为开发利用可再生能源的有效途径，其中并网逆变器是关键环节之一，逆变器技术成为新能源利用的关键性技术。

相对于传统的集中式大电网供电而言，独立小电网供电将发电系统以小规模布置在用户附近,可独立地输出电能。大电网集中式供电与分散的独立小电网供电的合理结合，被全球能源、电力专家认为是投资省、能耗低、可靠性高的灵活能源系统，成为二十一世纪电力工业的发展方向。独立小电网供电具有广阔的应用前景，但也存在很多电能质量问题。独立小电网的系统短路容量较小而无功、谐波源相对容量较大，无功、谐波的影响也较大电网情况更严重。

三相四桥臂逆变器是全桥合成式三相逆变器的典型结构形式，其结构形式可简单等效为三个共用一条桥臂的单相全桥逆变器并联。它将三相输出电压中点连接到第四个桥臂的中间。它具有直流母线电压低，开关损耗小，可以接非线性及不平衡负载等优点。

将三相四桥臂逆变器并入微网，如图1所示，逆变器可直接接入电网也可带负载，通过合理控制可实现不平衡功率输出，无功功率补偿等功能，应用前景广阔。

理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。近年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波的危害越来越引起人们的重视。

为抑制背景谐波的影响，目前有使用无源滤波器和有源滤波器等方法。

无源滤波器一般是一组针对特定频率的单调谐滤波器，既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，具有成本低、结构简单、技术成熟等优点，但是无源滤波器的设计大多针对特定频率的谐波，只能滤除特定次谐波，谐振频率依赖于元件参数，滤波特性依赖于电网参数，体积大、损耗大。

在谐波源附近或者供用电网节点装设并联型或者串联型有源滤波器，可以有效的起到补偿或者隔离谐波的作用。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，并联型还可以进行无功补偿，但装置造价较高。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本发明基于三相四桥臂逆变器结构，提供了一种并网电流谐波补偿技术，有效地抑制了谐波影响，提高了并入电网的电能质量。

本发明提供一种并网装置，包括相互连接的三相四桥臂逆变器、功率控制模块与谐波补偿模块，功率控制模块分别与三相四桥臂逆变器、谐波补偿模块连接，功率控制模块用于进行不平衡功率输出控制，三相四桥臂逆变器用于将直流源经dc/ac转换后并入电网，功率控制模块用于对三相四桥臂逆变器进行不平衡功率输出控制，谐波补偿模块用于对电网的电压的特征谐波分量进行提取和补偿。

进一步地，功率控制模块包括电网电压检测模块与三相四桥臂控制模块，电网电压检测模块用于获取电网电压，三相四桥臂控制模块用于进行基于正负序分离的三相四桥臂控制输出调制波。

进一步地，谐波补偿模块包括相互连接的特征谐波分量提取模块与补偿模块，特征谐波分量提取模块用于提取获取的电网电压中特征谐波分量，补偿模块用于根据特征谐波分量进行谐波生成并输出补偿谐波。

进一步地，功率控制模块包括正弦波脉宽调制模块，用于根据调制波与补偿谐波输出脉宽调制信号，以在进行不平衡功率输出控制的同时进行谐波补偿。

进一步地，特征谐波分量提取模块包括特征谐波获取单元、锁相环与幅值计算单元，特征谐波获取单元用于获取电网电压与经陷波器的电网电压的差，锁相环用于根据差获取各次谐波相位，幅值计算单元用于根据差获取各次谐波的幅值，特征谐波获取单元分别与锁相环、幅值计算单元连接。

进一步地，特征谐波分量包括各次谐波相位与幅值。

本发明还提供一种用于并网装置的谐波补偿方法，包括以下步骤：

(1)获取电网电压；

(2)根据电网电压，获取谐波；

(3)获取谐波中各次谐波的相位与幅值；

(4)将各次谐波的幅值取反后生成补偿谐波；

(5)根据调制波与补偿谐波输出脉宽调制信号，进行不平衡功率输出控制的同时进行谐波补偿。

进一步地，特征谐波分量提取模块包括特征谐波获取单元，步骤(2)根据电网电压，获取谐波，包括以下步骤：

(21)谐波获取单元获取电网电压与经陷波器的电网电压的差。

进一步地，特征谐波分量提取模块包括锁相环与幅值计算单元，步骤(3)获取谐波中各次谐波的相位与幅值，包括以下步骤：

(31)锁相环根据差获取各次谐波相位；

(32)幅值计算单元用于根据差获取各次谐波的幅值。

与现有技术相比，本发明提供的并网装置及用于并网装置的谐波补偿方法，具有以下有益效果：利用已有的功率控制模块中的电网电压检测模块，获取电网电压eabc，获取谐波中特征分量，进行谐波补偿，无需添加无源滤波器和有源滤波器，也无需增加传感装置，以低成本的方式实现谐波补偿，提高了并入电网的电能质量。

附图说明

图1是使用三相四桥臂逆变器并网的示意图；

图2是本发明的一个实施例的并网装置的结构示意图；

图3是图2所示的并网装置中功率控制及谐波补偿方法的流程示意图；

图4是图3所示的谐波补偿方法的流程示意图；

图5是图3所示的功率控制方法的流程示意图；

图6是未采用本发明的谐波补偿方法时并网电压波形图；

图7是采用本发明的谐波补偿方法时并网电压波形图。

具体实施方式

如图2所示，本发明提供一种并网装置，包括相互连接的三相四桥臂逆变器、功率控制模块与谐波补偿模块，功率控制模块分别与三相四桥臂逆变器、谐波补偿模块连接。

三相四桥臂逆变器用于将直流源经dc/ac转换后并入电网，功率控制模块用于对三相四桥臂逆变器进行不平衡功率输出控制，谐波补偿模块用于对电网的电压的特征谐波分量进行提取和补偿。

功率控制模块包括电网电压检测模块与调制波生成模块，电网电压检测模块用于获取电网电压，调制波生成模块用于进行基于正负序分离的三相四桥臂控制生成调制波。

谐波补偿模块包括相互连接的特征谐波分量提取模块与补偿模块，特征谐波分量提取模块用于提取获取的电网电压中特征谐波分量，补偿模块用于根据特征谐波分量进行谐波生成并输出补偿谐波。

功率控制模块包括正弦波脉宽调制模块，用于根据调制波与补偿谐波输出脉宽调制信号，以进行不平衡功率输出控制的同时进行谐波补偿。

特征谐波分量提取模块包括特征谐波获取单元、锁相环与幅值计算单元，特征谐波获取单元用于获取电网电压与经陷波器的电网电压的差，锁相环用于根据差获取各次谐波相位，幅值计算单元用于根据差获取各次谐波的幅值，特征谐波获取单元分别与锁相环、幅值计算单元连接。

特征谐波分量包括各次谐波相位与幅值。

本实施例中，用于并网装置的谐波补偿方法，如图3所示，包括以下步骤：

(1)电网电压检测模块获取电网电压eabc；

(2)根据电网电压eabc，获取谐波；

(3)获取谐波中各次谐波的相位与幅值；

(4)将各次谐波的幅值取反后生成补偿谐波；

(5)根据调制波与补偿谐波输出脉宽调制信号pwn，进行不平衡功率输出控制的同时进行谐波补偿。

利用已有的功率控制模块中的电网电压检测模块，获取电网电压eabc，获取谐波中特征分量，进行谐波补偿，无需添加无源滤波器和有源滤波器，也无需增加传感装置，以低成本的方式实现谐波补偿，提高了并入电网的电能质量。

特征谐波分量提取模块包括特征谐波获取单元，步骤(2)根据电网电压，获取谐波，包括以下步骤：

(21)谐波获取单元获取电网电压与经陷波器的电网电压的差，如图4所示。

特征谐波分量提取模块包括锁相环与幅值计算单元，步骤(3)获取谐波中各次谐波的相位与幅值，包括以下步骤：

(31)锁相环根据差获取各次谐波相位a1，a2，…，an；

(32)幅值计算单元用于根据差获取各次谐波的幅值a1，a2，…，an。

具体地，在调制波生成模块基于正负序分离的三相四桥臂控制生成调制波(如图5所示)的同时，谐波补偿模块生成补偿谐波，包括以下步骤：

(1)检测三项电流ia,b,c、三项电压eabc；

(2)根据给定有功功率p*a,b,c、无功功率q*a,b,c，计算三项给定电流i*a,b,c；

(3)经abc/αβγ、s/r变换得到i*a,b,c、ia,b,c的d、q、r、s、0分量；

(4)通过带阻滤波，分别得到i*d、id，i*q、iq，i*0、i0，i*r、ir，i*s、is；

(5)分别将i*d、id与i*q、iq输入pi控制器，经正序旋转的r/s变换，得到正序电压α、β分量uα1、uβ1；将i*0、i0输入pi控制器，得到u0；分别将i*r、ir，i*s、is输入pi控制器，经负序旋转的r/s变换，得到负序电压α、β分量uα2、uβ2；

(6)将电压矢量经αβγ/abc变换到三相静止坐标系，得到调制波uabc。

其中abc/αβγ变换为三相静止坐标系到两相坐标系的变换，s/r变换为静止坐标系变换到旋转坐标系。

基于三相四桥臂逆变器结构，实现不平衡功率输出、无功补偿等功能的同时，不增加电压电流传感装置，将检测到电网电压送入数字化陷波器，得到相应谐波次数的电压波形特征包括其电压幅值和相位，将谐波电压中的各次谐波电压分量取反向后，参与调制，实现电压前馈。将前馈信号加入并网逆变器的调制波中与电网电压产生的影响对消，从而实现并网电流谐波的抑制，节省成本。

图6为未采用本发明的谐波补偿方法时并网电压波形图，电网电压包含幅值约为11v的三次谐波，采用本发明的谐波补偿方法后，并网波形如图7所示，基本消除11v的三次谐波，并网电能质量明显提高。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。