适合于新能源分布式并网变流器的主从电流控制装置的制作方法

本发明属于交流电网中变流器控制技术领域，具体设计一种适合于新能源分布式并网变流器的主从电流控制方法和装置。

背景技术

随着全球能源危机与环境压力的增加，新能源分布式发电技术备受瞩目。新能源分布式发电系统通常由多个并网功率变流器将可再生能源转换为交流或直流并入电网。当电网的内阻为零或几乎为零时，注入电网的电流几乎不会对电网电压造成影响，这种电网通常被称之为强电网；当电网的内阻不可忽略时，电网电压会随着注入电网的电流值的变化而变化，并网变流器的输出阻抗与电网内阻不匹配时甚至会危及到系统的安全，这种电网可以称之为相对弱电网。由于电网条件的未知性，变流器的控制器需要能够兼容不同的电网工况，即变流器的输出阻抗需要匹配不同的电网阻抗，这给变流器的控制器设计带来了困难，尤其是基于lcl型滤波器输出的变流器的控制器设计。当并联在电网公共端的并网变流器数量增加时，这种困难随之增加，严重时甚至威胁到电网的安全稳定运行。目前大多数的研究仍聚焦在通过建立特定的分布式并网发电系统的数学模型来提出相应的控制方法和利用谐波的注入等对电网阻抗进行预测，对于物理实现并网变流器与电网的完全解耦方法还缺乏报道。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种适合于新能源分布式并网变流器的主从电流控制装置，本发明通过主电流控制部分实现对基波并网电流的控制，以及从电流控制部分采用串联于变流器输出端的有源功率变换装置来消除电网阻抗和实现入网电流谐波的有效抑制。

本发明一种适合于新能源分布式并网变流器的主从电流控制装置，包括并网变流器的主电流控制单元和串联于并网变流器输出端的有源功率变换装置的从电流控制单元；

所述的并网变流器的主电流控制单元将公共端电网电压单位前馈的输出信号vpcc和电流补偿器的输出信号vco叠加，叠加信号经由中心频率为工频的带通滤波器滤波后得到只包含基波成分的调制波vm，调制波vm经由脉宽调制器转换为驱动变流器半导体开关管的pwm信号；

所述的有源功率变换装置的从电流控制单元将电网公共端谐波电压单位前馈输出信号vpcc,h和并网谐波电流补偿器的输出信号vcco相叠加，叠加信号经由脉宽调制器转换为驱动有源功率变换装置的半导体开关管的pwm信号；所述的电网公共端谐波电压单位前馈输出信号vpcc,h为公共端电网电压单位前馈的输出信号vpcc经过带阻滤波器滤波后的谐波电压；所述的并网谐波电流补偿器的输出信号vcco为主电流控制形成的电流误差信号ie经过带阻滤波器nf滤波后，形成只包含误差谐波电流的信号ie,h；误差谐波电流信号ie,h通过pi控制器得到的信号。

所述的并网变流器的主电流控制单元的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1.检测变流器输出电流io和公共端电网电压单位前馈的输出信号vpcc；

步骤2.根据公共端电网电压单位前馈的输出信号vpcc进行锁相操作，得到基波角频率ω0或正弦基波信号sinω0t；

步骤3.将参考电流幅值iref和正弦基波信号sinω0t经由乘法器得到iref和输出电流io进行比较得到误差电流信号ie；

步骤4.误差信号经由比例电流控制器得到的输出信号vco与公共端电网电压单位前馈信号vpcc叠加形成的信号通过带通滤波器bpf滤波后，得到只包含基波成分的调制信号vm；

步骤5.调制信号vm通过脉宽调制器得到pwm信号，经由驱动器形成半导体开关管的驱动波形，从而调节变流器的输出基波电流跟踪参考电流iref。

所述的串联于并网变流器输出端的有源功率变换装置，是一种能量双向流动的dc/ac功率变换器，它的直流端与直流电压源或储能电容相连接，而交流端则串联于变流器的输出端口。

所述的从电流控制单元的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1.检测的公共端电网电压vpcc经由带阻滤波器nf滤波后，得到剔除了基波部分的公共端电网谐波电压vpcc,h；

步骤2.将主电流控制形成的电流误差信号ie经过带阻滤波器nf滤波后，形成只包含误差谐波电流的信号ie,h；

步骤3.将误差谐波电流信号ie,h通过pi控制器得到的信号vcco与公共端电网谐波电压单位负反馈信号vpcc,h相减后得到对应的调制信号vcm；

步骤4.调制信号vcm通过脉宽调制器得到pwm信号，再经由驱动器形成半导体开关管的驱动波形，从而实现电网阻抗的消除和并网电流谐波的抑制。

有益效果：本发明包括主从电流控制部分，其中并网变流器的主电流控制部分实现基波电流调制；从电流控制部分采用在变流器的输出端串联一组有源功率变换装置的策略，通过结合电网公共端(pcc端)谐波电压单位前馈控制和谐波电流调制，从而消除电网阻抗和并网电流谐波分量。

附图说明

图1是包含主从电流控制单元的并网变流器等效结构图。其中z1表示变流器侧滤波电抗，z2表示网侧滤波电抗，zc表示滤波电容，zg表示可变等效电网阻抗；vpcc是公共端(pcc)电网电压，io表示变流器入网电流，vpn是有源功率变换装置输出端的电压。

图2是包含主电流控制单元和从电流控制单元的控制结构框图。黑色细实线部分是代表主电流控制单元，黑色粗实线部分代表功率电路部分，虚线代表从电流控制单元，其中iref是参考电流值，io是输出电流，bpf带通滤波器，nf是带阻滤波器。

图3是主电流控制单元的控制示意图。

图4是从电流控制单元的控制示意图。

图5是在强电网条件下，仅包含主电流控制的变流器仿真输出波形。

图6是在相对弱电网(zg＝5mh)条件下，仅包含主电流控制的变流器仿真输出波形。

图7是在强电网条件下，包含主从电流控制的变流器仿真输出波形。

图8是在相对弱电网(zg＝5mh)条件下，包含主从电流控制的变流器仿真输出波形。

具体实施方式

图1为包含主电流控制单元和从电流控制装置的并网变流器系统的示意图。其中，主电流控制部分实现基波调制，从电流控制部分通过串联于变流器输出端的有源双向功率变换器提供等效电压源vpn。图1对应的控制框图如

图2所示，图中主电流控制单元通过将公共端电网电压单位前馈的输出信号vpcc和电流补偿器的输出信号vco相叠加，叠加信号经由中心频率为工频的带通滤波器滤波后得到只包含基波成分的调制波vm，vm经由脉宽调制器转换为驱动变流器半导体开关管的pwm信号，从而实现并网基波电流的控制。从电流控制单元则将电网公共端谐波电压单位前馈输出信号vpcc,h和并网谐波电流补偿器(pi)的输出信号vcco相叠加，叠加信号经由脉宽调制器转换为驱动有源功率变换装置的半导体开关管的pwm信号，从而实现电网阻抗的消除和并网谐波电流的抑制。

图3所示为主电流控制单元的示意图。其中iref是参考电流幅值iref和由锁相环得到的正弦基波信号sinω0t经由乘法器得到的参考电流。iref和变流器输出电流io经减法器比较后得到误差信号ie。误差信号通过电流补偿器的补偿后和公共端电网电压vpcc进行叠加。为了得到只只包含基波成分的调制波，以工频为中心频率的带通滤波器用来对上述叠加信号进行滤波，从而得到调制波信号vm。vm通过脉宽调制器后输出pwm信号来驱动变流器半导体开关管，实现输出电压vpn的实时调节。

图4所示为从电流控制单元的示意图。从电流控制单元由谐波电流控制部分和电网阻抗消除部分组成。其中，为了消除谐波电流，主电流控制单元中的电流误差信号ie经由以工频为中心频率的带阻滤波器滤波后得到谐波电流误差信号ie,h。该谐波电流含量通过pi补偿器进行抑制，对应的输出信号为vcco。此外，电网阻抗则通过将检测的公共端电网电压vpcc通过以工频为中心频率的带阻滤波器滤波得到的谐波电压vpcc,h进行消除。将上述对应的输出信号vpcc,h和vcco相减后，得到调制波信号vcm，随即可以经由脉宽调制器和驱动器来驱动双向功率变换器的半导体开关管s1～s4，从而实现谐波电流抑制和电网阻抗的消除。

图5～6所示为在不同电网工况下仅包含主电流控制的变流器仿真输出波形图。由图可见，仅包含主电流控制的并网变流器虽能保证跟踪基波电流，但却无法抑制lcl滤波器的振荡和电网阻抗的变化对系统控制稳定性的影响。

图7～8所示为在不同电网工况下包含主从电流控制的变流器仿真输出波形。由图可见，在主电流控制保证基波电流的精确跟踪的前提下，由于从电流控制的参与，不仅lcl滤波器的振荡和入网电流的谐波得到有效的抑制，而且此时系统对电网阻抗的变化具有很强的鲁棒性。

由此可见本发明借助变流器的主从电流控制的设计，在减轻并网变流器电流的控制负担和保证效率的同时消除了电网阻抗和电网背景谐波对变流器的影响，反之亦然。在新能源分布式并网发电的发展背景下，根据本发明提供的主从电流控制的措施，保证了变流器在不同电网工况下精确的电流跟踪能力和良好的系统稳定性。