基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法

本发明涉及并网逆变器控制，具体涉及一种基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法。

背景技术：

1、电流源型并网逆变器属于跟网型逆变器具有功率调节速度快、可再生能源利用率高的优点，但是其一般以最大化有功功率输出为主要运行目标，不能够如传统同步发电机一样支撑电网电压和频率稳定。随着新能源发电渗透率的不断提升，电网逐渐有强电网变为弱电网状态，为了增强并网逆变器在复杂工况下的适应性，构网型逆变器应运而生。

2、自同步电压源属于构网型逆变器具备模拟传统同步发电机的阻尼和惯性的潜力，虽然能够为电网提供频率和电压支撑，但是自同步电压源一般采用电压、电流双内环的控制结构，在强网情况下存在振荡风险，且现有的虚拟阻抗方法依赖微分运算，为了避免高频噪声的影响，需要引入低通滤波环节，低通滤波环节的滞后特性会使得自同步电压源的动态特性变差。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，目的在于不额外增加硬件成本的前提下，抑制并网电流振荡，提升其在强网工况下的运行稳定性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，所述自同步电压源的拓扑结构包括：直流侧电源、三相逆变器、三相电网阻抗和三相电网；

4、所述的自同步电压源并网稳定性提升方法包括以下步骤：

5、采集逆变器端口电压和端口电流；

6、根据所述的逆变器端口电压和端口电流，计算逆变器输出有功功率和无功功率；

7、分别根据有功功率环、无功功率环计算得到桥臂内电势参考值的相位、桥臂内电势参考值的幅值，再通过内电势计算公式得到内电势参考值；

8、电压控制环生成电流控制环的参考值；

9、重塑电流控制环并加电网电压前馈控制生成调制波；

10、将所述调制波进行空间矢量调制生成驱动信号。

11、可选地，所述的计算逆变器输出有功功率和无功功率包括以下步骤：

12、将逆变器端口电压和端口电流从三相静止坐标系转换至两相静止坐标系；

13、三相静止坐标系电压转换至两相静止坐标系电压的变换公式为：

14、

15、三相静止坐标系电流转换至两相静止坐标系电流的变换公式为：

16、

17、通过瞬时功率计算公式得到逆变器输出有功功率p和无功功率q；瞬时功率计算公式为：

18、p＝1.5×(vαiα+vβiβ)

19、q＝1.5×(vβiα-vαiβ)

20、可选地，所述内电势参考值的相位、桥臂内电势参考值的幅值与内电势计算方法包括以下步骤：

21、根据有功功率环计算公式计算得到桥臂内电势参考值的相位θ，有功功率环计算公式为：

22、

23、式中，pset为三相逆变器输出有功功率参考值，ωn为三相电网额定角频率，dp为有功阻尼系数，j为虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子；

24、根据无功功率环计算公式计算得到桥臂内电势参考值的幅值u，无功功率环计算公式为：

25、

26、式中，qset为三相逆变器输出无功功率参考值，vn为三相电网额定电压幅值，dq为无功阻尼系数，k为无功惯性系数，s为拉普拉斯算子；

27、根据内电势相角参考θ、内电势幅值参考u，通过内电势计算公式得到内电势参考值uφ-ref，所述内电势计算公式为：

28、

29、可选地，所述的电压控制环生成电流控制环的参考值包括以下步骤：

30、将内电势参考值作为电压控制环的参考值；

31、将端口电压作为电压控制环反馈量；

32、电压控制环的参考值减去电压控制环反馈量作为电压控制环的输入，电压控制环输出电流控制环的参考值，电压控制环的传递函数为hv(s)。

33、可选地，所述的重塑电流控制环并加电网电压前馈控制生成调制波，包括以下步骤：

34、自同步电压源输出电流iabc为电流控制环的反馈量1，记为ifb1；

35、设计电流控制环的重塑支路，电流控制环的重塑支路的输入为电流控制环输出值，输出为电流控制环的反馈量2，记为ifb2；电流控制环重塑支路的传递函数为hires＝hv(s)；

36、计算电流控制环的反馈量ifb，计算公式为ifb＝ifb1+ifb2；

37、电流控制环的输入为电流控制环参考值iref减去电流控制环的反馈量ifb；

38、电流控制环的输出调制波分量1，记为vmabc1；

39、电网电压前馈分量vff为调制波分量2，记为vmabc2，计算调制波，计算公式为vmabc＝vmabc1+vmabc2。

40、可选地，所述的将所述调制波进行空间矢量调制生成驱动信号包括以下步骤：

41、调制波送入pwm模块，生成驱动信号，控制逆变器；调制波与三相三角载波进行比较，通过空间矢量调制方法生成驱动信号。

42、可选地，所述三相逆变器包括三相逆变电路、三相lc滤波器、三相电压传感器、三相电流传感器和三相逆变器控制器。

43、三相逆变电路和三相lc滤波器连接，三相电压传感器和三相电流传感器分别采样三相lc滤波器中滤波电容三相电压和滤波电感三相电流，并将采样信号传输至三相逆变器控制器；三相逆变器控制器经过计算后，输出驱动信号控制三相逆变电路。

44、本发明的有益效果：

45、1、本发明的方法通过重塑电流控制环，实现重塑自同步电压源的阻抗，相比于目前的电压电流双闭环控制自同步电压源，可以避免输出电流振荡，实现在强网工况下稳定运行。

46、2、本发明的方法通过优化控制回路，重塑自同步电压源的阻抗，相比较加入实际阻抗的方案，可以节约硬件成本。

47、3、本发明的方法通过重塑电流控制环，实现重塑自同步电压源的阻抗，相比于传统的虚拟阻抗法，可以避免低通滤波和微分运算，且不需要已知滤波电感值，实现简单。

技术特征：

1.一种基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述自同步电压源的拓扑结构包括：直流侧电源、三相逆变器、三相电网阻抗和三相电网；

2.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述的计算逆变器输出有功功率和无功功率包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述内电势参考值的相位、桥臂内电势参考值的幅值与内电势计算方法包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述的电压控制环生成电流控制环的参考值包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述的重塑电流控制环并加电网电压前馈控制生成调制波，包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述的将所述调制波进行空间矢量调制生成驱动信号包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，其特征在于，所述三相逆变器包括三相逆变电路、三相lc滤波器、三相电压传感器、三相电流传感器和三相逆变器控制器；

技术总结
本发明公开了一种基于电流控制环重塑的自同步电压源并网稳定性提升方法，属于并网逆变器控制技术领域。该方法包括以下步骤：测量并网逆变器端口电压和输出电流并计算输出有功和无功功率；再分别获得端口电压的幅值和相角参考，生成端口电压参考值；然后，将端口电压作为电压调节器的反馈值；然后将端口电压参考值减去反馈值作为电压调节器的输入。电压调节器输出电流参考值，将其减去输出电流与电流控制环重塑支路输出值之和，再输入电流调节器，最后，电流调节器的输出值加上电网电压前馈量得到调制信号，将调制信号通过SVPWM生成驱动信号从而控制逆变器。本发明方法在不增加硬件成本的前提下，提升自同步电压源在强网工况下的稳定运行能力。

技术研发人员：肖华锋,吴旭,王伟,韦徵
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14