一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法

本发明属于电力电子逆变器控制领域，涉及一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，适用于电力电子逆变器的控制。

背景技术：

1、新能源发电场多位于偏远地区，远离用电负荷中心，导致其输电线路的感性电抗较大，在并网点的短路比较小，接入后会降低电能的传输效率。针对上述情况普遍使用串联电容器补偿技术来提升电网远距离输电的能力。串联补偿可以抵消线路的一部分电抗，相当于减小了输电线路的电感。这可以改善电网系统的电压，减少电能损耗，提高输电线路的传输容量。但是传统的电容器串联补偿技术会使电网阻抗在低频段呈现容性，容易与并网逆变器在并网点发生振荡，降低系统的稳定性。

2、因此，提出了一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法。使用虚拟串联补偿能在实现串联补偿效果的同时减少并网逆变器的阻抗中的负电阻分量，提升系统的稳定性。并且由于提出的控制方法没有使用实际电容器，可以降低串联补偿的成本。

技术实现思路

1、本申请提供一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，提高逆变器远距离并网的电能传输效率，降低串联补偿的成本，提升系统的稳定性。本申请包括以下步骤：

2、步骤(1)：采集并网逆变器的输出电流ia,ib,ic和并网点电压va,vb,vc，通过锁相环获得与并网点电压va,vb,vc同步的相位，对ia,ib,ic进行abc/dq变换得到在dq坐标系下的电流分量id与iq；

3、步骤(2)：电流参考值idref和iqref与电流id和iq分别作差，再经过电流环得到输出信号nd和nq的表达式为：

4、

5、其中，kd为电流环的解耦系数；idref和iqref为给定常量；gi(s)为电流环pi控制器的传递函数，其表达式为：

6、

7、其中，kp_i为电流环pi控制器的比例系数；ki_i为电流环pi控制器的积分系数；

8、步骤(3)：d-q坐标系下，电流id和iq经过虚拟串联补偿控制得到输出信号md和mq表达式为：

9、

10、其中，kf为虚拟串联补偿控制方法的解耦系数；hc(s)为虚拟串联补偿控制器的传递函数，其表达式为：

11、

12、其中，lf为lc滤波器的电感值；cf为lc滤波器的电容值；kpwm为并网逆变器的等效增益；k是虚拟串联补偿控制的比例系数；

13、步骤(4)：在d-q坐标系下电流环输出信号和虚拟串联补偿控制输出信号作差，得到逆变器输出电压的调制信号cd和cq的表达式为：

14、

15、步骤(5)：使用序列阻抗建模方法，假设a相电压相位为0，在并网点注入扰动电压，则并网点电压可以表示为：

16、

17、其中，v1为电网电压的基波幅值；f1为电网电压的基波频率；vp为正序扰动电压的幅值；fp为正序扰动电压的频率；φvp为正序扰动电压的相位；vn为负序扰动电压的幅值；fn为负序扰动电压的频率；φvn为负序扰动电压的相位；

18、步骤(6)：对三相静止坐标系下的并网点三相电压表达式(6)进行傅里叶变换，其频域表达式为：

19、

20、其中，v1＝v1/2；

21、步骤(7)：注入扰动电压后并网逆变器输出的电流可以表示为：

22、

23、其中，i1为逆变器输出的电流的基波幅值；φi1为逆变器输出的电流的基波相位；ip为正序电流响应的幅值；φip为正序电流响应的相位；in为负序电流响应的幅值；φin为负序电流响应的相位；

24、步骤(8)：对三相静止坐标系下的注入扰动电压后并网逆变器输出的电流表达式(8)进行傅里叶变换，其频域表达式为：

25、

26、其中，

27、步骤(9)：将d-q坐标系下逆变器输出电压的调制信号变换到三相静止坐标系可以得到：

28、

29、其中，hv(s)和hi(s)分别为电压和电流采样的等效传递函数，表达式分别为：

30、

31、

32、其中，ωv和ωi分别为电压和电流采样滤波器的截止频率；tv和ti分别为电压和电流的采样周期；

33、tpll(s)是锁相环的闭环传递函数，其表达式为：

34、

35、其中，hpll(s)是锁相环开环传递函数，其表达式为：

36、

37、其中，kp_pll和ki_pll分别为锁相环pi控制器的比例系数和积分系数；

38、步骤(10)：通过图1可以得到并网逆变器的电路关系式为：

39、

40、其中，lf为lc滤波器的电感值；km为并网逆变器的等效增益；vdc为并网逆变器直流侧电压值；

41、根据式(1)～(15)，可以得到所述控制方法下并网逆变器的正序阻抗表达式为：

42、

43、其中，zs(s)为并网逆变器的正序阻抗频域表达式；j为虚数单位；t1是直流分量，其表达式为：

44、

45、与现有技术相比，所述方法具有如下的优点及效果：

46、(1)使用虚拟串联补偿控制方法，可以与传统串联电容器补偿技术等效，对电网进行无功补偿，提升逆变器远距离并网的电能传输效率；

47、(2)由于所述方法使用虚拟电容控制实现串联补偿，与传统串联电容器补偿技术相比，所述方法可以优化并网逆变器的输出阻抗，提升系统的稳定性；并且由于未使用实际的电容器，可以减少串联补偿的元器件的使用。

技术特征：

1.一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，其特征在于，提高远距离电能传输效率，减少串联补偿电容器，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，其特征在于，步骤(1)中电流环控制器d-q坐标系下表达式为：

3.根据权利要求1所述的一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，其特征在于，步骤(2)中虚拟串联补偿控制的d-q坐标系下表达式为：

4.根据权利要求1所述的一种基于并网逆变器的虚拟串联补偿控制方法，其特征在于，步骤(3)中d-q坐标系下并网逆变器的调制信号cd和cq的表达式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于并网逆变器的虚拟串联补偿控制方法，其特征在于，步骤(4)中并网逆变器频域阻抗表达式为：

技术总结
本发明提出一种并网逆变器虚拟串联补偿控制方法，属于电力电子并网逆变器控制技术领域。本发明控制方法在间接电流控制的基础上增加了虚拟串联补偿控制，从而提升逆变器远距离并网的电能传输效率。通过采集并网点电压信号并运用锁相环获取并网点电压的相位角。此外，采集逆变器输出电流信号并进行abc/dq坐标变换。最后，将dq坐标系下的电流信号输入到电流环控制器和虚拟串联补偿控制器，并将两个控制器中前者与后者的输出信号作差后得到逆变器的调制信号。所述虚拟串联补偿控制与实际电容串联补偿在效果上等效，可以提升逆变器远距离电能传输的效率，降低新能源发电输电损耗，提升系统的稳定性。

技术研发人员：李高翔,鲍晓旭,刘潇,殷林飞
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15