构网型逆变器的平滑并网方法

本发明涉及构网控制，特别是一种构网型逆变器的平滑并网方法。

背景技术：

1、随着全球的能源转型升级，可再生能源和电力电子设备接入电网的规模不断扩大，

2、新型电力系统的运行特征发生了深刻变化，系统表征出惯量低、强度弱、稳定性下降的显著特点。目前，绝大多数电力电子变流器采用跟网控制技术，该类型变流器对外表现出电流源特性，需通过锁相环实时获取电网相位信息来保持同步，在弱电网下稳定性较差，甚至会引起功率振荡和频率失稳等问题。

3、基于上述问题，构网控制技术得以提出，并应用在构网型逆变器中。通过模拟同步机的发电特性及自同步原理，构网型逆变器对外表现出电压源特性，能够为电网提供电压和频率的主动支撑，在并网或离网模式下均能稳定运行，是新型电力系统解决高比例可再生能源并网稳定性问题的核心组件，适用于低惯量、弱阻尼的新时代电网生态。

4、然而在并网前，构网型逆变器和大电网的运行方式不同，二者不可避免地存在电压幅值和相角偏差，若没有做适当的准备直接并网，将对电网产生较大冲击，进而致使并网失败，严重时将引发电网振荡失稳。目前主流并网方法包括基于锁相环的同步并网控制和自同步并网控制。基于锁相环的同步并网控制方法的算法性能依赖于锁相环，当外界电网电压存在谐波或不平衡情况的影响下，锁相环的抗干扰能力较差，进而影响同步准确性；此外，该方法只能在小范围相角差内并网，对并网时刻的要求高。自同步并网控制本质上是通过改变控制策略，将功率控制部分等效为锁相环，在锁相过程中需要将变流器输出有功功率和无功功率控制至0，该方法无法实现带载并网。两类方法均存在局限性，难以满足新型电力系统的发展需求。因此，有必要研究一种高效可行的构网型逆变器平滑并网方法，实现并网过程的平滑过渡和后续稳定运行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种构网型逆变器的平滑并网方法，使得构网型逆变器能实现安全平滑并网和高效稳定运行，具备良好的电网背景谐波抑制和三相不平衡应对能力。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种构网型逆变器的平滑并网方法，包括以下步骤：

3、s1、获取电网交流电压ugx、构网型逆变器输出电压ux和并网电流ix的模拟信号，并将所述模拟信号转化为数字量；x＝a，b，c；

4、s2、利用所述数字量计算构网型逆变器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率；

5、s3、利用所述瞬时有功功率计算电压相角参考量θloop；利用所述瞬时无功功率计算电压幅值参考量eloop；

6、s4、对所述构网型逆变器输出电压进行正序clarke变换，得到两相静止坐标系下的电网电压，利用二阶广义复矢量滤波器提取出正序电网电压的正交矢量ugy+和负序电网电压的正交矢量ugy-，采用预同步控制方法得到电压幅值补偿项δecomp和相角补偿项δθcomp，分别对应补偿所述电压幅值参考量eloop和所述电压相角参考量θloop，得到构网型逆变器的内电势幅值指令eref和相角指令θref；ugy+＝[ugα+，ugβ+]t，ugy-＝[ugα-，ugβ-]t；其中，kpe为幅值补偿环节的比例调节系数，kie为幅值补偿环节的积分调节系数，δe为虚拟幅值差，kpθ为相角补偿环节的比例调节系数，kiθ为相角补偿环节的积分调节系数，δθ为虚拟相角差，，ugα+是ugy+的α轴电压分量，ugβ+是ugy+的β轴电压分量，ugα-是ugy-的α轴电压分量，ugβ-是ugy-的β轴电压分量，s为拉普拉斯算子；

7、s5、利用所述内电势幅值指令eref和相角指令θref进行三相正序电压合成，得到正序参考电压ex；

8、s6、将所述负序电网电压的正交矢量ugy-进行负序clarke反变换，提取电网电压的三相负序不平衡分量ux-，并叠加到所述正序参考电压ex上，得到最终的调制波ex_ref；

9、s7、对调制波ex_ref进行spwm同相层叠载波调制，输出pwm调制信号，控制所述构网型逆变器中各相桥臂功率器件的开关状态。

10、本发明在虚拟同步机控制的基础上，对构网型逆变器的内电势指令进行补偿修正，在理论上消除并网暂态过渡过程，以保证在并网开关合闸前，逆变器输出电压ux能够零静差跟踪电网电压ugx，实现高可靠的平滑并网，避免并网合闸过冲而导致的切机事故的发生，保障储能电池的安全高效运行。

11、本发明中，其中，ugα是ugy的α轴电压分量，ugβ是ugy的β轴电压分量，δeα是δey的α轴电压分量，δeβ是δey的β轴电压分量，δey为构网型逆变器与电网之间的电压幅值差正交矢量，δey＝[δeα，δeβ]t，ugy是将所述正序电网电压的正交矢量ugy+和负序电网电压的正交矢量ugy-叠加得到的滤波后的电网电压正交矢量。

12、本发明中，设置预同步标志位fps，当fps为0时将所述虚拟幅值差δe置零，否则δe保持原值。

13、本发明中，其中，eα是ey的α轴电压分量，eβ是ey的β轴电压分量，uα是uy的α轴电压分量，uβ是uy的β轴电压分量，fld为空载/带载标志位，ey为将正序参考电压ex进行正序clarke变换，并通过二阶广义复矢量滤波器做滤波处理得到的内电势指令的正交矢量，uy为将构网型逆变器输出电压ux进行正序clarke变换，并通过二阶广义复矢量滤波器做滤波处理得到的构网型逆变器输出电压的正交矢量。

14、本发明中，设置预同步标志位fps，当fps为0时将所述虚拟相角差δθ置零，否则δθ保持原值。

15、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

16、(1)本发明提出了一种构网型逆变器的可靠平滑并网方法，在有源中点钳位型三电平拓扑结构下，根据逆变器的内电势指令和电网电压信息，实时计算电压幅值和相角补偿量，使逆变器具备快速可靠自同步功能，有效解决逆变器并网瞬间对电网带来的冲击和功率波动问题，保证在过渡过程中本地负荷的功率连续平滑，实现可靠平滑并网。本发明能够实现360°全范围相角差下的快速同步跟踪，有效解决并网冲击问题，具备良好的电网背景谐波抑制和三相不平衡应对能力，保证构网型逆变器的安全并网和高效稳定运行。

17、(2)本发明在预同步控制环节中增加了二阶广义复矢量滤波器，具有高频滤波特性和负序分量快速提取能力，能够在构网型逆变器的并网过程中有效降低电网电压不平衡和电网背景谐波的影响。

18、(3)本发明的控制算法中无需锁相环等复杂结构，具备动态性能好、高效可靠等特点，确保构网型逆变器的安全平滑并网，应用前景较为广阔。

技术特征：

1.一种构网型逆变器的平滑并网方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的构网型逆变器的平滑并网方法，其特征在于，

3.根据权利要求2或3所述的构网型逆变器的平滑并网方法，其特征在于，设置预同步标志位fps，当fps为0时将所述虚拟幅值差δe置零，否则δe保持原值。

4.根据权利要求2所述的构网型逆变器的平滑并网方法，其特征在于，

5.根据权利要求2或4所述的构网型逆变器的平滑并网方法，其特征在于，设置预同步标志位fps，当fps为0时将所述虚拟相角差δθ置零，否则δθ保持原值。

技术总结
本发明公开了一种构网型逆变器的平滑并网方法，构网型逆变器采用基于虚拟同步发电机控制的构网控制技术；本发明通过构建电压正交矢量，实时计算并网开关两侧电压的虚拟幅值差和虚拟相角差，并利用比例积分调节器来产生电压差额的补偿量，对所述构网型逆变器的输出电压与电网电压进行幅值和相角同步，以实现构网型逆变器的可靠平滑并网。本发明能够实现360°全范围相角差下的快速同步跟踪，有效解决并网冲击问题，具备良好的电网背景谐波抑制和三相不平衡应对能力，保证构网型逆变器的安全并网和高效稳定运行。

技术研发人员：周小平,张磊,彭瀚霆,张震,邵佳坤,赖清荣,邓凌峰,胡义真,朱玢玢,马剑超
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16