考虑谐波损耗的并网逆变器电网电压波动补偿方法及系统

本发明涉及变流器控制，具体涉及考虑谐波损耗的并网逆变器电网电压波动补偿方法及系统。

背景技术：

1、电力系统中由于非线性负载、不控整流设备、循环变流器等各类谐波放射源的存在，电网存在由于谐波所导致的电压波动。广泛应用于风力发电、光伏发电等电力电子化电源中的并网逆变器通常具有一定的冗余容量，使用并网逆变器补偿其并网点上的电压波动有利于提高区域电网的供电质量，在电网运行能力、运行效率和客户满意度方面都能取得巨大效益。因此，充分利用并网逆变器的灵活调节能力补偿节点电压的波动分量是对电力电子化电源调节潜力的挖掘，也是经济、有效支撑电力电子设备友好接入电力系统的重要手段。

2、传统并网逆变器电压波动主动补偿方法基于谐波源电流检测，将自身输出畸变电流与谐波源畸变电流进行抵消补偿从而降低电压波动水平。然而这种方法需要并网逆变器通过大量分布式的传感装置感知电网中各类谐波源的运行状态，并高速同步地进行实时控制，无论是从工程适用性还是从实施经济性的角度都难以推广应用。因此，基于并网逆变器本地物理量的控制方法是并网逆变器主动补偿电网电压波动的可行方式。wei xu等在[negative sequence voltage compensating for unbalanced standalone brushlessdoubly-fed induction generator[j],ieee trans.power electron.,2020,35(1):667-680.]中提出基于逆变器端电压采样构建多同步速坐标系的电压波动控制方法，将电压波动分量转化为不同频率旋转坐标系下的直流分量，然后利用pi调节器进行有效控制；suresh maganti等在[afeedback-based flexible compensation strategy for a weak-grid-tied current-controlled converter under unbalanced and harmonicconditions[j]ieee trans.ind appl.2022,58(6):7739-7753]中提出了基于多谐振控制器的电压前馈控制方法，避免了多同步速坐标系构建过程中的复杂计算，提升了逆变器控制算法的计算效率。然而，当前技术聚焦于提升逆变器补偿电网电压波动的能力，忽略了并网逆变器主动电压波动补偿会造成自身设备的输出电流质量下降，谐波损耗升高这一问题。事实上，并网逆变器在保证某一特定电压波动水平时，自身输出谐波电流相位的不同会导致其输出电流的畸变程度也有所区别，这就造成现有技术在进行主动电压波动补偿时，存在过度牺牲了自身运行效率的不足。因此，如何优化逆变器主动电压波动补偿算法，使其以最小电能质量牺牲达到预期的电压波动补偿水平，成为兼顾逆变器谐波损耗和并网点电压质量的关键。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明拟提供了考虑谐波损耗的并网逆变器电网电压波动补偿方法及系统，拟解决现有技术无法以最小电能质量牺牲达到预期的电压波动补偿水平的问题。

2、考虑谐波损耗的并网逆变器电网电压波动补偿方法，包括以下步骤：

3、步骤1：采集并网逆变器并网点的电网三相交流电压uabc和并网逆变器三相输出电流iabc，计算电网频率ωg和电压相位角θg，根据电压相位角θg分别对电网三相交流电压uabc和逆变器三相输出电流iabc进行dq变换得到d-q坐标系下的电网电压udq和逆变器输出电流idq；

4、步骤2：计算逆变器基波电压指令

5、步骤3：计算逆变器扰动电压指令和

6、步骤4：计算等效电网阻抗的阻感比λ；

7、步骤5：计算逆变器波动电压抑制指令

8、步骤6：计算并网逆变器电压调制指令

9、步骤7：利用电网电压相位θg对并网逆变器的调制电压矢量进行反派克变换。

10、优选的，所述电网电压udq和逆变器输出电流idq的计算公式为：

11、

12、

13、式中，i为虚数单位。

14、优选的，所述步骤2包括：在d-q坐标系中，利用逆变器基波电流指令与逆变器输出电流idq相减得到电流误差信号，并将该误差信号送入pi控制器，产生逆变器基波电压指令计算过程如下：

15、

16、式中kip为pi控制器的比例系数；kii为pi控制器的积分系数。

17、优选的，所述步骤3包括：在d-q坐标系中，将两个等幅值但不同角频率(ωh1，ωh2)的正弦扰动信号和分别送入扰动电流发生器gr1(s)和gr2(s)，分别得到逆变器扰动电压指令和

18、其中扰动电流发生器gr1(s)和gr2(s)的算式为：

19、

20、式中，k rp1、krp2分别为对应扰动电流发生器的增益系数,ε1、ε2分别为对应扰动电流发生器的波动系数；

21、和的计算过程为：

22、

23、优选的，所述步骤4包括：在d-q坐标系中，分别利用频率为ωh1和ωh2的谐振器从电网电压udq中提取对应的扰动分量udqh1和udqh2，具体算式为：

24、

25、再利用udqh1，udqh2通过下算式算得等效电网阻抗的阻感比λ，

26、

27、优选的，所述步骤5包括：在d-q坐标系中，将电网电压送入电压波动抑制器gv1(s)和gv2(s)中，其中gv1(s)和gv2(s)的算式为：

28、

29、式中，ψv1、ψv1分别为对应电压波动抑制器的控制相位参考值,kv1、kv2分别为对应电压波动抑制器的控制增益系数；

30、并将两个抑制器的输出结果相加得到逆变器波动电压抑制指令计算过程为：

31、

32、优选的，所述步骤6包括：在d-q坐标系中，根据逆变器基波电压指令扰动电压指令和逆变器波动电压抑制指令由下算式计算得到并网逆变器电压调制指令

33、

34、优选的，所述步骤7包括：利用电网电压相位θg对并网逆变器的调制电压矢量进行反派克变换，得到两相静止坐标系(α-β坐标系)下的并网逆变器的调制电压矢量并利用脉宽调制技术得到并网逆变器的开关信号。其中反派克变换的算式如下，

35、

36、式中，i为虚数单位。

37、考虑谐波损耗的并网逆变器电网电压波动补偿系统，包括派克变换模块、指令计算模块和反派克变换模块，其中：

38、所述派克变换模块用于采集并网逆变器并网点的电网三相交流电压uabc和并网逆变器三相输出电流iabc并通过派克变换转换为d-q坐标系下的电网电压udq和逆变器输出电流idq；

39、所述指令计算模块用于依次产生逆变器基波电压指令计算逆变器扰动电压指令和计算等效电网阻抗阻感比λ；计算逆变器波动电压抑制指令最后计算并网逆变器电压调制指令

40、所述反派克变换模块用于将并网逆变器电压调制指令反变换并进行调制。

41、本发明的有益效果包括：

42、首先，本方案由于优化了电压波动主动补偿过程中的逆变器电流谐波，因此在实现同等电压波动补偿效果下较传统方案具有更低的谐波损耗；其次，本发明中设计了电网阻抗相位动态测量环节，使得逆变器能够适应不同的电网条件，以最低的谐波损耗进行电压波动补偿；最后，本发明无需调整并网逆变器的原有控制结构，且对逆变器的信号采样、工频电流控制方式等原有结构中的控制环节均为特殊要求，具有较强的工程实用性。