并网逆变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种并网逆变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法，属分布式并网发电技 术领域。
【背景技术】
[0002] 随着国家工业的发展以及人民生水平日益提高，各种特性各异的用电负荷被接入 电网之中，使得电网电压发生畸变。电网电压的畸变，不仅对电力系统安全可靠的供电带来 严重的危害，并且还可能损害用电设备，给人生安全和经济效益带来负面影响。
[0003] 针对这一问题，目前通常的做法是使用LC调谐滤波器或者有源电力滤波器 (ActivePowerfilter，APF)来补偿电网谐波。LC调谐滤波器的补偿效果容易受电网参 数影响，此外还可能与系统阻抗产生谐振，造成谐波放大，反而导致供电质量下降，且LC调 谐滤波器只能补偿固定次频率的谐波。APF的基本原理是从待补偿对象中检测得到谐波电 流分量，通过注入幅值相同，方向相反的谐波电流来达到谐波补偿效果。但APF通常造价较 贵，并且需要获得谐波电流信息，限制了其使用。此外，LC调谐滤波器或者有源电力滤波器 无法抑制由于电网背景谐波造成的并网点电压畸变。
[0004]针对上述问题，文献"Newtrendsinactivefiltersforpower conditioning'，，AkagiH，〈〈IEEETransactionsonIndustryApplications》，vol. 32， ppl3l2_l322，l9%("电力调控有源滤波器的新趋势"，《IEEETransactionsonIndustry Applications》，1996年32卷1312-1322页）提出一种逆变器的电阻型虚拟谐波阻抗控制 方法，该方法通过检测并网点电压，控制逆变器输出阻抗在谐波频率段成纯阻性阻抗，来吸 收线路中的谐波电流，提高电能质量。电阻型虚拟谐波阻抗控制除了可以抑制由于谐波负 载造成的并网点电压畸变外，对电网背景谐波造成的并网点电压畸变也有抑制作用。该方 法只需要检测从容易获得的并网点电压信号，不需要检测谐波电流。
[0005] 然而，该方法，现有文献研究较少。
[0006]文献"AFlexibleHarmonicControlApproachThroughVoltage-Controlled DG-GridInterfacingConverters'，，He，LiYW，MunirMS，《IEEETransactionson IndustrialElectronics》，vol. 59，pp. 444-455, 2012 ( "一种用于受控电压源分布式发 电并网接口逆变器的灵活谐波控制方法"，《IEEE工业电子学报》，2012年第59卷444-455 页）将电阻型虚拟谐波阻抗作为分布式发电单元并网逆变器的第二功能，来提高分布式发 电系统的效率和电网的电能质量，证明了电阻型虚拟谐波阻抗对并网点电压畸变抑制的有 效性。然而，并没有研究该方法对并网逆变器控制系统稳定性的影响。
[0007] 文南犬"Adding damping in power distribution systems by means of power electronic converters'，，Ryckaert ff R, De Gusseme K, Van de Sype D M, et al.， 〈〈2005European Conference on Power Electronics and Applications〉〉，pp. 10, 2005("使 用逆变器增加分布式发电系统的阻尼"，《2005年欧洲电力电子与应用年会》，第10页）研究 了逆变器的电阻型虚拟谐波阻抗控制方法对分布式电网中电压畸变的阻尼作用。文章仅仅 分析了电阻型虚拟谐波阻抗一种阻抗形式的影响，然而电阻型虚拟谐波阻抗不一定是最优 的阻抗形式。
[0008] 总之，现有文献仅仅是定性分析了逆变器的电阻型虚拟谐波阻抗控制方法对谐波 畸变抑制的有效性，未提及电阻型虚拟谐波阻抗控制方法对并网逆变器控制带来的稳定性 问题。仿真和实验证明，电阻型虚拟谐波阻抗控制方法为了取得更好的畸变抑制效果，需要 虚拟出更小的谐波电阻，然而较小的谐波电阻会造成并网逆变器控制系统的不稳定，即电 阻型虚拟谐波阻抗控制存在稳定性和谐波抑制效果之间的矛盾。此外，电阻型虚拟谐波阻 抗仅仅是各种阻抗中的一种，还可能存在其他更好的阻抗形式。
【发明内容】
[0009] 本发明针对传统的并网逆变器电阻型虚拟谐波阻抗控制方法存在的稳定性和谐 波抑制效果之间的矛盾，提出了一种并网逆变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法。该并网逆 变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法虚拟了一个由电阻支路和阻感支路并联构成的复合支 路，可以具有更好的谐波抑制效果和更强的系统稳定性。
[0010] 为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：该并网逆变器复合型虚拟谐波 阻抗控制方法通过控制并网逆变器输出阻抗，在谐波频率段虚拟出一个电阻支路和阻感支 路的并联支路，，特别是主要步骤如下：
[0011] 步骤1，采样并网逆变器并网点电压Vrcea、Vpeeb、Vpee。，经过同步旋转坐标变换，得到 并网点电压的有功分量WP无功分量VPCCq;
[0012] 步骤2,使用高通滤波器，提取步骤1所得到的有功分量Vrced和无功分量VPeeq中的 谐波分量Vpeedh和Vrceqh，并根据下列公式计算并网逆变器指令电流谐波部分i^Pi'_h:
[0015] 其中：Rh为设定的虚拟谐波电阻，Lh为设定的虚拟谐波电感，n为比例系数，s为拉 普拉斯算子；
[0016] 步骤3,先根据设定的直流侧电压指令Ud@f和采样得到的直流侧反馈电压Ud。,按 照如下公式得到直流电压误差AUd。：
[0017]AUdc=Udc-ref_Udc
[0018] 再将直流电压误差AUd。经过电压调节器得到并网逆变器指令电流基波部分的有 功分量i\f，电压调节器控制方程如下：
[0020] 其中，Kpu为设定的电压调节器比例系数，K1U为设定的电压调节器积分系数；
[0021] 步骤4,设并网逆变器指令电流基波部分的无功分量rq_f为0 ;
[0022] 步骤5,将步骤2得到的指令电流谐波部分分别和步骤3、步骤4得到的 并网逆变器的指令电流基波部分i\f、i^_f相加，得到并网逆变器的电流指令ii^，即：
[0023] i*d=i*d-h+i*d- f
[0024] i*q= i Vh+iVf
[0025] 步骤6,先采样反馈电流ia、ib、i。，并进行同步旋转坐标变换得到反馈电流有功分 量、和无功分量iq，再将步骤5得到的电流指令fVG与id、iq分别相减得到电流误差 Aid、Aiq，即：
[0026]Aid= i*d-id
[0027]Aiq= i*q-iq
[0028] 然后将电流误差Aid、Aiq输入电流调节器分别得到并网逆变器输出电压的有功 分量Ud和无功分量Uq，电流调节器控制方程如下：
[0030] 其中，Kpi为设定的电流调节器比例系数，Ku为设定的电流调节器积分系数；
[0031] 步骤7,将步骤6中得到的并网逆变器输出电压的有功分量Ud和无功分量uq进行 同步旋转坐标逆变换，得到自然坐标系下的并网逆变器输出电压ua、ub、u。；
[0032] 步骤8,将步骤7中得到的并网逆变器输出电压ua、ub、u。进行PffM调制来控制三 相全桥逆变电路中开关管的导通和关断。
[0033] 所述并网逆变器的拓扑结构包括直流源、直流侧滤波电容Cd。、三相全桥逆变电路、 LCL滤波器，所述直流侧滤波电容Cd。并联在直流源的两端，直流源的两个电源输出端分别 与三相全桥逆变电路的两个输入端相连，三相全桥逆变电路的三相输出端与LCL滤波器的 三相输入端 对应相连，LCL滤波器的三相输出端分别与并网点VPCXa、VPCXb、Vpee。相连；所 述的LCL滤波器由逆变器侧电感L1、网侧滤波电感L2和滤波电容C组成。
[0034] 采用本发明后，可以有效地抑制谐波源Ih或电网背景谐波Vg造成的并网点电压 Vra畸变，相对于传统的并网逆变器电阻型虚拟谐波阻抗，具备了如下优点：
[0035] 1、具有更好的谐波抑制能力。
[0036]2、提高了逆变器的系统稳定性。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明并网逆变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法结构示意图。
[0038] 图2为本发明并网逆变器复合型虚拟谐波阻抗控制方法控制结构图。
[0039] 图3为不同虚拟谐波阻抗控制方法作用时PCC电压谐波频谱对比。
[0040] 图4为电阻型虚拟谐波阻抗和复合型虚拟谐波阻抗稳定性对比图。
【具体实施方