一種并網變流器負序電流補償方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于直流母線交直流有功解耦的并網變流器負序電流補償策略，屬于 電力電子應用技術領域。
【背景技術】
[0002] 由于電網故障、三相不對稱負載或電源三相并網電流不對稱性的存在，負載或電 源通過電網接入點向電力系統注入負序電流，顯著影響電網電壓的三相對稱性，甚至導致 電網故障的進一步嚴重化。通過并網變流器可以檢測特定電網接入點的負序電流，并實現 負序電流補償。但是由于負序補償電流的輸出、并網變流器輸出的瞬時功率存在交流脈動， 使得并網變流器直流母線電壓存在脈動，導致并網變流器的電流閉環(huán)控制性能下降甚至控 制失敗。
[0003] 目前并網變流器的負序電流補償，考慮到直流母線電容的濾波效果，多直接采樣 并網變流器的直流母線電壓進行閉環(huán)反饋控制。一方面，此類方法導致直流功率與交流功 率控制環(huán)之間存在強耦合，導致并網變流器輸出電流畸變率高；另一方面，并網變流器難以 對直流母線電壓波動幅值進行約束，易產生系統失控。
[0004] 在此前提下，通過并網變流器在負序電流補償過程中的交、直流功率解耦和電壓 調制的K系數校正，實現直流母線電壓直流分量對指令量的跟隨控制、以及直流母線電壓 波動幅值的可控，對于提升并網變流器輸出電流的電能質量、負序電流補償效果、直流母線 電壓控制精度、并網變流器控制穩(wěn)定性和電網穩(wěn)定性，均有顯著意義。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對上述技術難題，采樣并網變流器直流母線電壓瞬時值，提取直流母線 電壓直流分量作為直流功率控制環(huán)的反饋量，通過直流母線電壓波動系數對電流控制閉環(huán) 的電壓輸出進行K系數校正；并在直流母線電壓脈動允許幅值給定、負序補償電流幅值和 相位給定的條件下，給出正序無功電流指令的約束計算方法。本發(fā)明一方面實現了直流功 率與交流功率控制的解耦，解決了負序電流補償過程中直流母線電壓控制難度大、變流器 輸出電流畸變率高的問題；另一方面突破了負序補償電流指令量合理給定范圍難以確定的 技術難題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種并網變流器負序電流補償方法，其特征 是：
[0007] 采樣并網變流器直流母線電壓，對該采樣值進行平方計算、陷波濾波和平方根計 算，濾除直流母線電壓波動分量，通過直流母線交直流有功功率的解耦，對并網變流器直流 母線電壓進行閉環(huán)控制。
[0008] 包括以下步驟：
[0009] 1)采樣并網變流器直流母線電壓&^，經平方計算得到&/，將該信號作為陷波 濾波器輸入，濾除直流母線電壓交變分量，將陷波濾波器輸出進行平方根計算得到的直 里.-拍gy.
[0010] 2)以Ud/作為直流母線電壓指令量，以，I/作為直流母線有功功率PI調節(jié) 控制器GPI (s)的反饋，通過控制器得到直流母線有功功率直流量指令Pd/;
[0011] 3)計算電網負序電壓與負序補償指令電流相位差，、給定負序補償電流指令幅 值I ，得到同步旋轉坐標系負序d軸、q軸補償電流指令
計算同步旋轉坐標系正序d軸電流指令量/匕；
[0012]4)令正序d軸與三相靜止A軸之間夾角為0p，負序d軸與三相靜止A軸之間夾 角為0n，通過空間矢量計算，得瞬時有功功率交流分量Pa。：
[0013]
[0014]設
其中，'、t和 分別為同步旋轉坐標系正序d軸電流指令、正序Q軸電流指令、負序d軸電流指令和負 序q軸電流指令；'1和<^分別為同步旋轉坐標系正序d軸電壓指令、正 序q軸電壓指令、負序d軸電壓指令和負序q軸電壓指令；
[0015] 根據給定的變流器直流母線電壓的允許波動最大幅值及式（1) 得：
(I);：
[0016]
[0017] 將& = ' (/二）+ ' (，二）和匕=',(/二）-)帶入式⑵，得正序無功電流 補償的約束條件為：
[0018]
[0019] 5)令同步dq旋轉坐標系中變流器并網電流最大幅值為IN_dq，根據容量限制求解不 等式方
'得到&的數值區(qū)間為&e卜JV，AT]，其中N為 正有理數或無理數；
[0020] 6)根據式（3)，求取同步旋轉坐標系中正序q軸電流指令量匕的數值區(qū)間，按輸 出最大感性無功或消納最小感性無功的原則確定該指令量；
[0021] 7)同步旋轉坐標系下正負序電流控制方程由式（4)、式（5)給出：
[0033] 式中，u表示電壓，AU表示電壓前饋項，其上標中的"' "表示該電壓為電壓控制 項，其下標中"con"表示變流器輸出值，其下標中的d、q分別表示同步旋轉坐標系d軸、同 步旋轉坐標系q軸，下標中的p、n分別表示正序分量、負序分量，上標中的p、n分別表示該 分量位于正序同步旋轉坐標系、負序同步旋轉坐標系；尤=[^/?)1_"_，1?表示并網線路 電阻，L表示并網線路電感；
[0034] 8)根據式（4)、式（5)解析表達式，通過正負序各dq軸的PI調節(jié)器GPI(s)進行閉 環(huán)控制，得到正負序各dq軸的控制電壓?二' ?丄和《￡";
[0035] 通過正負序各dq軸控制電壓與前饋項的計算，并乘以直流母線電壓波動系數K進 行校正，得到正負序各dq軸的變流器輸出電壓匕，v和心^
[0036] 通過兩相旋轉坐標系-兩相靜止坐標系坐標變換，分別得到變流器正負序輸出電 壓在a、0靜止坐標系中的分量vfu" /么，vl,,,和其中，上標a、0分別表 示該分量位于a、0靜止坐標系；
[0037] 通過a、0軸正負序輸出電壓合成，得到并網變流器輸出電壓空間矢量，并進行 脈寬調制。
[0038] 陷波濾波器的傳遞函數為
，其中Q為品質因數，％為電網 電壓同步用頻率。
[0039] 步驟3)中，
[0040] 通過公式
計算得到同步旋轉坐標系正序d軸電流指令 旦:V#: MAgdp
[0041] 步驟6)中，若依據式（3)得到'數值區(qū)間表達式為'e[-w,+c0P則設定正序q 軸電流指令量
[0042] 若依據式（3)得到&數值區(qū)間表達式為
A、B為正有理 數或無理數，則設定正序q軸電流指令1
，且
[_N，N]n{[-m，A]U[B，+ ^]}為非空集和。
[0043] 本發(fā)明所達到的有益效果：
[0044] 本發(fā)明通過采樣并網變流器直流母線電壓，對該觀測值進行平方計算、陷波濾波 和平方根計算，濾除由于正負序電壓電流產生的交流功率導致的直流母線電壓波動分量， 通過直流母線交直流有功功率的解耦，實現了基于直流母線直流分量反饋的并網變流器直 流母線電壓閉環(huán)控制。由于負序電流補償會導致直流母線電壓波動，本發(fā)明通過直流母線 電壓實際觀測量與直流分量的比值，得到直流母線電壓波動系數K，并在并網電流控制器中 進行串聯，該串聯系數顯著降低了直流母線電壓波動對并網變流控制的擾動。
[0045] 一方面，本發(fā)明解決了并網變流器實施負序電流補償時，直流母線交流有功功率 波動對直流母線電壓、并網電流控制產生擾動的問題，有效提升了直流母線電壓的控制精 度和并網電流的電能質量。另一方面，本發(fā)明通過并網變流器直流母線交直流有功功率的 解耦，實現了負序電流補償過程中直流母線電壓最大波動幅值的精確計算。本發(fā)明在負序 補償電流幅值相位給定、計算得出同步旋轉坐標系正序d軸電流指令的條件下，為同步旋 轉坐標系正序無功電流（正序q軸電流）指令量的確定提供了解析方法。
【附圖說明】
[0046] 圖1并網變流器硬件拓撲；
[0047] 圖2同步旋轉坐標系正負序指令電流計算方法；
[0048] 圖3基于正負序電壓定向的并網變流器電流控制原理圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0050] 1)并網變流器硬件拓撲如圖1所示。令同步旋轉坐標系中正序q軸電壓"；=〇' 令同步旋轉坐標系中負序q軸電壓'〃二=『式中，下標"g"表示電網側物理量，"d"表示同 步旋轉坐標系d軸，"q"表示同步旋轉坐標系q軸，"p"表示正序分量，"n"表示負序分量； 上標"P"表示該分量位于正序同步旋轉坐標系，上標"n"表示該分量位于負序同步旋轉坐 標系。
[0051]2)如圖2所示，采樣變流器直流母線電壓得到&，經平方計算得到將該 信號作為陷波濾波器輸入，濾除由于直流母線交流有功功率導致的直流母線電壓交變分 量，將陷波濾波器輸出進行平方根計算得到的直流分量°其中，陷波濾波器傳 遞函數為
其中Q為品質因數，％為電網電壓同步角頻率且《i= 100Jr。以1C作為直流母線電壓指令量，以作為直流母線有功功率PI調節(jié)控制 器GPI (s)的反饋，通過控制器得到直流母線有功功率直流量指令Pd/。
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