一種基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈簧拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電 力彈黃拓?fù)浼捌淇刂品椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的運(yùn)行方式仍然是需求量決定供電量，運(yùn)就要求電力公司能準(zhǔn)確地 預(yù)測(cè)用戶(hù)的需求。由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，且隨著其發(fā)電并網(wǎng) 容量的逐漸增大，使得上述預(yù)測(cè)的難度逐漸加大，對(duì)電力系統(tǒng)的影響越來(lái)越明顯。針對(duì)可再 生能源的間隙性問(wèn)題，利用儲(chǔ)能裝置來(lái)抵消發(fā)電量與用電量的不匹配是有效的解決方案之 一。然而，運(yùn)些儲(chǔ)能裝置會(huì)使得成本增加。
[0003] 電力彈黃巧IectricSpring,E巧的概念正是針對(duì)上述現(xiàn)狀而提出的。ES顛覆了 電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)思路，可W實(shí)現(xiàn)用電量隨著發(fā)電量的變化而變化。因此，上述問(wèn)題迎刃而 解。電力系統(tǒng)中的負(fù)載可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)被稱(chēng)為關(guān)鍵負(fù)載，其端電壓只允許在極小的范圍 內(nèi)波動(dòng)；另一類(lèi)被稱(chēng)為非關(guān)鍵負(fù)載，其端電壓可W在較大的范圍內(nèi)波動(dòng)。ES的核屯、思想是 將機(jī)械彈黃對(duì)偶到電力系統(tǒng)中，與汽車(chē)的減震器原理相類(lèi)似，在"顛鑛"的電網(wǎng)中使得關(guān)鍵 負(fù)載電壓被控制在極小的范圍內(nèi)，同時(shí)將電壓的波動(dòng)轉(zhuǎn)移給非關(guān)鍵負(fù)載，自動(dòng)調(diào)節(jié)非關(guān)鍵 負(fù)載的耗電量，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量與用電量的自動(dòng)匹配。當(dāng)ES被廣泛分布于微電網(wǎng)時(shí)，每個(gè)ES發(fā) 揮著彈黃的功能，支撐著整個(gè)電網(wǎng)，使得微電網(wǎng)中的關(guān)鍵負(fù)載得W安全運(yùn)行。不僅如此，單 個(gè)ES的故障不會(huì)影響整個(gè)彈黃組的運(yùn)行，在新能源發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 從ES被提出至今，當(dāng)前針對(duì)ES的控制方式均是基于電壓型控制。W最新提出的 基于比例諧振控制器的相位控制算法為例，當(dāng)新能源發(fā)電輸出的電網(wǎng)電壓發(fā)生崎變時(shí)，被 控對(duì)象關(guān)鍵負(fù)載電壓的崎變也會(huì)產(chǎn)生崎變，其上的總諧波含量將隨著電網(wǎng)崎變的程度加深 而增大，嚴(yán)重時(shí)不能符合關(guān)鍵負(fù)載的用電需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃拓 撲結(jié)構(gòu)及其控制方法，實(shí)現(xiàn)電力彈黃的直接電流控制，有效抑制關(guān)鍵負(fù)載的諧波成分。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] ：一種基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相電流源 型逆變器、濾波電容Cf;所述單相電流源型逆變器的輸入端連接直流電源，濾波電容Cf并聯(lián) 在所述單相電流源型逆變器的輸出端，關(guān)鍵負(fù)載Zz接在所述濾波電容Cf的一端與公共地之 間，非關(guān)鍵負(fù)載Zs接在所述濾波電容Cf的另一端與公共地之間，新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出 端連接到關(guān)鍵負(fù)載Z2接與濾波電容Cf連接的公共端，新能源發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)輸出端連接公共 地，新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出端與關(guān)鍵負(fù)載Z2連接的輸電線具有輸電線等效電感L郝輸電 線等效電阻Ri。
[0007] 進(jìn)一步的，所述單相電流源型逆變器包括反向并聯(lián)二極管的第一至第四開(kāi)關(guān)管， 所述第一至第四開(kāi)關(guān)管分別正向串聯(lián)一個(gè)二極管后構(gòu)成單相全橋電路。
[000引基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制方法，包括如下步驟：
[0009] 1)，采集輸入關(guān)鍵負(fù)載Zz的電流值i2,采集單相電流源型逆變器的輸出電流值i。， 采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流值il;
[0010] 2)，對(duì)所述新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流值il進(jìn)行諧波抑制控制，得到所述i1中的電 流諧波信號(hào)ih，具體步驟為：
[0011]21)，將所述il輸入延時(shí)單元，得到與所述i1相垂直的電流信號(hào)iIP;
[0012]22)，將所述il與iIP經(jīng)過(guò)兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)變換，分別得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d 軸電流id和q軸電流iq，其中變換矩陣為C= ，9。為參考相量的相位瞬時(shí)值， 所述參考相量為新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓;七；
[0013] 23)，將所述id和iq分別經(jīng)過(guò)低通濾波器進(jìn)行低通濾波后得到idi和iql;
[0014]24)，將所述idi和iqi經(jīng)過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止變換，得到濾除了諧波成分后的電 流iR郝i…其中變換矩陣為巳-1 =找；功;；
[0015] 25)，將所述iui與i1作差后得到i1中的電流諧波信號(hào)ih;
[0016] 3)，將所述i2與關(guān)鍵負(fù)載電流參考值i 作差，得到關(guān)鍵負(fù)載輸入電流值與參考 值之間的誤差值然后將所述i 與ih相加，得到疊加了諧波信號(hào)的誤差值i_。胃；
[0017] 4)，將所述1。胃與分別與滯環(huán)比較器的環(huán)寬值ith求和W及作差，分別得到滯環(huán)比 較器的上限值iHigh和下限值il?;
[001引5)，將所述i。作為滯環(huán)比較器的輸入信號(hào)，分別與所述上限值iHigh、下限值iu?進(jìn) 行比較后得到所述單相電流源型逆變器中第一至第四開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0019]進(jìn)一步的，步驟3)中，所述關(guān)鍵負(fù)載電流參考值i2f。,的幅值和頻率根據(jù)關(guān)鍵負(fù)載 供電要求直接給定，所述的相位根據(jù)相位控制算法得到，具體為：
[0020]a),通過(guò)鎖相環(huán)得到新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓的相位0。；
[0021] b)，W非關(guān)鍵負(fù)載電流右為參考相量，定義起超前關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓^的角度為 5,則得到Vref的相位為（0O-S);
[0022]C)，采集新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓有效值根據(jù)式（1)計(jì)算出a和b的值：
[0023]
式（1) 12 其中，
、Li為輸電線等效電感，Ri為 輸電線等效電阻，Rz為關(guān)鍵負(fù)載阻值、Rs為非關(guān)鍵負(fù)載阻值、VS為關(guān)鍵負(fù)載兩端電壓給定的 有效值； 2 d)，首先根據(jù)式似計(jì)算出0值，然后根據(jù)0W及式（3)計(jì)算得到5值，最終得 至IJVref的相位（eO-S)的值：
[0026]
式似
[0027]
式（3)。
[0028] 有益效果：與現(xiàn)有的ES控制方式相比，本發(fā)明由于采用了直接電流控制和諧波抑 制方法，當(dāng)新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流發(fā)生崎變時(shí)，ES既能保證關(guān)鍵負(fù)載的電流是純凈的正 弦且幅度能精確地跟蹤給定值，又通過(guò)控制迫使諧波電流流向ES自身；即能夠在電網(wǎng)諧波 含量較大的情況下有效抑制關(guān)鍵負(fù)載電壓、電流的諧波成分，在保證關(guān)鍵負(fù)載電壓、電流有 效值恒定的同時(shí)提高其正弦化程度。
[0029] 同時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的低通濾波器由電感和電容組成，本發(fā) 明的ES拓?fù)渲心孀兤鞯妮敵龆藙t省去了電感元件，僅需濾波電容即可，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及其控制方法 框圖；
[0031] 圖2是預(yù)設(shè)的新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓波形及其快速傅里葉變換腫T)結(jié)果；
[0032] 圖3是傳統(tǒng)基于電壓源型逆變器實(shí)現(xiàn)的ES及傳統(tǒng)控制方式下的關(guān)鍵負(fù)載電壓仿 真波形及其FFT結(jié)果；
[0033] 圖4是本發(fā)明基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的ES及直接電流控制方式下的關(guān)鍵負(fù)載 電壓仿真波形及其FFT結(jié)果；
[0034] 圖5是在直接電流控制的基礎(chǔ)上增加了諧波抑制后的關(guān)鍵負(fù)載電壓仿真波形及 其FFT結(jié)果。
[0035] 圖中各標(biāo)號(hào)定義如下：
[003引1. 1為直流電源，1. 2為單相電流源型逆變器，1. 3為濾波電容，1. 4為基于電流源 型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃新拓?fù)洌?. 5為關(guān)鍵負(fù)載，1. 6為非關(guān)鍵負(fù)載，1. 7為輸電線的等效 電感，1.8為輸電線的等效電阻，1.9為新能源發(fā)電系統(tǒng)，1. 10直接電流控制框圖，1. 11為 諧波抑制控制框圖，1. 12為輸入關(guān)鍵負(fù)載的電流，1. 13關(guān)鍵負(fù)載電流參考值，1. 14為相位 控制框圖，1. 15為關(guān)鍵負(fù)載電流參考值與真實(shí)值的誤差值；1. 16為加法器；1. 17為疊加了 諧波信號(hào)的誤差值；1. 18為滯環(huán)比較器的環(huán)寬值；1. 19為減法器；1. 20為加法器；1. 21為 單相電流源型逆變器的輸出電流；1. 22為滯環(huán)比較器的下限值；1. 23為滯環(huán)比較器的上限 值；1. 24和1. 25為比較器；1. 26為單相電流源型逆變器中四個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；1. 27為 新能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電流；1. 28為延時(shí)環(huán)節(jié)；1. 29與ii相垂直的電流信號(hào)；1. 30為兩相靜 止到兩相旋轉(zhuǎn)變換；I. 31為變換后的d軸電流；I. 32為變換后的q軸電流；I. 33和I. 34為 低通濾波器；1. 35為經(jīng)低通濾波后的d軸電流；1. 36為經(jīng)低通濾波后的q軸電流；1. 37為 兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止變換；1. 38為濾除了諧波成分后的網(wǎng)側(cè)電流；1. 39為減法器；1. 40為 ii中的電流諧波信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0038] 如圖1所示，一種基于電流源型逆變器實(shí)現(xiàn)的電力彈黃拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相電流 源型逆變器、濾波電容Cf。單相電流源型逆變器的輸入端連接直流電源，濾波電容Cf并聯(lián) 在單相電流源型逆變器的輸出端；關(guān)鍵負(fù)載Zz接在濾波電容Cf的一端與公共地之間，非關(guān) 鍵負(fù)載Zs接在濾波電容Cf的另一端與公共地之間；新能源發(fā)電系統(tǒng)的正輸出端連接到關(guān)鍵 負(fù)載Zz接與濾波電容Cf