[发明专利]具有参数自适应特性的逆变器无交流电压传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相并网逆变器的控制方法。

背景技术

可再生能源并网发电系统近年来发展迅速，当其接入电网末端或网架结构较为薄弱的配电网时，可能存在并网点短路容量较小，电网稳定性较差，电网存在较为严重的电压波动、闪变、对称或不对称电压跌落故障等问题。可再生能源自身的间歇性与随机性有可能进一步恶化所接入电力系统的电压稳定性，并反过来影响自身的稳定运行。为了实现可再生能源发电系统的并网功率与电流控制，现有的并网变流器或逆变器中一般采用锁相环得到电网电压信息，但这类锁相环控制容易受到电网电压波动的影响，容易降低可再生能源并网发电系统的电能质量。因此，近年来国内外一些研究者开始研究不依赖电网电压信号的无交流电压传感器控制，以提高逆变器并网控制的鲁棒性。

与有电压传感器控制类似，在无电压传感器控制算法中，重构的电压/虚拟磁链信号可以是显式的，并进行矢量控制；也可以是隐式的，并进行直接功率控制。现有的电网电压/虚拟磁链重构方法大致可以分为两类，一是基于复功率估计的电网电压/虚拟磁链重构方法，属于开环估计方法，精确度不高，并且由于含有电流微分项，因而容易引起干扰；二是基于网侧电流偏差调节的电网电压/虚拟磁链重构方法，属于闭环估计方法，准确度较高。

T.Noguchi等人在文献“Direct power control of PWM converter without power-source voltage sensors”中提出了基于无电压传感器的直接功率控制方法，这种方法首先使用滤波器电感电流及其微分项估算得到交流侧有功无功功率，然后进行电网电压重构。为了减小微分项引起的误差，这种方法需要较大的电感值与采样频率；另外，当电流较小时，电压估计精度会受到较大影响。Malinowski等人在文献“Sensorless control strategies for three-phase PWM rectifiers”中提出改用积分运算，观测电网“虚拟磁链”；然而纯积分器方法存在积分饱和与零点漂移等问题，且对初始值较为敏感。

专利CN201010109338.2提出一种无交流电压传感器并网逆变器的直接功率控制方法，解决现有方法由于网侧电压矢量的虚拟磁链观测器中的积分器初始值选取不当，而造成并网逆变器无法正常工作的问题。专利CN201010207412.4提出一种无交流电压传感器高压直流输电变流器的控制方法，通过计算系统虚拟磁链矢量，实现无交流电压传感器控制。

上述文献和专利中所述的无交流电压传感器控制方法通常使用基于磁链观测器的方案：在同步坐标系下对电流进行积分，从而得到“虚拟磁链”，并间接计算出电网电压角度。为了减小干扰、提高观测精度，一般需要使用低通滤波器，但低通滤波器本身存在着零点漂移、积分饱和、稳态误差以及初值敏感等问题；另外在电网电压不对称时，磁链观测与正负序分离的级联算法增加了延迟时间，降低了系统的动态响应速度。

由于二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator，SOGI)能够对特定频率的交流量进行积分运算，因此常被用来构建静止坐标系下的锁相环，用于单相或三相电压源型逆变器的并网同步控制。实际上，二阶广义积分器可用来构建一种正交滤波器(Quadrature Filter，QF)，输出一对正弦的正交信号，并用于电网电压的重构，从而实现无交流电压传感器控制，其优点是快速、无静差、对初值不敏感，同时该正交滤波器构建的电压观测器通过控制策略的改进能够适应并网阻抗参数的变化，从而能够很好地解决现有无交流电压传感器控制中存在的问题。另外，利用正交信号还可以同步地实现正负序分离，从而提高逆变器在不对称电网条件下的动态性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有逆变器无交流电压传感器控制中可能存在的零点漂移、积分饱和、稳态误差以及初值敏感等问题，并使逆变器无交流电压传感器控制能够适应并网阻抗参数的变化，提出一种具有参数自适应特性的三相并网逆变器无交流电压传感器控制方法。本发明能够在保持逆变器控制稳定性的情况下，避免常规无交流电压传感器控制中可能出现的积分饱和等问题，具有快速、无静差、对初值不敏感等优势，同时对并网阻抗参数变化具有良好的适应性。