[发明专利]一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种并网逆变器，尤其涉及一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制。

背景技术

近年来电压源并网逆变器(Voltage Source grid connected Inverter,VSI)因其具有电流正弦度高、有功功率和无功功率独立调节等优势，被广泛用于智能电网、分布式发电及高压直流输电系统。当电网电压含有不平衡及谐波分量时，传统控制策略下VSI将产生交流电流畸变且输出功率波动，进一步恶化了电网电压的不平衡度和增大了谐波含量，导致无法满足并网运行要求。

在不平衡及谐波电网下的VSI控制策略研究中，可以通过在同步旋转坐标系中使用矢量控制(Vector Control,VC)或直接功率控制(Direct Power Control,DPC)实现电流正弦或输出功率平稳。为了避免PLL对VSI在不平衡及谐波电网下动态响应的影响，基于静止坐标系的控制策略得到了广泛的研究与关注。

当考虑电网谐波分量时，以5、7次谐波为例，在静止坐标系下的VC中需要增加5、7倍频的谐振器以控制相应的谐波电流，而DPC只需要增加6倍频的谐振器用于控制功率波动。因此，不平衡及谐波电网下使用DPC增加的谐振器数量少，有利于简化系统的复杂性，更适用于VSI的高性能控制。此外，考虑到DPC不同控制目标下参考值计算较为简单，更适用于不平衡及谐波电网下VSI的高性能运行。

发明内容

为了克服不平衡及谐波电网电压情况下存在的难题，本发明提出一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了不平衡及谐波电网下基于静止坐标系VSI的SVM-DPC策略。通过建立静止坐标系下VSI的DPC数学模型，以实现不平衡及谐波电网下的两个独立运行目标。一种基于静止坐标系的并网逆变器直接功率控制包括：并网逆变器电路、不平衡及谐波电网下直接功率控制、电网电压倍频正负序分量提取三个部分。

所述并网逆变器电路由六个带反并联二极管的IGBT组成的桥式电路构成；

所述不平衡及谐波电网下直接功率控制主要包括瞬时功率计算、功率参考计算、SVPWM三个部分。

所述电网电压倍频正负序分量提取是基于ROGI的基波正序分量提取法。

本发明的有益效果是：针对不平衡及谐波电网电压下运行的并网逆变器，提出了基于静止坐标系下DPC策略，实现了VSI输出电流正弦或功率平稳的控制目标。所提DPC策略中采用ROGI提取电网电压基波正序分量，避免了T/4延时法响应时间较慢和无法准确分离谐波的缺点，有效提高了动态响应能力。同时控制器具有较好的稳定性，且DPC策略具有优良的动、静态运行特性。

附图说明

图1并网逆变器电路

图2不平衡及谐波电网下直接功率控制框图

图3降阶广义积分器分离法框图

具体实施方案

图1中，三相VSI电路，电流参考方向从电网流向逆变器。图中，u_ga、u_gb和u_gc为电网电压，v_ga、v_gb和v_gc为逆变器交流侧电压，i_ga、i_gb和i_gc为三相电流，L、R分别为进线电抗器电感和电阻。由图1可得VSI在αβ静止坐标系下的数学模型为

式中，下标α、β表示在两相静止坐标系下α和β轴分量。

图2中，对电网电压和电流采样后经过静止坐标系Clarke变换得到u_gα、u_gβ和i_gα、i_gβ；通过计算得到VSI瞬时功率P_g、Q_g；用ROGI提取电网电压的基波正序分量和用于计算功率参考补偿项P_gcom、Q_gcom；P_gref、Q_gref为VSI功率参考给定指令，一般为直流量；图中功率误差信号使用PI和VPI调节器分别进行控制，其中PI调节器用于控制功率误差直流分量，而VPI调节器用于抑制功率误差的倍频波动，这是一种基于零极点相消原理的谐振器，相比传统的PR控制器具有更好的稳定性。本发明选择两个独立控制目标：①VSI输出有功和无功功率平稳；②VSI输出电流平衡且正弦；用于改善VSI在不平衡及谐波电网电压下的运行性能。