[发明专利]基于有源电力滤波器的Z源逆变器并网控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力控制技术，特别涉及一种基于有源电力滤波器的Z源逆变器并网控制方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严峻，可再生能源(风能、太阳能等)的分布式发电系统在电网中所占的容量持续增大。大多数分布式能源都需要通过逆变器接入电网，因此，逆变器控制技术变得尤为重要。同时，新能源的广泛接入以及工业化进程的加快，大量非线性、冲击性负载不断涌现，由这些负载产生的谐波电流使电能质量日益恶化。

传统的电压型逆变器是降压型逆变器，在输入电压较低或波动范围较大时，需在前级加入升压电路，这会使得系统的结构变得复杂、逆变效率大为降低。另外，传统逆变器同一桥臂的上下两个功率管不能同时导通，否则会引起短路，烧毁元器件。Z源逆变器由于引入了X型阻抗网络，能够有效克服传统逆变器的不足。一方面Z源逆变器利用同一桥臂上下功率管的直通实现升压功能，因此是一种升降压逆变器。另一方面，由于直通成为了一种特殊的工作模式，由电磁干扰等造成的直通状态不会损坏逆变器，并且可避免由死区时间引起的输出波形畸变。

非线性负载的大量接入会导致大量的高次谐波注入电网之中，另外，对Z源逆变器采用的高频脉宽调制下的电流控制也会产生大量的高次谐波，传统无源滤波器早已无法保证较好的入网电流质量。

发明内容

本发明是针对非线性负载的大量接入会导致大量的高次谐波注入电网的问题，提出了一种基于有源电力滤波器的Z源逆变器并网控制方法，通过引入Z源逆变器来弥补传统逆变器不能直通、升压的缺陷，利用有源电力滤波器对并网电流的谐波进行滤除同时还可以对系统进行无功补偿。该控制方法在保证系统稳定的前提下，能够有效提高并网电流的质量和功率因数。系统的快速性也得到了提升，鲁棒性增强。

本发明的技术方案为：一种基于有源电力滤波器的Z源逆变器并网控制方法，直流电压源V_dc并联在Z源逆变器上，Z源逆变器输出经过线路电感L_i接电网和负载，线路电感L_i与电网之间有并联型有源电力滤波器APF，并网控制部分包括Z源电容电压检测变送器、网侧电流检测变送器、网侧三相电压检测变送器、三相电网电压锁相环、单相电网电压锁相环、低通滤波器，将网侧电压由三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系的第一模块，将网侧电流由三相静止坐标系转换到两相旋转的第二模块，将电压由两相旋转坐标系反变换到三相静止坐标系的第三模块，将电流由两相旋转坐标系反变换到三相静止坐标系的第四模块，PI控制器及两个用于产生调制驱动信号的SPWM模块；

Z源逆变器控制方法：

1)电压检测变送器采集三相并网电压u_a、u_b、u_c，将此三相电压一方面送到三相电压锁相环采集三相并网电压的并网角度ωt，另一方面将三相电压和并网角度ωt送到第一模块，将三相静止坐标系下的电压转换成两相旋转坐标系下的电压u_d、u_q；

2)利用三相电流检测变送器检测三相并网电流i_a、i_b、i_c，将此三相电流和并网角度ωt送到第二模块，将三相静止坐标系下的电流转换成两相旋转坐标系下的电流i_d、i_q；

3)将得到的两相旋转坐标系下的电压/电流进行解耦，最终得到解耦后的两相旋转坐标系下的电压u_1d、u_1q；

4)将解耦后得到的两相旋转坐标系下的电压送到第三模块，将两相旋转坐标系下的电压转换成三相静止坐标系下的电压，将此电压信号送到SPWM调制模块，得到传统电压型逆变器所需的开关信号；

5)利用电容电压检测变送器采集Z源阻抗网络电容的电压与参考值比较后送到传统PI控制器，经PI控制器调节后产生Z源逆变器所需的直通矢量；将传统开关矢量和直通矢量叠加后得到逆变器总的开关信号，该信号经过驱动电路后控制Z源逆变器中三相逆变器开关管的接通与关断，进而控制并网逆变器系统入网电流的幅值和相位；

APF控制方法：

(1)利用单相电网电压检测变送器检测到单相电压u_a，经过单相电网电压锁相环得到A相电压的并网角度ω₁t；