[发明专利]一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法

说明书

本发明提供一种变流器免电压检测的并网控制系统及方法，所述变流器免电压检测的并网控制系统包括网侧电流采样转换模块、电流调节器、降阶谐振调节器、锁频环、虚拟磁链构造模块、电网电压重构及指令电流计算模块、空间矢量调制模块和变流器。本发明的变流器免电压检测的并网控制系统及方法抗干扰能力强且占用资源少。

技术领域

本发明涉及风电、光伏领域变流器的并网同步控制领域，具体涉及一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法。

背景技术

如图1所示，新能源并网系统中的三相(单相不适用)变流器并网控制大多采用电网电压定向矢量控制。在电网电压定向矢量控制方式下常常要求检测电网电压来实现变流器和电网的同步。此外，还需要检测直流母线电压和被控电流，且相关电量的检测往往需要传感器或采样电路来完成。传感器的使用及其信号调理电路带来了高成本及复杂性问题。

在实际使用场合中采用免交流电压检测控制不仅可以提高控制系统的经济性，而且可以降低一些相对恶劣的运行环境如海上风电场、我国的西北地区系统的维护成本，提高并网系统的可靠性。理论上，用于变流器并网同步的并网点电压可以借助网侧输出电流和变流器交流端输出电压来重构。理论上，只要能估算变流器交流端到并网点之间滤波器线路的线路压降，即可合成电网电压。但这种思路需要对电流做微分，而微分容易引入高频噪声干扰，实用性不高。相比之下，通过构造电网电压的虚拟磁链来实现电网同步的方案则要实用得多，虚拟磁链(磁链是电压的积分，之所以是虚拟的，是因为用于积分的不是电网电压，而是构造电压的电流和发波电压)的构造也因此成为免电网电压检测控制系统的关键所在。目前虚拟磁链的构造方法主要有：

纯积分方法。通过对网侧电流和变流器交流侧输出电压构造的电网电压进行积分来构造虚拟磁链。这种方法物理意义清晰明了，但是网侧电流初值不确定很容易使虚拟磁链产生直流偏移而引发稳态误差，实用性不强。

采用一阶低通滤波器代替纯积分器方法。此方法能够有效避免纯积分器的存在的直流偏差问题，实现起来也比较容易，但需要低通滤波器引入的相位延时和幅值衰减做补偿。

采用带通滤波器代替一阶低通滤波器的方法。相比一阶低通滤波器，带通滤波器在构造虚拟磁链时可以获得更好的频率响应特性，但是同样存在延时和幅值衰减的问题。

采用一阶低通滤波器级联的方法。这种方法可以解决上述两种方法中存在的基波延时和幅度衰减问题，其快速的动态响应能力能够有效减小变流器启动时的电流冲击。

上述的虚拟磁链估计方法均是在较为理想的电网条件下提出来的，而对于非理想电网条件下的免电压传感器控制的研究相对较少。然而，实际的电网由于大功率单相负载的使用，不平衡现象时有发生。同时，大量电力电子设备的接入和非线性负载的使用，也使电网电压中存在不同程度的背景谐波，电网电压的频率在小范围内波动。不平衡的电网电压、电网背景谐波、以及电网基波频率的波动均会给虚拟磁链估计带来偏差，降低变流器并网稳定性，严重的时候甚至会导致变流器并网失败。

在免电压传感器控制领域，目前比较前沿的是基于二阶广义积分器(secondorder generalized integrator，SOGI)的DSOGI技术。如图2所示，DSOGI的基本思想是通过对频率具有自适应能力的二阶广义积分器来获取电网不平衡条件下虚拟磁链及其正交分量，然后采用瞬时对称分量法分离出正、负序磁链分量，用于控制变流器的运行。该方法准确可靠，然而由于二阶广义积分器存在两个对称的极点，不具备正、负极性选择功能，因而其正负序分离环节计算量比较大，实现比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种变流器免电压检测的并网控制系统和方法，以解决现有技术的变流器免电压检测中电网不平衡、电网背景谐波以及电网基波频率的波动等日益复杂的现状使得现有的大多数免电压传感器控制方法应用受到限制，而基于二阶广义积分器的DSOGI技术控制方法存在计算量大占用控制系统资源较多的问题。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：