電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電 流抑制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著傳統(tǒng)煤炭和石油等化石燃料日益耗盡，能源短缺及環(huán)境問題不斷加 劇，使得清潔能源或可再生能源發(fā)電技術(shù)得到日益廣泛的重視和應(yīng)用。大力發(fā)展新能源和 可再生能源，不僅是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要，也是解決我國 偏遠(yuǎn)地區(qū)無電人口民用電問題的主要途徑。
[0003] 以光伏為例，其并網(wǎng)發(fā)電的主要形式是利用以電力電子器件為核心的逆變器，將 光伏電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)能夠接受的交流電形式，并將電能注入電網(wǎng)。根據(jù)逆 變器輸出端特性，可分為電流源型并網(wǎng)逆變器和電壓源型并網(wǎng)逆變器。其中，電流源型并網(wǎng) 逆變器發(fā)展較早，且應(yīng)用范圍較廣，其工作原理是：逆變器控制環(huán)路只對逆變器的輸出電流 進(jìn)行控制，逆變器的輸出電壓由電網(wǎng)進(jìn)行鉗位，同時(shí)電流控制環(huán)路對光伏電池板進(jìn)行最大 功率跟蹤，將光伏能量最大限度注入電網(wǎng)。由于太陽輻照度存在較大隨機(jī)性，因此并網(wǎng)系統(tǒng) 輸出功率波動較大，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，逆變器輸出電流波形較 好，輸入電流總諧波失真（THDi)較低。但是，其缺點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電流源型并網(wǎng)逆 變器系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行以及為敏感負(fù)荷供電。電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)出現(xiàn)較晚，其 工作原理是通過控制逆變器的輸出電壓的幅值與相位，根據(jù)功率傳輸定理，控制逆變器向 電網(wǎng)傳輸?shù)挠泄β室约盁o功功率。電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的特點(diǎn)是逆變器控制環(huán)路最 外層為電壓控制，因此，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)可立即脫網(wǎng)，并繼續(xù) 為敏感負(fù)荷提供電能。由于電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)在并網(wǎng)與脫網(wǎng)轉(zhuǎn)換過程中，其控制環(huán) 路的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，過渡過程沖擊較小，電能質(zhì)量較高，因此電壓源型并網(wǎng)逆變器能夠提 升為敏感負(fù)荷供電的可靠性。但是由于電壓源型并網(wǎng)逆變器的輸出阻抗較小，易受到網(wǎng)側(cè) 諧波電壓影響，因此導(dǎo)致其并網(wǎng)電流THDi增大，對并網(wǎng)電流電能質(zhì)量造成影響。
[0004] 因此，需要提供一種電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制策略，以至少部分地解決 現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了至少部分地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種 電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制裝置。該裝置包括：網(wǎng)側(cè)采樣器，其用于對網(wǎng)側(cè)電壓進(jìn)行 采樣以獲得網(wǎng)側(cè)電壓采樣信號；第一逆變器采樣器，其用于對逆變器的輸出電壓和輸出電 流進(jìn)行采樣以獲得逆變器電壓采樣信號和逆變器電流采樣信號；網(wǎng)側(cè)電壓處理器，其用于 將網(wǎng)側(cè)電壓采樣信號的N個(gè)諧波分量與基頻分量分離，其中N是大于等于1的整數(shù)；鎖相 環(huán)，其用于檢測基頻分量的幅值Ebas6和相位0bas6;功率控制環(huán)路，其用于基于逆變器電壓 采樣信號、逆變器電流采樣信號、目標(biāo)有功功率和目標(biāo)無功功率計(jì)算幅值調(diào)節(jié)量AE和相 位調(diào)節(jié)量A0 ;參考信號合成器，其用于基于幅值Ebas6、相位0bas6、幅值調(diào)節(jié)量AE、相位調(diào) 節(jié)量△ 0和N個(gè)諧波分量生成逆變器電壓參考信號；以及逆變器控制環(huán)路，其用于控制逆 變器以使輸出電壓跟隨逆變器電壓參考信號。
[0006] 可選地，網(wǎng)側(cè)電壓處理器包括N組陷波器和減法器。該N組陷波器用于一一對應(yīng) 地過濾N個(gè)諧波分量，以獲得基頻分量，其中每組陷波器中的每個(gè)陷波器的中心諧振角頻 率和與該組陷波器對應(yīng)的諧波分量的角頻率相同。該減法器用于從網(wǎng)側(cè)電壓采樣信號中減 去基頻分量，以獲得N個(gè)諧波分量。
[0007] 可選地，該裝置進(jìn)一步包括補(bǔ)償器。該補(bǔ)償器用于基于基頻分量的角頻率和N組 陷波器中的每個(gè)陷波器的傳遞函數(shù)計(jì)算用于補(bǔ)償N組陷波器對基頻分量造成的影響的幅 值補(bǔ)償量和相位補(bǔ)償量0，并且進(jìn)一步用于分別基于幅值補(bǔ)償量￡。"^和相位補(bǔ) 償量0。_對幅值Eb_和相位0baJi行補(bǔ)償。
[0008] 可選地，N組陷波器中的用于過濾同相網(wǎng)側(cè)電壓的諧波分量的陷波器串聯(lián)連接。
[0009] 可選地，該裝置進(jìn)一步包括第一Clark及Park變換模塊，其用于通過Clark及 Park變換將逆變器電壓采樣信號和逆變器電流采樣信號變換到dq坐標(biāo)系下，以獲得經(jīng)變 換的逆變器電壓采樣信號和經(jīng)變換的逆變器電流采樣信號。功率控制環(huán)路包括功率計(jì)算模 塊和功率控制模塊。該功率計(jì)算模塊包括：功率計(jì)算器，其用于根據(jù)經(jīng)變換的逆變器電壓 采樣信號和經(jīng)變換的逆變器電流采樣信號計(jì)算逆變器所輸出的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無功 功率；第一低通濾波器，其用于過濾瞬時(shí)有功功率中的高頻分量，以獲得平均有功功率；以 及第二低通濾波器，其用于過濾瞬時(shí)無功功率中的高頻分量，以獲得平均無功功率。該功率 控制模塊包括：第一減法器，其用于計(jì)算目標(biāo)有功功率與平均有功功率之間的有功功率差 值；第二減法器，其用于計(jì)算目標(biāo)無功功率與平均無功功率之間的無功功率差值；第一比 例-積分-微分（PID)控制器，其用于基于有功功率差值計(jì)算相位調(diào)節(jié)量A0 ;以及第二 PID控制器，其用于基于無功功率差值計(jì)算幅值調(diào)節(jié)量AE。
[0010] 可選地，參考信號合成器具體用于：將幅值調(diào)節(jié)量AE和相位調(diào)節(jié)量A0分別與 幅值Ebas6和相位0 bas6相結(jié)合以生成逆變器基頻參考信號以及將逆變器基頻參考信 號N齡皮分方言號。 toon] 可選地，參考信號合成器基于下面的公式生成逆變器基頻參考信號:
[0012]
[0013] 其中
e分別是逆變器基頻參考信號<_在abc三相上的 分量。
[0014] 可選地，該裝置進(jìn)一步包括第二逆變器采樣器，其用于對流經(jīng)電感的電感電流或 流經(jīng)電容的電容電流進(jìn)行采樣，以獲得電感電流或電容電流采樣信號，其中電感和電容組 成逆變器的濾波器，濾波器用于過濾逆波器的三相全橋電路所輸出的電壓中的高頻分量。 逆變器控制環(huán)路包括：第二Clark及Park變換模塊，其用于通過Clark及Park變換將逆變 器電壓采樣信號和電感電流或電容電流采樣信號變換到dq坐標(biāo)系下，以獲得經(jīng)變換的逆 變器電壓采樣信號和經(jīng)變換的電感電流或電容電流采樣信號；第三Clark及Park變換模 塊，其用于通過Clark及Park變換將逆變器電壓參考信號變換到dq坐標(biāo)系下，以獲得經(jīng)變 換的逆變器電壓參考信號；電壓減法器，其用于計(jì)算經(jīng)變換的逆變器電壓參考信號和經(jīng)變 換的逆變器電壓采樣信號之間的電壓差值；比例-積分-諧振混合（PIR)控制器，其用于基 于電壓差值計(jì)算電流環(huán)參考信號；電流減法器，其用于計(jì)算電流環(huán)參考信號與經(jīng)變換的電 感電流或電容電流采樣信號之間的電流差值；電流控制器，其用于基于電流差值計(jì)算電壓 調(diào)制信號；反Park及反Clark變換模塊，其用于通過反Park及反Clark變換將電壓調(diào)制信 號變換到abc坐標(biāo)系下，以獲得經(jīng)變換的電壓調(diào)制信號；以及調(diào)制器，其用于將經(jīng)變換的電 壓調(diào)制信號與載波信號進(jìn)行比較，以獲得脈寬調(diào)制信號，并且利用脈寬調(diào)制信號驅(qū)動逆變 器的三相全橋電路中的功率開關(guān)器件，以使輸出電壓與逆變器電壓參考信號相同。
[0015] 可選地，比例-積分-諧振混合控制器在dq坐標(biāo)系下的傳遞函數(shù)為：
[0016]
[0017] 其中，s為拉普拉斯算子，為所述基頻分量的角頻率，kpv與kiv分別為比例參 數(shù)和積分參數(shù)，"與《n為諧振控制器參數(shù)，并且n= 6k，其中k為正整數(shù)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制方法。該方 法包括：對網(wǎng)側(cè)電壓進(jìn)行采樣以獲得網(wǎng)側(cè)電壓采樣信號；將網(wǎng)側(cè)電壓采樣信號的N個(gè)諧波 分量與基頻分量分離，其中N是大于等于1的整數(shù)；檢測基頻分量的幅值和相位；對逆變器 的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣以獲得逆變器電壓采樣信號和逆變器電流采樣信號；基于 逆變器電壓采樣信號、逆變器電流采樣信號、目標(biāo)有功功率和目標(biāo)無功功率計(jì)算幅值調(diào)節(jié) 量和相位調(diào)節(jié)量；基于幅值、相位、幅值調(diào)節(jié)量、相位調(diào)節(jié)量和N個(gè)諧波分量生成逆變器電 壓參考信號；以及控制逆變器以使輸出電壓跟隨逆變器電壓參考信號。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，逆變器的輸出電壓中的基頻分量與網(wǎng)側(cè)電壓的基頻 分量之間的相位與幅值差受到功率控制環(huán)路的控制，因此可以向電網(wǎng)傳輸指定的基頻有功 及無功電流（功率）；同時(shí)，可以減小逆變器的輸出電壓中的諧波分量與網(wǎng)側(cè)電壓中的諧 波分量之間的誤差，因此可以有效地抑制電壓源型并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)傳輸?shù)闹C波電流的含 量，大大降低了并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度。
[0020] 在
【發(fā)明內(nèi)容】
中引入了一系列簡化的概念，這些概念將在【具體實(shí)施方式】部分中進(jìn)一 步詳細(xì)說明。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和 必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0021] 以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說明】
[0022] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實(shí)施方式及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
[0023] 圖la和lb分別為電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的單相等效電路圖及其向量關(guān)系圖；
[0024] 圖2a和2b分別為電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的單相基頻分量等效電路圖以及諧波 分量等效電路圖；
[0025] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制裝置的示意 性框圖；
[0026] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓源型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的示意性框圖；
[0027] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的陷波器的幅頻特性和相頻特性圖；
[0028] 圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、電壓源型并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和輸出電流從 abc坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的變換示意圖；
[0029] 圖7為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓源型并網(wǎng)逆變器諧波電流抑制方法的流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 在下文的描述中，提供了大量的細(xì)節(jié)以便能夠徹底地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以了解，如下描述僅涉及本發(fā)明的