一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法与流程

1.本发明涉及谐波振荡控制技术领域，具体涉及一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法。


背景技术：

2.国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》明确规定，到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变；要统筹引导发展规模和布局，提升能源电力系统调节能力、综合效率和安全保障能力。然而在实际研究中发现光伏、风力等新能源发电易受温度、光照强度、风力等自然气候因素影响，这导致分布式发电具有随机性、间断性的特点，直接连入大电网会对电网质量和系统稳定性产生严重影响。
3.影响包括有并网时，逆变器输出交流电压叠加，逆变器输出的交流因为外界干扰具有谐波，若干个交流电压在耦合点谐波叠加，耦合时由于不同逆变器输出电流差异产生环流损耗，进一步影响输出电能的稳定性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，能够抑制逆变器输出电能的谐波问题，同时降低因为逆变器并接产生环流导致的能量损耗。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，包括步骤一，依据并网电压和并网电流确定谐波电压分量vpcch和谐波电流分量igh；
7.步骤二，依据谐波电压分量vpcch调整并接有源阻尼电路的并联等效阻值rp，以调整有源阻尼装置的输出电压，依据谐波电流分量igh调整串接有源阻尼电路的串联等效阻值rs，以调整有源阻尼装置的输出电流。
8.8.进一步的，所述谐波电压分量vpcch的获取方法为：采集逆变器公共耦合点的耦合电压，通过锁相环获取耦合基波电压vpccf，有源阻尼装置输出电压与耦合基波电压vpccf作差以生成谐波电压分量vpcch；
9.所述谐波电流分量igh的获取方法为：采集逆变器公共耦合点的耦合电流，依据并联逆变器数量获取平均耦合电流，通过锁相环获取耦合基波电流igf，有源阻尼装置输出电流与平均耦合电流作差以生成谐波电流分量igh。
10.进一步的，所述并接有源阻尼电路包括有源阻尼，所述有源阻尼包括比例调节器，所述比例调节器输入端接有直流侧电容cdc，所述比例调节器的输出端与逆变器输出端并接；
11.所述比例调节器的一输出端串接有串联cl电路。
12.进一步的，所述并接有源阻尼电路调节有源阻尼装置输出电压的过程为：依据谐波电压分量vpcch控制比例调节器动作，调整直流侧电容吸收电能，改变并接有源阻尼电路
的等效阻值rp，调整有源阻尼装置输出电压。
13.进一步的，所述串接有源阻尼电路包括与并接有源阻尼电路相同的有源阻尼，所述有源阻尼内其比例调节器的输出端与逆变器输出端串接；
14.所述有源阻尼的输出端并接有并联cl滤波电路。
15.进一步的，所述串接有源阻尼电路调节有源阻尼装置输出电流的过程为：依据谐波电流分量igh控制比例调节器动作，使直流侧电容输出设定电能，以改变串接有源阻尼电路的等效阻值rs，调整有源阻尼装置输出电流。
16.进一步的，每个所述逆变器的输出端均设置串接有源阻尼电路和并接有源阻尼电路，再并接入公网。
17.本发明具有的优点和积极效果是：
18.通过抵消谐波电流分量igh和谐波电压分量vpcch，调整输出输出电流和电压，谐波属于低能量的杂波，能有效减少串并联有源电阻输出电压、电流谐波，提高弱电网下并网逆变器输出波形质量，具有串并联有源电阻运行功率等级低、系统额外损耗小，不影响基准电压和电流的功能，还具有与输出电流的设备无关，使得串并联阻抗等效选型范围更广，适用于多种并网逆变场合的优点。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的若干逆变器并接入公网的电路图；
21.图2是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的一个目标逆变器接入公网的电路图；
22.图3是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的谐波提取控制框图；
23.图4是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的并联有源电阻rp控制框图；
24.图5是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的串联有源电阻rs控制框图；
25.图6是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的并网电压电流波形；
26.图7是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的同一电网阻抗下给定不同的rp和rs基准值阻尼效果图；
27.图8是本发明的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法的实物实验波形图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.本发明提供一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，如图1和图2所示，有源阻尼装置包括逆变器，逆变器的输出端依次设置串接有源阻尼电路和并接有源阻尼电路。每个所述逆变器的输出端均设置串接有源阻尼电路和并接有源阻尼电路，再并接入公网。
32.串接有源阻尼电路包括比例调节器，比例调节器的输入端串接有直流侧电源cdc，比例调节器的输出端并接有用于滤波的并联cl滤波电路。本技术的其中一个实施例为：比例调节器由四个开关管构成，开关管两两串接后与直流侧电源cdc串接，两串接的开关管之间并接有并联gl电路后，再串接至逆变器的一输出端。
33.对串接有源阻尼电路作等效变换，得到诺顿等效模型，包含参数有等效电阻rs和电流源is两参数。
34.并接有源阻尼电路包括有比例调节器和直流侧电源cdc，比例调节器和直流侧电源cdc的连接方式与串接有源阻尼电路相同，比例调节器的一输出端(两串接的开关管之间的接口即为输出端)串接用于滤波的串联cl电路后，再与逆变器输出端并接。
35.对并接有源阻尼电路作等效变换，生成诺顿等效模型。包含参数有等效电阻rp和电流源ip两参数。
36.谐波振荡控制方法过程为：
37.步骤一，依据并网电压和并网电流确定谐波电压分量vpcch和谐波电流分量igh。
38.如图3所示，采集公共耦合点的耦合电压数据和耦合电流数据，耦合电压数据为每个有源阻尼装置的输出电压，耦合电流数据为每个有源阻尼装置输出交流电的叠加。
39.谐波电压分量vpcch的获取方法为：通过锁相环获取耦合电压数据的耦合基波电压vpccf，耦合基波电压vpccf表示耦合电压数据的电压基准波，耦合电压数据减去耦合基波电压vpccf为谐波电压分量vpcch。由于有源阻尼装置并接入公网，每个有源阻尼装置输出电压的基波电压分量与耦合点的基波电压分量vpccf相同。因此，获取目标有源阻尼装置输出的实际交流电压，计算实际交流电压与耦合基波电压vpccf差值以生成目标有源阻尼装置的谐波电压分量vpcch。
40.谐波电流分量igh的获取方法为：依据目标有源阻尼装置(或逆变器)数量和耦合电流数据计算出平均耦合电流，相同的，通过锁相环确定目标有源阻尼装置的耦合基波电流igf，同时获取目标有源阻尼装置输出的实际交流电流，计算实际交流电流与耦合基波电
流igf的差值以生成谐波电流分量igh。
41.步骤二，依据谐波电压分量vpcch调整并接有源阻尼电路的并联等效阻值rp，以调整有源阻尼装置输出电压，依据谐波电流分量igh调整串接有源阻尼电路的串联等效阻值rs，以调整有源阻尼装置输出电流。
42.由于并接有源阻尼电路和串接有源阻尼电路均具有不同工作点表达不同阻抗特性，及当直流侧电源cdc输出电流不同，对应的等效电阻rs和rp也不同。
43.如图4所示，并接有源阻尼电路的调节电压的过程为：依据谐波电压分量vpcch控制比例调节器的导通情况(调整比例调节器的导通脉宽，控制直流侧电源cdc吸收不同的功率)，由于比例调节器不同的导通情况，导致对应等效电阻rp的阻值改变。
44.并接有源阻尼电路从进网电流中吸收的谐波电流参考信号i*ah的表达式如下：
[0045][0046]
其中，rp是并联虚拟电阻值。通过改变参数rp的值，可以调节公共耦合点处宽频振荡频段下并联电阻的大小。
[0047]
为避免等效电阻rp的阻值影响电压的稳定性，比例调节器的一输出端串接有串联cl电路，因为与常见的lcl滤波器和单l滤波器不同，串联lc滤波器在低频下表现为电容特性，直流侧电容吸收有功功率表达式如下：
[0048][0049]
其中，z
lc
和ca是串联lc滤波器的总等效阻抗和单滤波电容容抗值，vpccf为公共耦合点的基波电压分量，vaf为有源阻尼两端电压(比例调节器两输出端电压)。
[0050]
因此，耦合点pcc的基波电压vpccf主要由串联cl滤波电路来维持，仅在阻尼器两端留下小的端电压vaf。所以可以合理假设串联cl电路两端电压等于vpccf，这将导致超前90
°
的电流流过串联lc滤波器和并联有源阻尼装置。如果vpccf在dq坐标系中矢量方向与d轴同向，则该电流矢量方向与q轴一致。因此在直流侧电容电压控制回路中，为了保持直流侧电容电压恒定，vaf必须矢量方向与q轴同向，以确保直流侧大电容吸收足够的有功功率来抵消运行损耗。
[0051]
因为吸收电流i*ah中不存在基波分量，而且反馈控制中也不包括基波电流。所以，谐波电流控制回路中不会产生任何基波电压，不会干扰直流侧电容cdc电压控制，有效提高电压调节的性能。
[0052]
如图5所示，串接有源阻尼电路的电流调节过程为：依据谐波电流分量igf控制比例调节器的导通情况(调整比例调节器的导通脉宽，控制直流侧电源cdc输出不同的电流)，由于比例调节器不同的导通情况，导致对应等效电阻rs的阻值改变，可以调整有源阻尼装置输出端的等效串联电阻值，以保证有源阻尼装置输出电流的稳定。
[0053]
相同的，比例调节器的输出端并接有并联lc电路，因为lc滤波电路在低频下表现为电容特性，串接有源阻尼电路两端电压为并联lc电路中的电容cs两端电压。谐波电流分量igh乘以等效电阻rs，得到控制参考电压vs*。直流电容稳压环节已经在并联控制回路中设计完成，此处便不考虑直流侧电容电压控制。
[0054]
串并联有源电阻电路使用比例调节器使并联等效输出阻抗zp(s)和串联等效输出阻抗zs(s)在电流环的截止频率内呈现电阻特性，但是在分析有源阻尼等效电路时，有源电阻电路系统的输出阻抗是不可忽略的。zd1(s)和zd2(s)分别是并联有源电阻电路和串联有源电阻电路的系统固有输出阻抗，当控制参数确定之后，系统输出阻抗也随之确定。有源电阻电路的系统固有阻抗可以为弱电网下并网逆变器系统引入正实部阻尼来增强鲁棒性，相关文献中就提出将有源阻尼的电流基准设为0，不再通过基准去模拟出谐波频段的电阻特性，而是直接利用自身的输出阻抗特性，以此达到阻尼谐振的效果。这种方法计算量小控制简单，但是通过自身阻抗提供的正实部有限，而且无法自由调整控制参数，难以适应电网阻抗宽范围变化或并联系统台数较多等复杂工况。
[0055]
由于并联有源阻尼针对的是谐振频率谐波抑制而不是基频下的谐波抑制，因此谐波频带电流iah的表达式如下式所示。在谐波频带中，rp和zd1一起为系统的谐振提供阻尼。
[0056][0057][0058]
串联部分的端口电压表达式如下：
[0059]vs
＝i
ghrs
+igz
d2
(s)
[0060]
实施例1
[0061]
本实施例利用matlab中的simulink工具搭建了弱电网下基于电容电流负反馈控制的lcl并网逆变器仿真模型，仿真过程中的电气参数设置如下表：
[0062]
表1仿真参数
[0063][0064][0065]
图6到图8显示了串并联有源电阻对弱电网下谐波振荡阻尼效果。通过仿真波形可以发现，串并联有源阻尼装置对不同电网阻抗的弱电网均有谐波振荡阻尼效果。图6所示是选定电网阻抗scr＝10时，在控制系统中给定不同的rp和rs基准值进行阻尼效果仿真。可以发现，在rp和rs的有效取值范围内，当并联电阻过大或者串联电阻过小时阻尼效果都不是
很好。当并联电阻取到最小值10ω时，此时增大串联电阻的基准值rs的值，可以使进网电流波形质量进一步提升。
[0066]
在图7中，串并联有源电阻接入瞬间，由于阻尼装置给逆变器欠阻尼频段引入额外正实部阻尼，放大的高频谐波分量很快被抑制，整个并网逆变器系统的进网电流恢复到强电网下thd水平。在串并联有源电阻切出后，谐振频段由于原并网逆变器输出阻抗无法满足阻抗稳定判据，谐振分量又被放大，整个并网逆变器回到谐波振荡状态，进网电流中谐波含量上升。
[0067]
综上所述，本发明采用的一种串并联有源电阻的控制策略来解决弱电网下并网逆变器进网电流谐波振荡问题和多台逆变器间耦合问题，有效提升了并网逆变器对弱电网的鲁棒性。所提出的方法通过使用谐波频段电信号作为基准值设计，从而在保证足够正实部阻尼效果的前提下，大大减小阻尼损耗。同时，与经典的有源阻尼电路相比，使用所提出的方法获得了在输出电压中产生的更低的总谐波失真，取得了良好的成果。
[0068]
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，包括步骤一，依据并网电压和并网电流确定谐波电压分量vpcch和谐波电流分量igh；步骤二，依据谐波电压分量vpcch调整并接有源阻尼电路的并联等效阻值rp，以调整有源阻尼装置的输出电压，依据谐波电流分量igh调整串接有源阻尼电路的串联等效阻值rs，以调整有源阻尼装置的输出电流。2.根据权利要求1所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，所述谐波电压分量vpcch的获取方法为：采集逆变器公共耦合点的耦合电压，通过锁相环获取耦合基波电压vpccf，有源阻尼装置输出电压与耦合基波电压vpccf作差以生成谐波电压分量vpcch；所述谐波电流分量igh的获取方法为：采集逆变器公共耦合点的耦合电流，依据并联逆变器数量获取平均耦合电流，通过锁相环获取耦合基波电流igf，有源阻尼装置输出电流与平均耦合电流作差以生成谐波电流分量igh。3.根据权利要求1所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，所述并接有源阻尼电路包括有源阻尼，所述有源阻尼包括比例调节器，所述比例调节器输入端接有直流侧电容cdc，所述比例调节器的输出端与逆变器输出端并接；所述比例调节器的一输出端串接有串联cl电路。4.根据权利要求3所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，所述并接有源阻尼电路调节有源阻尼装置输出电压的过程为：依据谐波电压分量vpcch控制比例调节器动作，调整直流侧电容吸收电能，改变并接有源阻尼电路的等效阻值rp，调整有源阻尼装置输出电压。5.根据权利要求3所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，所述串接有源阻尼电路包括与并接有源阻尼电路相同的有源阻尼，所述有源阻尼内其比例调节器的输出端与逆变器输出端串接；所述有源阻尼的输出端并接有并联cl滤波电路。6.根据权利要求5所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，所述串接有源阻尼电路调节有源阻尼装置输出电流的过程为：依据谐波电流分量igh控制比例调节器动作，使直流侧电容输出设定电能，以改变串接有源阻尼电路的等效阻值rs，调整有源阻尼装置输出电流。7.根据权利要求1所述的一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，其特征在于，每个所述逆变器的输出端均设置串接有源阻尼电路和并接有源阻尼电路，再并接入公网。

技术总结
本发明提供一种基于串并联有源电阻的并网逆变器谐波振荡控制方法，包括步骤一，依据并网电压和并网电流确定谐波电压分量Vpcch和谐波电流分量Igh；步骤二，依据谐波电压分量Vpcch调整并接有源阻尼电路的并联等效阻值Rp，以调整有源阻尼装置的输出电压，依据谐波电流分量Igh调整串接有源阻尼电路的串联等效阻值Rs，以调整有源阻尼装置的输出电流。本发明能够抑制弱电网下并网逆变器输出电能的谐波问题，同时降低因为逆变器多机并联产生环流导致的能量损耗。导致的能量损耗。导致的能量损耗。


技术研发人员：徐鹏生 李蕊 朱毛赛 肖勇军
受保护的技术使用者：林源电力（南京）有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/22