一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法
一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种抗Ξ相不平衡负载的逆变器下垂控制方法。
【背景技术】
[0002] 对于Ξ相Ξ线制逆变器的拓扑结构，采用带电压瞬时值反馈控制的Ξ相逆变器的 一个重要特性是输出电压的对称性。但当逆变器的输出阻抗不为零，则Ξ相负载不平衡、Ξ 相变压器及交流滤波器的参数不对称均会导致输出的电压不对称。根据对称分量法分析， Ξ相不对称输出电压中有正序、负序和零序分量的存在。逆变器带平衡负载运行，在同步旋 转坐标系的ΡΙ控制器作用下能使输出电压很好地跟踪所设定的参考正弦波形，但是运种控 制器的积分项对于不平衡运行的影响，其补偿作用是非常有限的，为此可采用两组ΡΙ控制 器，一组在同步旋转坐标系下的ΡΙ控制器用于正序分量的调节，另一组在反向旋转坐标系 下的ΡΙ控制器补偿负序分量的影响。也可W利用重复控制去抑制输出电压中的负序分量与 谐波分量。尽管运些方法都能改善逆变器的输出性能，但对零序分量引起的输出电压不对 称仍然无能为力。逆变器可加入第四桥臂可削弱零序崎变，但不适合用于输入输出带电隔 离的逆变器。基于W上考虑，可从逆变器电路结构与固有特性入手，对输出隔离变压器采用 A /Υ接法来消除零序环流的影响。
[0003] 对于多台逆变器并联组网系统来说，必须计算出系统的功率与电流，从而实现系 统的电压与频率稳定。目前对于Ξ相逆变器系统，诸如空间矢量调制中所需要的化rk变换 及功率解禪控制算法均仅适用于电压与电流都对称的Ξ相系统，运样才能保证经过化rk变 换后，在同步旋转坐标系下有功功率(或有功电流)与无功功率(或无功电流)相互独立。显 然，对于Ξ相不对称负载下的电流是无法通过化rk变换得到解禪后的有功电流与无功电 流，也就无法采用频率对有功电流、电压对无功电流的下垂控制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种抗Ξ相不平衡负载的下垂控制方 法。本发明应用于W多台逆变器并联组网的微电网系统中，可W有效提高系统带Ξ相不平 衡负载的响应速度与能力。
[0005] 本发明将Ξ相逆变系统分解成Ξ个单相逆变系统，利用广义积分对每一相分别构 造出新的同步旋转坐标系，计算出不平衡负载的功率需求，再利用下垂控制方程实现逆变 器的下垂控制。
[0006] 本发明包括广义积分GI变换、Park变换、功率计算、一阶低通滤波与下垂控制五个 部分。首先将逆变器Ξ相不平衡电流输入物理量作为Ξ个独立的单相系统，利用广义积分 GI变换环节对每一单相系统分别构造出一个正交的静止坐标系;接着通过化rk变换环节对 每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系;在对每一单相系统分别计算出各自的功率 并求和，得出整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求;然后对计算出 的功率经过一阶低通滤波环节，用来增强系统的一阶惯性;最后再利用有功对频率、无功对 电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。
[0007] 本发明的步骤如下：
[0008] (1)采用所述的广义积分GI变换对每个单相系统构造出相互正交的两相静止坐标 系。对于一个单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互相正交的输出信号ya与ye，其 中信号ya与单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正交，滞后信号ya90%在频域 中，引入反馈后，单相正弦输入信号X至输出信号ya,e的传递函数化ia,e(s)可表示为：
[0009]
[0010] 式中，ω=化f为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。
[0011] (2)通过所述的化rk变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系， 从而实现有功分量与无功分量的快速解禪控制。二相静止地坐标系到旋转dq坐标系的化rk 变换矩阵方程为：
[0012]
[0013] Θ为逆变器输出频率对应的角度。
[0014] (3)采用所述的功率计算环节分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得出 整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求，具体计算步骤如下。
[0015] 1)在旋转dq坐标系下，每一单相系统的有功功率与无功功率的计算公式如下：
[0016]
[0017] 式中k = a，b，c，表示a，b，cS相;Pk，表示某一单相系统的有功功率;Qk，表示某一单 相系统的无功功率;Ud，表不Ξ相对称输出电压信号的d轴分量；ikd，表不某一单相系统的d 轴分量;ikq，表不某一单相系统的q轴分量。
[0018] 2)在不平衡负载条件下，对解禪后的每一单相系统的功率求和，可得Ξ相组网逆 变器输出的有功功率P与无功功率Q为：
[0019]
[0020] (4)通过所述的一阶低通滤波环节对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增 强系统的一阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0021]
[0022] 其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载 变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0023] (5)通过所述的下垂控制环节利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控制 环节计算出相应的频率和电压给定值，下垂控制方程如下：
[0024] f-f0 = -kp(Ρ~Ρ〇),u~u〇 = ~kq(Q~Qo)
[0025] 式中kp为有功功率下垂系数;kq为无功功率下垂系数;Po对应在初始频率设定点fo 与初始电压设定点U0时对应的有功功率输出，Qo对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点uo时对应的无功功率的输出;P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【附图说明】
[0026] 图相不平衡负载的下垂控制框图；
[0027] 图2为广义积分控制框图；
[0028] 图3有功对频率的下垂控制特性示意图；
[0029] 图4无功对电压的下垂控制特性示意图。
【具体实施方式】
[0030] W下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0031] 图1所示为Ξ相不平衡负载的下垂控制框图，主要包括输入环节100、Ξ相不平衡 负载的下垂控制算法环节200及输出环节300Ξ个实现环节。输入环节100是本发明核屯、算 法的输入量，包括S相对称电压11(1及；相不平衡负载下的a、b、cS相电流i af、i bf、i cf;输出 环节300是本发明核屯、算法的输出量，下垂控制所要设定电压参考值u勺日电压频率相 不平衡负载的下垂控制算法环节200包括广义积分GI变换201、化rk变换环节202、功率计算 环节203、一阶低通滤波环节204与下垂控制环节205五个部分。
[0032] 本发明的步骤如下：
[0033] (1)采用所述的广义积分GI变换201对每个单相系统构造出相互正交的两相静止 坐标系；
[0034] (2)通过所述的化rk变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系， 实现有功分量与无功分量的快速解禪控制；
[0035] (3)采用所述的功率计算环节203分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得 出整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求；
[0036] (4)通过一阶低通滤波环节204对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增强系 统的一阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0037]
[0038] 其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载 变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0039] (5)通过所述的下垂控制环节205利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控 制环节计算出相应的频率和电压给定值。
[0040] 各个环节的具体实施方案分述如下：
[0041] (1)广义积分GI变换201
[0042] 在单相或Ξ相系统中，电压幅值、有功功率与无功功率是通过低通滤波器与幅值 探测器来实现，运种算法很难实现对幅值与功率进行快速计算的同时，又能做到完全滤除 纹波分量。而对于Ξ相对称的电力系统，Park变换可实现对有功分量与无功分量的快速解 禪控制，但单相系统却没有运种禪合关系，为此 引入广义积分(General Integral，GI)对其 进行构造来模拟运种禪合关系。对于一个单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互 相正交的输出信号ya与ye，其中信号ya与单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正 交，滞后信号ya90%引入反馈后，其控制框图如图2所示，在频域中，单相正弦输入信号X至 输出信号ya,e的传递函数化ia,e(s)表示为：
[0043]
[0044] 式中，ω =化f为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。
[0045] (2)I^rk 变换环节 202
[0046] 对每一相运用坐标变换，将两相静止αβ坐标系转变成两相旋转dq坐标系，两个坐 标系之间的化rk变换矩阵方程如下：
[0047]
[004引Θ为逆变器输出频率对应的角度。
[0049] (3)功率计算环节203
[0050] 具体计算步骤如下。
[0051 ]在旋转dq坐标系下，每相的有功功率与无功功率的计算公式如下：
[0052] 经广义积分环节后ya与ye是一对正交的向量，将运一对正交向量看成是两相静止 坐标系(α，0)，Ξ相系统的每一单相系统视在功率Sk可表示为：
[0化3]
[0054]则Ξ相系统中每一单相系统的有功功率Pk与无功功率Qk可分别表示为：
[0化5]
[0056] 其中k = a，b，c，表示a，b，cS相，Pk表示某一单相系统的有功功率;Qk表示某一单相 系统的无功功率，51^表示某一相系统的视在功率，化表示某一相系统的电压，11<^表示某一相 系统的电流矢量，uka表示某一相系统的D轴电压分量，like表示某一相系统的Q轴电压分量， ika表示某一单相系统的D轴电流分量，ike表示某一单相系统的Q轴电流分量。
[0057] 对每一相运用化rk变换后，在(d，q)坐标系下，每一相的有功功率Pk与无功功率Qk 可分别表示为：
[0化引
[0059] 在不平衡负载条件下，对解禪后的每一单相系统的功率求和，可得Ξ相组网逆变 器输出的有功功率P与无功功率Q为：
[0060]
[0061] 其中k = a，b，c，表示a，b，cS相;Pk，表示某一单相系统的有功功率;Qk，表示某一单 相系统的无功功率;Ud，表不Ξ相对称输出电压信号的d轴分量；ikd，表不某一单相系统的d 轴分量;ikq，表不某一单相系统的q轴分量。
[0062] (4)-阶低通滤波204
[0063] -阶低通滤波环节204对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增强系统的一 阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0064]
[0065] 加入一阶惯性环节后，频率对有功电流环的控制与同步发电机在没有调速器情况 下的自调节能力相似，其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了 系统对负载变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0066] (5)下垂控制205
[0067] 逆变器下垂控制的思想来源于电力系统同步发电机的功率调节，图3和图4阐述了 两台采用下垂控制的逆变器并联组网的有功功率与无功功率分配关系。有功功率对频率， 无功功率对电压的基本下垂控制方程：
[006引 f-f0 = -kp(p-p0) u-u0 = -kq(Q-Qo)
[0069]式中kp为有功功率下垂系数，kq为无功功率下垂系数，Po对应在初始频率设定点fo 与初始电压设定点U0时对应的有功功率输出，Qo对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点U0时对应的无功功率输出，P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【主权项】
1. 一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括 广义积分GI变换（201 )、Park变换（202 )、功率计算（203 )、一阶低通滤波（204)与下垂控制 (205)五个部分;首先将逆变器三相不平衡电流输入物理量作为三个独立的单相系统，利用 广义积分GI变换环节对每一单相系统分别构造出一个正交的静止坐标系;接着通过Park变 换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系;在对每一单相系统分别计算出各 自的功率并求和，得出整个三相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求;然后 对计算出的功率经过一阶低通滤波环节，用来增强系统的一阶惯性;最后再利用有功对频 率、无功对电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。2. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，采用所 述的广义积分GI变换(201)对每个单相系统构造出相互正交的两相静止坐标系;对于一个 单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互相正交的输出信号y a与ye，其中信号ya与 单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正交，滞后信号y a90°;在频域中，引入反馈 后，单相正弦输入信号X至输出信号ya,f!的传递函数HgiccJ(S)表不为：式中，ω = 2对为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。3. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 Park变换环节(202)对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系，实现有功分量与无 功分量的快速解耦控制;二相静止邱坐标系到旋转dq坐标系的Park变换矩阵方程为：其中，Θ为逆变器输出频率对应的角度。4. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，采用所 述的功率计算环节(203)分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得出整个三相逆变 器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求，计算步骤如下： 1) 在旋转dq坐标系下，每一单相系统的有功功率Pk与无功功率Qk的计算公式如下：式中k = a，b, c，表示a，b, c三相，Pk表示某一单相系统的有功功率，Qk表示某一单相系统 的无功功率，Ud表不三相对称输出电压信号的d轴分量，ikd表不某一单相系统的d轴电流分 量，ikq表示某一单相系统的q轴电流分量； 2) 在不平衡负载条件下，对解耦后的每一单相系统的功率求和，得到三相组网逆变器 输出的有功功率P与无功功率Q为：5. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 一阶低通滤波环节（204)对计算出的三相组网逆变器输出的有功功率与无功功率进行滤 波，以增强系统的一阶惯性环节，频域内其传递函数L ps表示为：其中M为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载变化 的响应速度，S表示频域下的复变量。6.如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 下垂控制环节(205)利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控制环节计算出相应的 频率和电压给定值，下垂控制方程如下： f-f〇 = -kP(P-Po),U-Uo = -kq(Q-Qo) 式中kP为有功功率下垂系数;kq为无功功率下垂系数;Po为对应在初始频率设定点fo与 初始电压设定点Uo时对应的有功功率输出，Qo为对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点Uo时对应的无功功率输出;P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【专利摘要】一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，包括广义积分GI变换、Park变换、功率计算、一阶低通滤波与下垂控制五个部分。首先将逆变器三相不平衡电流输入信号作为三个独立的单相系统，利用广义积分GI变换环节对每一单相系统分别构造一个正交的静止坐标系；接着通过Plark变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系；对每一单相系统分别计算出各自的功率并求和，得出整个三相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求；然后对计算出的功率经过一阶低通滤波环节；最后再利用有功对频率、无功对电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/26
【公开号】CN105490291
【申请号】CN201510882567
【发明人】伍春生, 许洪华
【申请人】北京科诺伟业科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月3日
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种抗Ξ相不平衡负载的逆变器下垂控制方法。
【背景技术】
[0002] 对于Ξ相Ξ线制逆变器的拓扑结构，采用带电压瞬时值反馈控制的Ξ相逆变器的 一个重要特性是输出电压的对称性。但当逆变器的输出阻抗不为零，则Ξ相负载不平衡、Ξ 相变压器及交流滤波器的参数不对称均会导致输出的电压不对称。根据对称分量法分析， Ξ相不对称输出电压中有正序、负序和零序分量的存在。逆变器带平衡负载运行，在同步旋 转坐标系的ΡΙ控制器作用下能使输出电压很好地跟踪所设定的参考正弦波形，但是运种控 制器的积分项对于不平衡运行的影响，其补偿作用是非常有限的，为此可采用两组ΡΙ控制 器，一组在同步旋转坐标系下的ΡΙ控制器用于正序分量的调节，另一组在反向旋转坐标系 下的ΡΙ控制器补偿负序分量的影响。也可W利用重复控制去抑制输出电压中的负序分量与 谐波分量。尽管运些方法都能改善逆变器的输出性能，但对零序分量引起的输出电压不对 称仍然无能为力。逆变器可加入第四桥臂可削弱零序崎变，但不适合用于输入输出带电隔 离的逆变器。基于W上考虑，可从逆变器电路结构与固有特性入手，对输出隔离变压器采用 A /Υ接法来消除零序环流的影响。
[0003] 对于多台逆变器并联组网系统来说，必须计算出系统的功率与电流，从而实现系 统的电压与频率稳定。目前对于Ξ相逆变器系统，诸如空间矢量调制中所需要的化rk变换 及功率解禪控制算法均仅适用于电压与电流都对称的Ξ相系统，运样才能保证经过化rk变 换后，在同步旋转坐标系下有功功率(或有功电流)与无功功率(或无功电流)相互独立。显 然，对于Ξ相不对称负载下的电流是无法通过化rk变换得到解禪后的有功电流与无功电 流，也就无法采用频率对有功电流、电压对无功电流的下垂控制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种抗Ξ相不平衡负载的下垂控制方 法。本发明应用于W多台逆变器并联组网的微电网系统中，可W有效提高系统带Ξ相不平 衡负载的响应速度与能力。
[0005] 本发明将Ξ相逆变系统分解成Ξ个单相逆变系统，利用广义积分对每一相分别构 造出新的同步旋转坐标系，计算出不平衡负载的功率需求，再利用下垂控制方程实现逆变 器的下垂控制。
[0006] 本发明包括广义积分GI变换、Park变换、功率计算、一阶低通滤波与下垂控制五个 部分。首先将逆变器Ξ相不平衡电流输入物理量作为Ξ个独立的单相系统，利用广义积分 GI变换环节对每一单相系统分别构造出一个正交的静止坐标系;接着通过化rk变换环节对 每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系;在对每一单相系统分别计算出各自的功率 并求和，得出整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求;然后对计算出 的功率经过一阶低通滤波环节，用来增强系统的一阶惯性;最后再利用有功对频率、无功对 电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。
[0007] 本发明的步骤如下：
[0008] (1)采用所述的广义积分GI变换对每个单相系统构造出相互正交的两相静止坐标 系。对于一个单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互相正交的输出信号ya与ye，其 中信号ya与单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正交，滞后信号ya90%在频域 中，引入反馈后，单相正弦输入信号X至输出信号ya,e的传递函数化ia,e(s)可表示为：
[0009]
[0010] 式中，ω=化f为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。
[0011] (2)通过所述的化rk变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系， 从而实现有功分量与无功分量的快速解禪控制。二相静止地坐标系到旋转dq坐标系的化rk 变换矩阵方程为：
[0012]
[0013] Θ为逆变器输出频率对应的角度。
[0014] (3)采用所述的功率计算环节分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得出 整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求，具体计算步骤如下。
[0015] 1)在旋转dq坐标系下，每一单相系统的有功功率与无功功率的计算公式如下：
[0016]
[0017] 式中k = a，b，c，表示a，b，cS相;Pk，表示某一单相系统的有功功率;Qk，表示某一单 相系统的无功功率;Ud，表不Ξ相对称输出电压信号的d轴分量；ikd，表不某一单相系统的d 轴分量;ikq，表不某一单相系统的q轴分量。
[0018] 2)在不平衡负载条件下，对解禪后的每一单相系统的功率求和，可得Ξ相组网逆 变器输出的有功功率P与无功功率Q为：
[0019]
[0020] (4)通过所述的一阶低通滤波环节对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增 强系统的一阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0021]
[0022] 其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载 变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0023] (5)通过所述的下垂控制环节利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控制 环节计算出相应的频率和电压给定值，下垂控制方程如下：
[0024] f-f0 = -kp(Ρ~Ρ〇),u~u〇 = ~kq(Q~Qo)
[0025] 式中kp为有功功率下垂系数;kq为无功功率下垂系数;Po对应在初始频率设定点fo 与初始电压设定点U0时对应的有功功率输出，Qo对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点uo时对应的无功功率的输出;P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【附图说明】
[0026] 图相不平衡负载的下垂控制框图；
[0027] 图2为广义积分控制框图；
[0028] 图3有功对频率的下垂控制特性示意图；
[0029] 图4无功对电压的下垂控制特性示意图。
【具体实施方式】
[0030] W下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0031] 图1所示为Ξ相不平衡负载的下垂控制框图，主要包括输入环节100、Ξ相不平衡 负载的下垂控制算法环节200及输出环节300Ξ个实现环节。输入环节100是本发明核屯、算 法的输入量，包括S相对称电压11(1及；相不平衡负载下的a、b、cS相电流i af、i bf、i cf;输出 环节300是本发明核屯、算法的输出量，下垂控制所要设定电压参考值u勺日电压频率相 不平衡负载的下垂控制算法环节200包括广义积分GI变换201、化rk变换环节202、功率计算 环节203、一阶低通滤波环节204与下垂控制环节205五个部分。
[0032] 本发明的步骤如下：
[0033] (1)采用所述的广义积分GI变换201对每个单相系统构造出相互正交的两相静止 坐标系；
[0034] (2)通过所述的化rk变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系， 实现有功分量与无功分量的快速解禪控制；
[0035] (3)采用所述的功率计算环节203分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得 出整个Ξ相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求；
[0036] (4)通过一阶低通滤波环节204对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增强系 统的一阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0037]
[0038] 其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载 变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0039] (5)通过所述的下垂控制环节205利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控 制环节计算出相应的频率和电压给定值。
[0040] 各个环节的具体实施方案分述如下：
[0041] (1)广义积分GI变换201
[0042] 在单相或Ξ相系统中，电压幅值、有功功率与无功功率是通过低通滤波器与幅值 探测器来实现，运种算法很难实现对幅值与功率进行快速计算的同时，又能做到完全滤除 纹波分量。而对于Ξ相对称的电力系统，Park变换可实现对有功分量与无功分量的快速解 禪控制，但单相系统却没有运种禪合关系，为此 引入广义积分(General Integral，GI)对其 进行构造来模拟运种禪合关系。对于一个单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互 相正交的输出信号ya与ye，其中信号ya与单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正 交，滞后信号ya90%引入反馈后，其控制框图如图2所示，在频域中，单相正弦输入信号X至 输出信号ya,e的传递函数化ia,e(s)表示为：
[0043]
[0044] 式中，ω =化f为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。
[0045] (2)I^rk 变换环节 202
[0046] 对每一相运用坐标变换，将两相静止αβ坐标系转变成两相旋转dq坐标系，两个坐 标系之间的化rk变换矩阵方程如下：
[0047]
[004引Θ为逆变器输出频率对应的角度。
[0049] (3)功率计算环节203
[0050] 具体计算步骤如下。
[0051 ]在旋转dq坐标系下，每相的有功功率与无功功率的计算公式如下：
[0052] 经广义积分环节后ya与ye是一对正交的向量，将运一对正交向量看成是两相静止 坐标系(α，0)，Ξ相系统的每一单相系统视在功率Sk可表示为：
[0化3]
[0054]则Ξ相系统中每一单相系统的有功功率Pk与无功功率Qk可分别表示为：
[0化5]
[0056] 其中k = a，b，c，表示a，b，cS相，Pk表示某一单相系统的有功功率;Qk表示某一单相 系统的无功功率，51^表示某一相系统的视在功率，化表示某一相系统的电压，11<^表示某一相 系统的电流矢量，uka表示某一相系统的D轴电压分量，like表示某一相系统的Q轴电压分量， ika表示某一单相系统的D轴电流分量，ike表示某一单相系统的Q轴电流分量。
[0057] 对每一相运用化rk变换后，在(d，q)坐标系下，每一相的有功功率Pk与无功功率Qk 可分别表示为：
[0化引
[0059] 在不平衡负载条件下，对解禪后的每一单相系统的功率求和，可得Ξ相组网逆变 器输出的有功功率P与无功功率Q为：
[0060]
[0061] 其中k = a，b，c，表示a，b，cS相;Pk，表示某一单相系统的有功功率;Qk，表示某一单 相系统的无功功率;Ud，表不Ξ相对称输出电压信号的d轴分量；ikd，表不某一单相系统的d 轴分量;ikq，表不某一单相系统的q轴分量。
[0062] (4)-阶低通滤波204
[0063] -阶低通滤波环节204对计算出的有功功率与无功功率进行滤波，增强系统的一 阶惯性环节，频域内其传递函数为：
[0064]
[0065] 加入一阶惯性环节后，频率对有功电流环的控制与同步发电机在没有调速器情况 下的自调节能力相似，其中Μ为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了 系统对负载变化的响应速度，S表示频域下的复变量。
[0066] (5)下垂控制205
[0067] 逆变器下垂控制的思想来源于电力系统同步发电机的功率调节，图3和图4阐述了 两台采用下垂控制的逆变器并联组网的有功功率与无功功率分配关系。有功功率对频率， 无功功率对电压的基本下垂控制方程：
[006引 f-f0 = -kp(p-p0) u-u0 = -kq(Q-Qo)
[0069]式中kp为有功功率下垂系数，kq为无功功率下垂系数，Po对应在初始频率设定点fo 与初始电压设定点U0时对应的有功功率输出，Qo对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点U0时对应的无功功率输出，P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【主权项】
1. 一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括 广义积分GI变换（201 )、Park变换（202 )、功率计算（203 )、一阶低通滤波（204)与下垂控制 (205)五个部分;首先将逆变器三相不平衡电流输入物理量作为三个独立的单相系统，利用 广义积分GI变换环节对每一单相系统分别构造出一个正交的静止坐标系;接着通过Park变 换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系;在对每一单相系统分别计算出各 自的功率并求和，得出整个三相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求;然后 对计算出的功率经过一阶低通滤波环节，用来增强系统的一阶惯性;最后再利用有功对频 率、无功对电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。2. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，采用所 述的广义积分GI变换(201)对每个单相系统构造出相互正交的两相静止坐标系;对于一个 单相正弦输入信号X，经广义积分后可得到两个互相正交的输出信号y a与ye，其中信号ya与 单相正弦输入信号X相角相同，而信号ye与信号ya正交，滞后信号y a90°;在频域中，引入反馈 后，单相正弦输入信号X至输出信号ya,f!的传递函数HgiccJ(S)表不为：式中，ω = 2对为广义积分的角频率，k为增益，S表示频域下的复变量。3. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 Park变换环节(202)对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系，实现有功分量与无 功分量的快速解耦控制;二相静止邱坐标系到旋转dq坐标系的Park变换矩阵方程为：其中，Θ为逆变器输出频率对应的角度。4. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，采用所 述的功率计算环节(203)分别计算出每一单相系统各自的功率并求和，得出整个三相逆变 器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求，计算步骤如下： 1) 在旋转dq坐标系下，每一单相系统的有功功率Pk与无功功率Qk的计算公式如下：式中k = a，b, c，表示a，b, c三相，Pk表示某一单相系统的有功功率，Qk表示某一单相系统 的无功功率，Ud表不三相对称输出电压信号的d轴分量，ikd表不某一单相系统的d轴电流分 量，ikq表示某一单相系统的q轴电流分量； 2) 在不平衡负载条件下，对解耦后的每一单相系统的功率求和，得到三相组网逆变器 输出的有功功率P与无功功率Q为：5. 如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 一阶低通滤波环节（204)对计算出的三相组网逆变器输出的有功功率与无功功率进行滤 波，以增强系统的一阶惯性环节，频域内其传递函数L ps表示为：其中M为系统的一阶惯性常数，D为系统的阻尼系数，它们共同决定了系统对负载变化 的响应速度，S表示频域下的复变量。6.如权利要求1所述的抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，其特征在于，所述的 下垂控制环节(205)利用有功功率对频率、无功功率对电压的下垂控制环节计算出相应的 频率和电压给定值，下垂控制方程如下： f-f〇 = -kP(P-Po),U-Uo = -kq(Q-Qo) 式中kP为有功功率下垂系数;kq为无功功率下垂系数;Po为对应在初始频率设定点fo与 初始电压设定点Uo时对应的有功功率输出，Qo为对应在初始频率设定点fo与初始电压设定 点Uo时对应的无功功率输出;P为系统输出的有功功率，Q为系统输出的无功功率。
【专利摘要】一种抗三相不平衡负载的逆变器下垂控制方法，包括广义积分GI变换、Park变换、功率计算、一阶低通滤波与下垂控制五个部分。首先将逆变器三相不平衡电流输入信号作为三个独立的单相系统，利用广义积分GI变换环节对每一单相系统分别构造一个正交的静止坐标系；接着通过Plark变换环节对每个静止坐标系分别构造新的同步旋转坐标系；对每一单相系统分别计算出各自的功率并求和，得出整个三相逆变器不平衡负载的有功功率和无功功率的总需求；然后对计算出的功率经过一阶低通滤波环节；最后再利用有功对频率、无功对电压的下垂控制环节计算出相应的频率和电压给定值。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/26
【公开号】CN105490291
【申请号】CN201510882567
【发明人】伍春生, 许洪华
【申请人】北京科诺伟业科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月3日
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