CN103715717A - 三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法 - Google Patents

三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法 Download PDF

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CN103715717A CN201310748039.7A CN201310748039A CN103715717A CN 103715717 A CN103715717 A CN 103715717A CN 201310748039 A CN201310748039 A CN 201310748039A CN 103715717 A CN103715717 A CN 103715717A
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Abstract

本发明涉及三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，包括建立三相光伏并网***主电路和逆变器控制***的步骤、采集信号的步骤、克拉克变换的步骤、电网同步的步骤、相序提取的步骤、参考电流计算的步骤、电流环控制的步骤、克拉克反变换的步骤、PWM控制步骤、逆变器驱动的步骤；本发明的有益效果是：电网正常情况下实现光伏电源稳定高效的并网；通过采用LCL滤波器，有效消除入网电流谐波，通过基于PR电流控制器实现高功率因数并网；当电网发生故障时，可以穿越故障，实现电压支撑、电压均衡和消除功率振荡三种控制目标。

Description

三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法
技术领域
本发明属于三相光伏并网逆变器控制技术领域，涉及三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法。
背景技术
随着大量新能源发电***并网，并网功率逆变器输出功率的大小与连接点的额定功率相比不能忽略，此时电网电压、频率会受到功率变换器控制性能的影响。功率逆变器并网控制功能越来越强大，它不仅要在电网正常运行时以高功率因数并网，进行有功功率的传送；还要能在电网发生故障时，穿越故障，注入无功功率，调节电压，主动给电网提供电压支撑。
电网不平衡故障时，并网三相电流也变得不平衡，发电***将产生大量的负序电流，使并网变流器发热、损耗增大，这将导致并网变流器运行性能和发电***并网电能质量大幅下降。另外，电网电压不平衡还会造成发电***馈入电网的功率发生振荡，引起光伏***直流侧电压波动，严重影响光伏***和电网的安全稳定运行。
适当的条件下充分利用新能源的并网控制与储能技术或静止无功补偿器补偿电网无功功率等以满足电网友好需求，实现对电网电压支撑作用所需要的无功功率的大小需要通过精确、合理计算设置并网参考电流数值来实现，目前对参考电流设定方法并不明确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效消除入网电流谐波，并且在电网发生故障时可以穿越故障，实现电压支撑、电压均衡和消除功率振荡的三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法。
为解决上述技术问题所采取的技术方案是一种三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，其包括如下步骤：
步骤1 建立三相光伏并网***主电路和逆变器控制***，该***包括太阳能光伏电池阵列PV、升压电路T、滤波电容C、并网逆变器U3、LCL滤波器、第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、电压互感器TV、DSP控制器U1、驱动电路U2和模数转换器ADC；所述太阳能光伏电池阵列PV的输出端依次经所述升压电路T、滤波电容C接所述并网逆变器U3的输入端；所述并网逆变器U3的输出端经所述LCL滤波器接电网；所述第一电流互感器TA1、电压互感器TV分别安装在所述LCL滤波器的网侧端的输出线上；所述第二电流互感器TA2安装在所述LCL滤波器的电容支路上；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2和电压互感器TV的输出端分别接所述模数转换器ADC的相应输入端；所述模数转换器ADC的输出端分别接所述DSP控制器U1的相应输入端；所述DSP控制器U1的控制输出端经所述驱动电路U2接所述并网逆变器U3的相应输入端； 
步骤2 采集信号的步骤；由所述电压互感器TV采集LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc；由所述第一电流互感器TA1采集LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic；由所述第二电流互感器TA2采集LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc；将上述所采集的信号经所述模数转换器ADC输入至DSP控制器U1；
步骤3克拉克变换的步骤；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电压
Figure 926608DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 691302DEST_PATH_IMAGE002
；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流
Figure 787434DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 187454DEST_PATH_IMAGE004
；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流
Figure 318221DEST_PATH_IMAGE005
与
Figure 457078DEST_PATH_IMAGE006
； 
步骤4 电网同步的步骤；所述两相静止坐标系下的电压
Figure 102823DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 618118DEST_PATH_IMAGE002
经过双二阶广义积分器后，对LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行锁频，得到中心频率
Figure 400129DEST_PATH_IMAGE007
，也得到了与中心频率
Figure 709888DEST_PATH_IMAGE007
同频的两相静止坐标系下的电压
Figure 452716DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 506122DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 175263DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure 655923DEST_PATH_IMAGE011
；其中
Figure 213944DEST_PATH_IMAGE009
、为比
Figure 562065DEST_PATH_IMAGE008
 、
Figure 541523DEST_PATH_IMAGE010
滞后90°的同频电压；
步骤5 相序提取的步骤；与中心频率
Figure 321260DEST_PATH_IMAGE007
同频的两相静止坐标系下的网侧
Figure 513207DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 327579DEST_PATH_IMAGE009
 、
Figure 838457DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure 105490DEST_PATH_IMAGE011
通过相序提取，得到正序分量
Figure 632287DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 301165DEST_PATH_IMAGE013
和负序分量、，计算表达式为
Figure 848187DEST_PATH_IMAGE016
其中，q是滞后90°的移相算子；
步骤6 参考电流计算的步骤；
电网正常时，三相并网逆变器传输有功功率，并网参考电流为有功电流，在该情况下，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 309256DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 473521DEST_PATH_IMAGE018
为：
Figure 556226DEST_PATH_IMAGE019
其中P*为光伏阵列转化的有功功率；
当电网故障造成电网电压不平衡时，并网参考电流设置为无功电流，并网参考电流的正、负序分量按无功参考电流比例系数k2进行设置；在这种情况下，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 96929DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 271558DEST_PATH_IMAGE018
为： 
Figure 872304DEST_PATH_IMAGE020
，
在限制电网的最大电流的情况下，Q*可按下式给定：
Figure 663542DEST_PATH_IMAGE021
，
其中，I是需要设置的电网电流最大限制值，其值不超过现场继电保护装置的动作值，由能够实现低电压穿越的保护***可承受的最大电流决定；
Figure 7936DEST_PATH_IMAGE022
是旋转角度，
Figure 37072DEST_PATH_IMAGE023
，其中
Figure 808719DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 447773DEST_PATH_IMAGE025
分别是电压正、负序分量的相角；
Figure 330278DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 682762DEST_PATH_IMAGE027
为电网电压在静止坐标系下的正、负序分量的幅值；
步骤7 电流环控制的步骤；将所述参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 953206DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 391141DEST_PATH_IMAGE018
与检测到的静止坐标系下的网侧电流
Figure 874075DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 81065DEST_PATH_IMAGE004
相减，然后将相减得到的结果输入PR电流控制器；
所述PR电流控制器的传递函数为
Figure 132198DEST_PATH_IMAGE028
，
其中，Kp为比例系数；KR为谐振系数；
Figure 57428DEST_PATH_IMAGE007
 为中心频率；
将由PR控制器输出的结果减去LCL滤波器上的电容电流在静止坐标系下的值
Figure 111097DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 438173DEST_PATH_IMAGE006
，得到并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值；
步骤8克拉克反变换的步骤；将并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值进行克拉克反变换，得到并网逆变器U3的调制波v*；
步骤9 PWM控制步骤；将并网逆变器U3的调制波v*输入PWM信号发生器，所述PWM信号发生器产生并网逆变器触发信号vp；所述PWM信号发生器的传递函数为比例环节KPWM； 
步骤10逆变器驱动的步骤；所述并网逆变器触发信号vp输入驱动电路U2，所述驱动电路U2中的脉冲放大环节将弱电信号的并网逆变器触发信号vp转换为可以驱动并网逆变器U3的电压驱动信号vp *，将所述电压驱动信号vp *驱动并网逆变器U3，控制并网逆变器U3桥臂的开断，完成逆变过程。
所述DSP控制器U1的型号为DSP F28355；所述电压互感器TV的型号为JDG0.5 500/100；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2的型号均为BH-0.66-M8；所述模数转换器ADC的型号为ADC2274；所述驱动电路U2是由6ED003L06-F芯片构成的电路；所述并网逆变器U3是由6个IGBT模块构成的三相全桥逆变电路。 
所述电网基波参考频率
Figure 253683DEST_PATH_IMAGE029
的值为314rad/s；所述环路增益
Figure 666210DEST_PATH_IMAGE030
的值为2.22；所述无功参考电流比例系数k2为0~1之间；所述比例谐振控制器中比例系数Kp为20；所述谐振系数KR为800；所述比例环节KPWM的值为1。
所述双二阶广义积分器由一个正交信号发生器和一个锁频环组成，所述正交信号发生器的传递函数实现如下： 
Figure 22105DEST_PATH_IMAGE031
其中，、
Figure 455677DEST_PATH_IMAGE010
 为与
Figure 89921DEST_PATH_IMAGE032
静止坐标系下网侧电压
Figure 344447DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 646115DEST_PATH_IMAGE002
同频的电压，
、
Figure 721704DEST_PATH_IMAGE011
为比
Figure 91506DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 44418DEST_PATH_IMAGE010
滞后90°的同频电压；k是正交信号发生器比例系数，其决定正交信号发生器的带宽，正交信号发生器比例系数 k为
Figure 841473DEST_PATH_IMAGE033
；
Figure 387992DEST_PATH_IMAGE007
是其中心频率，可以通过锁频环求得；
当正交信号发生器的中心频率
Figure 295905DEST_PATH_IMAGE007
和电网基波参考频率
Figure 135947DEST_PATH_IMAGE029
一致时，正交信号、及
Figure 708377DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 573565DEST_PATH_IMAGE011
的幅值与两相静止坐标系下的电压、
Figure 623746DEST_PATH_IMAGE002
的幅值一致；
静止坐标系下频率的误差信号为
Figure 935779DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 655473DEST_PATH_IMAGE035
，
锁频环公式为：
，
式中，
Figure 724372DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 777778DEST_PATH_IMAGE038
；Г为环路增益；
Figure 945455DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 426114DEST_PATH_IMAGE013
是静止坐标系下网侧电压
Figure 780872DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 372391DEST_PATH_IMAGE002
的正序分量。
本发明的有益效果是：
1.电网正常情况下实现光伏电源稳定高效的并网。通过采用LCL滤波器，有效消除入网电流谐波，通过基于PR电流控制器实现高功率因数并网；
2.当电网发生故障时，可以穿越故障，实现电压支撑、电压均衡或消除功率振荡三种控制目标。
附图说明
图1为本发明三相光伏并网***主电路拓扑与逆变器控制***结构图；
图2为本发明控制方法框图；
图3为电网正常情况下实现光伏电源稳定高效的网侧电压、电流波形图；
图4图3中电流的频谱图；
图5为电网电压不平衡时三相并网逆变器在不同参考电流下实现了网侧电压提升、均衡的波形图；
图6为电网电压不平衡时三相并网逆变器在不同参考电流下网侧电流的波形图；
图7为电网电压不平衡时，三相并网逆变器在不同参考电流下有功功率、无功功率的波形图。
在图3中，横坐标t为时间，单位为10ms/格；纵坐标分别表示LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc和网侧电流ia、ib、ic；
在图4中，横坐标Frequency表示频率，单位为Hz；纵坐标表示各次谐波含有率； THD=1.58%表示谐波总畸变率；
在图5中，横坐标t表示时间，单位为s；纵坐标为LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc波形；
在图6中横坐标t表示时间，单位为s；纵坐标为LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic波形；
在图7中，横坐标t表示时间，单位为s；纵坐标为传输到电网的有功功率P和无功功率Q的波形。
在图5-6中，在0.25s~0.3s时电网正常运行；在0.3s时电网发生不对称故障，在0.4s前为有功参考电流给定，在0.4s后开始使用无功参考电流的控制方法，且k2从1~0逐渐变化。k2=1实现了电网电压的提升，k2=0.8实现了抑制了有功功率振荡，k2=0实现了电网电压的均衡。
具体实施方式
实施例一
由图1-6所述的实施例可知，本实施例包括如下步骤：
步骤1 建立三相光伏并网***主电路和逆变器控制***，该***包括太阳能光伏电池阵列PV、升压电路T、滤波电容C、并网逆变器U3、LCL滤波器、第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、电压互感器TV、DSP控制器U1、驱动电路U2和模数转换器ADC；所述太阳能光伏电池阵列PV的输出端依次经所述升压电路T、滤波电容C接所述并网逆变器U3的输入端；所述并网逆变器U3的输出端经所述LCL滤波器接电网；所述第一电流互感器TA1、电压互感器TV分别安装在所述LCL滤波器的网侧端的输出线上；所述第二电流互感器TA2安装在所述LCL滤波器的电容支路上；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2和电压互感器TV的输出端分别接所述模数转换器ADC的相应输入端；所述模数转换器ADC的输出端分别接所述DSP控制器U1的相应输入端；所述DSP控制器U1的控制输出端经所述驱动电路U2接所述并网逆变器U3的相应输入端； 
步骤2 采集信号的步骤；由所述电压互感器TV采集LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc；由所述第一电流互感器TA1采集LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic；由所述第二电流互感器TA2采集LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc；将上述所采集的信号经所述模数转换器ADC输入至DSP控制器U1；
步骤3克拉克变换的步骤；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电压
Figure 4360DEST_PATH_IMAGE001
与；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流
Figure 530599DEST_PATH_IMAGE003
与；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流与； 
步骤4 电网同步的步骤；所述两相静止坐标系下的电压
Figure 954310DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 153210DEST_PATH_IMAGE002
 经过双二阶广义积分器后，对LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行锁频，得到中心频率
Figure 822089DEST_PATH_IMAGE007
，也得到了与中心频率
Figure 612190DEST_PATH_IMAGE007
同频的两相静止坐标系下的电压
Figure 366520DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 791947DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 315332DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure 73073DEST_PATH_IMAGE011
；其中
Figure 314698DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 386559DEST_PATH_IMAGE011
为比
Figure 30030DEST_PATH_IMAGE008
 、
Figure 365197DEST_PATH_IMAGE010
滞后90°的同频电压；
步骤5 相序提取的步骤；与中心频率
Figure 31802DEST_PATH_IMAGE007
同频的两相静止坐标系下的网侧
Figure 110616DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 426236DEST_PATH_IMAGE009
、与
Figure 945259DEST_PATH_IMAGE011
通过相序提取，得到正序分量、和负序分量
Figure 450692DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 685365DEST_PATH_IMAGE015
，计算表达式为
，
其中，q是滞后90°的移相算子；
步骤6 参考电流计算的步骤；
在0.25s~0.3s时（见图5-6）电网正常运行，此时给电网注入有功参考电流，此时有功参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 578551DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 380416DEST_PATH_IMAGE040
为：
Figure 305647DEST_PATH_IMAGE041
，
其中，P*为光伏阵列转化的有功功率,其值为10000W；
效果描述：可以实现高功率因数并网，并且有效消除入网电流谐波，谐波总畸变率为1.58%；
步骤7 电流环控制的步骤；将所述参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 654589DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 716086DEST_PATH_IMAGE018
与检测到的静止坐标系下的网侧电流
Figure 938120DEST_PATH_IMAGE003
、相减，然后将相减得到的结果输入PR电流控制器；
所述PR电流控制器的传递函数为
Figure 378645DEST_PATH_IMAGE042
，
其中，Kp为比例系数；KR为谐振系数；
Figure 389589DEST_PATH_IMAGE007
为中心频率；
将由PR控制器输出的结果减去LCL滤波器上的电容电流在静止坐标系下的值
Figure 579262DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 275822DEST_PATH_IMAGE006
，得到并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值；
步骤8克拉克反变换的步骤；将并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值进行克拉克反变换，得到并网逆变器U3的调制波v*；
步骤9 PWM控制步骤；将并网逆变器U3的调制波v*输入PWM信号发生器，所述PWM信号发生器产生并网逆变器触发信号vp；所述PWM信号发生器的传递函数为比例环节KPWM； 
步骤10逆变器驱动的步骤；所述并网逆变器触发信号vp输入驱动电路U2，所述驱动电路U2中的脉冲放大环节将弱电信号的并网逆变器触发信号vp转换为可以驱动并网逆变器U3的电压驱动信号vp *，将所述电压驱动信号 vp *驱动并网逆变器U3，控制并网逆变器U3桥臂的开断，完成逆变过程。
所述DSP控制器U1的型号为DSP F28355；所述电压互感器TV的型号为JDG0.5 500/100；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2的型号均为BH-0.66-M8；所述模数转换器ADC的型号为ADC2274；所述驱动电路U2是由6ED003L06-F芯片构成的电路；所述并网逆变器U3是由6个IGBT模块构成的三相全桥逆变电路。 
所述电网基波参考频率
Figure 841933DEST_PATH_IMAGE043
的值为314rad/s；所述环路增益Γ的值为2.22；所述无功参考电流比例系数k2为0~1之间；所述比例谐振控制器中比例系数Kp为20；所述谐振系数KR为800；所述比例环节KPWM的值为1。
所述双二阶广义积分器由一个正交信号发生器和一个锁频环组成，所述正交信号发生器的传递函数实现如下： 
其中，
Figure 832071DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 15928DEST_PATH_IMAGE010
 为与
Figure 385730DEST_PATH_IMAGE032
静止坐标系下网侧电压
Figure 964741DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 761795DEST_PATH_IMAGE002
同频的电压，
Figure 698527DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 872020DEST_PATH_IMAGE011
为比
Figure 679439DEST_PATH_IMAGE008
、滞后90°的同频电压；k是正交信号发生器比例系数，其决定正交信号发生器的带宽，正交信号发生器比例系数 k为
Figure 681210DEST_PATH_IMAGE033
；是其中心频率，可以通过锁频环求得；
当正交信号发生器的中心频率
Figure 258002DEST_PATH_IMAGE007
和电网基波参考频率一致时，正交信号
Figure 809648DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 856102DEST_PATH_IMAGE010
及
Figure 841375DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 479030DEST_PATH_IMAGE011
的幅值与两相静止坐标系下的电压
Figure 549754DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 399898DEST_PATH_IMAGE002
的幅值一致；
静止坐标系下频率的误差信号为
Figure 239678DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 408754DEST_PATH_IMAGE035
，
锁频环公式为：
Figure 701195DEST_PATH_IMAGE036
，
式中，
Figure 886189DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 580475DEST_PATH_IMAGE038
；Г为环路增益；、
Figure 74090DEST_PATH_IMAGE013
是静止坐标系下网侧电压
Figure 469300DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 955776DEST_PATH_IMAGE002
的正序分量。
实施例二 
本实施例二中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例二的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.3s~0.4s（见图5-6）仍然给电网注入有功参考电流，此时有功参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 43817DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 140212DEST_PATH_IMAGE018
为：   
Figure 339112DEST_PATH_IMAGE044
；
其中，P*为光伏阵列转化的有功功率,其值为10000W。
效果描述：此时逆变器仍能稳定工作，但网侧电压下降，电流增大，过大的电流可能造成电网保护装置动作。并且有功功率和无功功率开始振荡。
实施例三
本实施例三中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例三的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.4s-0.45s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=1，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 539149DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 798092DEST_PATH_IMAGE018
为：
Figure 880318DEST_PATH_IMAGE045
，
电流限制值I=30 A，k2=1，Q*的表达式为:
            
Figure 617329DEST_PATH_IMAGE046
  ，
效果描述：网侧各相电压得到了提升，网侧电流被限制在30A以内。有功功率振荡依然存在，但是比使用策略前有所减弱。
实施例四
本实施例四中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例四的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.45s-0.5s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=0.8，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 937452DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 367297DEST_PATH_IMAGE018
为：
Figure 343343DEST_PATH_IMAGE047
，
电流限制值I=30 A，k2=0.8，Q*的表达式为:
Figure 572461DEST_PATH_IMAGE048
，
效果描述：抑制了网侧有功功率振荡，网侧电流被限制在30A以内。
实施例五
本实施例五中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例五的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.5s-0.55s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=0.6，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 215932DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 878995DEST_PATH_IMAGE018
为：
，
电流限制值I=30 A，k2=0.6带入Q*的表达式得到Q*为:
Figure 483468DEST_PATH_IMAGE050
，
效果描述：网侧电压得到了提升，但提升的程度小于k2=1和0.8时的情况。电流被限制在30A以内。
实施例六
本实施例六中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例六的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.55s-0.6s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=0.4，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 981446DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 425197DEST_PATH_IMAGE018
为：
Figure 641414DEST_PATH_IMAGE051
，
电流限制值I=30 A，k2=0.4带入Q*的表达式得到Q*为:
Figure 364999DEST_PATH_IMAGE052
，
效果描述：网侧电压逐渐变得均衡，有功功率振荡逐渐变大，电流被限制在30A以内。
实施例七
本实施例七中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例七的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.6s-0.65s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=0.2，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 717483DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 660031DEST_PATH_IMAGE018
为：     
，
电流限制值I=30 A，k2=0.2，Q*的表达式为:
Figure 315321DEST_PATH_IMAGE054
   ，
效果描述：网侧电压逐渐变得均衡，电流被限制在30A以内，有功功率振荡变大。
实施例八
本实施例八中的步骤6与所述实施例一中的步骤6不同，其他与所述实施例一相同。
本实施例八的步骤6如下:
步骤6 参考电流计算的步骤；
在电网发生不对称故障时，在0.65s-0.7s期间（见图5-6），使用无功参考电流的控制方法，k2=0，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 115786DEST_PATH_IMAGE017
、为：
，
电流限制值I=30 A，k2=0带入Q*的表达式得到Q*为:
Figure 909933DEST_PATH_IMAGE056
，
效果描述：实现了网侧电压的均衡，电流被限制在30A以内。
综上，当电网电压正常，启动三相光伏并网***主电路和逆变器控制***，光伏***通过逆变器向电网***传输用功功率，在0.3s时刻，电网发生不对称的短路故障，0.3s-0.4s控制器仍然采用有功参考电流给定的控制算法，向电网传输有功功率，0.4s后采用电压支撑策略，只向***注入无功功率，采用无功参考电流给定的控制算法， k2取值间隔0.05s变化一次，分别是1、0.8、0.6、0.4、0.2和0，k2=1实现了电网电压的提升，k2=0.8实现了抑制了有功功率振荡，k2=0，实现了电网电压的均衡。
通过电网同步、无功参考电流的给定技术, 根据电网电压不平衡状况,调整参数K2以实现不同控制目的：当三相对称电压暂降时，此时以提高各相电压为目的；当出现不对称电压暂降时，以保持电压均衡为目的；当2倍电网基波频率的功率振荡严重影响到直流侧电容电压时，以消除有功功率振荡为目的。
本发明在于当电网正常时，可以使逆变器以高功率因数并网运行，当电网故障时，可以限制并网电流大小，穿越故障，并提供电压支撑或者抑制注入电网有功功率振荡。

Claims (4)

1.一种三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1 建立三相光伏并网***主电路和逆变器控制***，该***包括太阳能光伏电池阵列PV、升压电路T、滤波电容C、并网逆变器U3、LCL滤波器、第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、电压互感器TV、DSP控制器U1、驱动电路U2和模数转换器ADC；所述太阳能光伏电池阵列PV的输出端依次经所述升压电路T、滤波电容C接所述并网逆变器U3的输入端；所述并网逆变器U3的输出端经所述LCL滤波器接电网；所述第一电流互感器TA1、电压互感器TV分别安装在所述LCL滤波器的网侧端的输出线上；所述第二电流互感器TA2安装在所述LCL滤波器的电容支路上；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2和电压互感器TV的输出端分别接所述模数转换器ADC的相应输入端；所述模数转换器ADC的输出端分别接所述DSP控制器U1的相应输入端；所述DSP控制器U1的控制输出端经所述驱动电路U2接所述并网逆变器U3的相应输入端； 
步骤2 采集信号的步骤；由所述电压互感器TV采集LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc；由所述第一电流互感器TA1采集LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic；由所述第二电流互感器TA2采集LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc；将上述所采集的信号经所述模数转换器ADC输入至DSP控制器U1；
步骤3克拉克变换的步骤；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电压
Figure 2013107480397100001DEST_PATH_IMAGE001
与；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器的网侧电流ia、ib、ic进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流
Figure 2013107480397100001DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 659345DEST_PATH_IMAGE004
；所述DSP控制器U1将采集到的LCL滤波器上的电容电流ica、icb、icc进行克拉克变换, 得到两相静止坐标系下的电流与； 
步骤4 电网同步的步骤；所述两相静止坐标系下的电压
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 183092DEST_PATH_IMAGE008
经过双二阶广义积分器后，对LCL滤波器的网侧电压va、vb、vc进行锁频，得到中心频率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，也得到了与中心频率
Figure 630254DEST_PATH_IMAGE009
同频的两相静止坐标系下的电压
Figure 85506DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure DEST_PATH_IMAGE011
 、
Figure 844384DEST_PATH_IMAGE012
与；其中、
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为比
Figure 400578DEST_PATH_IMAGE016
、滞后90°的同频电压；
步骤5 相序提取的步骤；与中心频率
Figure 885786DEST_PATH_IMAGE009
同频的两相静止坐标系下的网侧
Figure 272905DEST_PATH_IMAGE010
与
Figure 642707DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 798881DEST_PATH_IMAGE012
与
Figure 533619DEST_PATH_IMAGE013
通过相序提取，得到正序分量
Figure 142455DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和负序分量
Figure 676467DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，计算表达式为
Figure 952727DEST_PATH_IMAGE022
，
其中，q是滞后90°的移相算子；
步骤6 参考电流计算的步骤；
电网正常时，三相并网逆变器传输有功功率，并网参考电流为有功电流，在该情况下，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 779738DEST_PATH_IMAGE024
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，
其中P*为光伏阵列转化的有功功率；
当电网故障造成电网电压不平衡时，并网参考电流设置为无功电流，并网参考电流的正、负序分量按无功参考电流比例系数k2进行设置；在这种情况下，参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 875870DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 587474DEST_PATH_IMAGE024
为： 
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
在限制电网的最大电流的情况下，Q*可按下式给定：
Figure 406657DEST_PATH_IMAGE028
，
其中，I是需要设置的电网电流最大限制值，其值不超过现场继电保护装置的动作值，由能够实现低电压穿越的保护***可承受的最大电流决定，γ是旋转角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，其中
Figure 404569DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE031
分别是电压正、负序分量的相角；
Figure 987997DEST_PATH_IMAGE032
、为电网电压在静止坐标系下的正、负序分量的幅值；
步骤7 电流环控制的步骤；将所述参考电流在静止坐标系下的分量
Figure 503292DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 426248DEST_PATH_IMAGE024
与检测到的静止坐标系下的网侧电流
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 96526DEST_PATH_IMAGE036
相减，然后将相减得到的结果输入PR电流控制器；
所述PR电流控制器的传递函数为
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，
其中，Kp为比例系数；KR为谐振系数；
Figure 167250DEST_PATH_IMAGE009
为中心频率；
将由PR控制器输出的结果减去LCL滤波器上的电容电流在静止坐标系下的值
Figure 486236DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，得到并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值；
步骤8克拉克反变换的步骤；将并网逆变器U3的调制波在静止坐标系下的值进行克拉克反变换，得到并网逆变器U3的调制波v*；
步骤9 PWM控制步骤；将并网逆变器U3的调制波v*输入PWM信号发生器，所述PWM信号发生器产生并网逆变器触发信号vp；所述PWM信号发生器的传递函数为比例环节KPWM； 
步骤10逆变器驱动的步骤；所述并网逆变器触发信号vp输入驱动电路U2，所述驱动电路U2中的脉冲放大环节将弱电信号的并网逆变器触发信号vp转换为可以驱动并网逆变器U3的电压驱动信号vp *，将所述电压驱动信号 vp *驱动并网逆变器U3，控制并网逆变器U3桥臂的开断，完成逆变过程。
2.根据权利要求1所述的一种三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，其特征在于：所述DSP控制器U1的型号为DSP F28355；所述电压互感器TV的型号为JDG0.5 500/100；所述第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2的型号均为BH-0.66-M8；所述模数转换器ADC的型号为ADC2274；所述驱动电路U2是由6ED003L06-F芯片构成的电路；所述并网逆变器U3是由6个IGBT模块构成的三相全桥逆变电路。
3.根据权利要求2所述的一种三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，其特征在于：所述电网基波参考频率的值为314rad/s；所述环路增益Γ的值为2.22；所述无功参考电流比例系数k2为0~1之间；所述比例谐振控制器中比例系数Kp为20；所述谐振系数KR为800；所述比例环节KPWM的值为1。
4.根据权利要求3所述的一种三相光伏并网逆变器在电网电压不平衡时的控制方法，其特征在于：所述双二阶广义积分器由一个正交信号发生器和一个锁频环组成，所述正交信号发生器的传递函数实现如下： 
Figure DEST_PATH_IMAGE041
其中，
Figure 931310DEST_PATH_IMAGE010
、为与
Figure 769264DEST_PATH_IMAGE042
静止坐标系下网侧电压
Figure 322605DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 974167DEST_PATH_IMAGE008
同频的电压，
Figure 19483DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 680271DEST_PATH_IMAGE013
为比
Figure 229064DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 254789DEST_PATH_IMAGE012
滞后90°的同频电压；k是正交信号发生器比例系数，其决定正交信号发生器的带宽，正交信号发生器比例系数 k为；
Figure 815663DEST_PATH_IMAGE009
是其中心频率，可以通过锁频环求得；
当正交信号发生器的中心频率
Figure 484542DEST_PATH_IMAGE009
和电网基波参考频率一致时，正交信号
Figure 497814DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 500405DEST_PATH_IMAGE012
及
Figure 882845DEST_PATH_IMAGE011
、的幅值与两相静止坐标系下的电压、的幅值一致；
静止坐标系下频率的误差信号为
Figure DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 161325DEST_PATH_IMAGE045
，
锁频环公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
式中，
Figure 621125DEST_PATH_IMAGE047
,；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为环路增益； 
Figure 694440DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 130101DEST_PATH_IMAGE019
是静止坐标系下网侧电压
Figure 636168DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 852386DEST_PATH_IMAGE008
的正序分量。
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