CN106505840A - 一种并网光伏逆变器谐波治理方法 - Google Patents

一种并网光伏逆变器谐波治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种并网光伏逆变器谐波治理方法，包括对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值；检测电网的电压，从电网的电压中分离出网侧谐波电压分量；根据网侧谐波电压分量和电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值；将网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流的叠加值作为电流控制指令值；将电流控制指令值与逆变器侧输出电流的差值进行重复控制，并与电网的电压叠加得到调制波信号；根据调制波信号，利用闭环控制对电网中的谐波电流进行补偿。本发明实施例提供的谐波治理方法，无需在电网***中安装电流互感器与有源滤波器，谐波补偿效果好，补偿成本低。

Description

一种并网光伏逆变器谐波治理方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种并网光伏逆变器谐波治理方法。
背景技术
在交流电网中，与工频频率不同的电力成分称为谐波。谐波来自各种谐波源，谐波源包括各种非线性负载。谐波导致线路损耗增大，使电力设备所处的环境恶化，另外，谐波还会影响交流电网周围的通信***和设备的正常运行，甚至引起交流电网局部的谐振，从而使谐波放大，引起严重安全事故。为提高电网电能质量，减少谐波污染，对谐波进行治理成为本领域的重要研究方向。
现有技术中效果较好的谐波治理方式为利用基于电力电子变流器的有源滤波器进行滤波，有源滤波器是在电网的网侧安装电流互感器，利用电流互感器采集线路上的电流并进行采样，将所得的采样电流信号进行谐波分离算法的处理，得到谐波参考信号，作为调制信号，与三角波相比，从而得到开关信号，用此开关信号去控制电网单相桥，将上下桥臂的开关信号反接，就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流，从而与电网中的谐波电流进行抵消。
但是，在网侧安装电流互感器易对***电网产生影响，电网中的各种非周期故障信号以及动态信号、冲击等高频信号会使电流互感器不能工作在稳态，进而使电流互感器的传变误差增大，不能够准确获得线路上的电流；另外，由于有源滤波器的价格昂贵，因此利用有源滤波器进行滤除谐波的成本较高。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种并网光伏逆变器谐波治理方法。
本发明实施例提供的一种并网光伏逆变器谐波治理方法，包括：
对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值；
检测电网的电压，从所述电网的电压中分离出网侧谐波电压分量；
根据所述网侧谐波电压分量和所述电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值；
将所述网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流的叠加值作为电流控制指令值；
将所述电流控制指令值与逆变器侧输出电流的差值进行重复控制，并与电网的电压叠加得到调制波信号；
根据所述调制波信号，利用闭环控制对电网中的谐波电流进行补偿。
优选地，所述对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值包括：
将非特征次谐波电流信号作为电流注入信号注入电网；
对电网的电压进行采样，计算所述电流注入信号的电压响应信号；
根据所述电压响应信号和电流注入信号的比值，得到电网阻抗估算值。
优选地，所述电流注入信号包括多个不同频率次数的非特征次谐波电流信号，将所述多个不同频率次数的非特征次谐波电流信号依次注入电网，依次计算对应的电网阻抗，得到多个电网阻抗估算对应值，将多个所述电网阻抗估算对应值的平均值作为电网阻抗估算值。
优选地，所述对电网的电压进行采样，计算得到所述电流注入信号的电压信号包括：
对电网的电压进行采样，将采样电压作离散傅里叶变换，得到所述电流注入信号的电压信号。
优选地，所述实时检测电网的电压，从所述电网的电压中分离出网侧谐波电压分量包括：
实时检测电网的电压，得到其电压瞬时值；
将所述电压瞬时值依次经坐标变换、低通滤波器滤波处理和坐标反变换，得到所述电压瞬时值的基波电压分量；
由所述电压瞬时值和所述基波电压分量的差值，得到网侧谐波电压分量。
优选地，对电网的电压进行采样的采样点为电网中非线性负载和并网光伏逆变器接入电网的公共耦合点。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例提供的并网光伏逆变器谐波治理方法，通过对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值，并从电网的电压中分离出网侧谐波电压分量，根据网侧谐波电压分量和电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值，不需要在网侧安装电流互感器，避免了电流互感器对电网运行产生不利影响和电流互感器检测值不准确的问题；进一步的，将网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流叠加值作为电流控制指令值，将电流控制指令值与逆变器侧输出电流差值进行重复控制，并叠加电网的电压得到调制波信号，利用闭环控制使逆变器输出网侧谐波电流的补偿电流，补偿效果好且补偿成本较低。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种并网光伏逆变器谐波治理方法的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种并网光伏逆变器谐波治理方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的对电网阻抗进行估算的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种利用离散傅立叶法分离网侧谐波电压的原理示意图；
图5为本发明实施例提供的对电网阻抗进行估算时的***等效电路示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种分离网侧谐波电压的原理示意图；
图7为本发明实施例提供的逆变器侧输出电流控制的原理示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明实施例应用于含有并网光伏逆变器的电网***，本实施例中所述逆变器均指并网光伏逆变器。本发明实施例中，利用逆变器对电网中的谐波电流进行补偿，无需在电网***中安装电流互感器与有源滤波器。
本发明实施例提供的并网光伏逆变器谐波治理方法，是通过估算电网阻抗，并从电网的网侧电压中分离出电网的电压谐波分量，根据电网阻抗和电网的电压谐波分量估算出网侧谐波电流，进而利用逆变器对电网中的谐波电流进行补偿。参见图1，为本发明实施例提供的谐波治理方法的原理示意图，如图1所示，利用逆变器向电网中注入非特征次谐波电流ith，通对电网电压进行采样，对电网的阻抗进行估算，进一步的，通过阻抗修正，使电网阻抗估算结果更加准确，得到电网阻抗后，进行谐波电流估算，将估算出的谐波电流与逆变器的输出电流发送至控制环节，并经SPWM调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉冲宽度调制)后，得到谐波补偿电流，利用逆变器向电网中输入谐波补偿电流，从而实现谐波治理。
参见图2，发明实施例提供的一种并网光伏逆变器谐波治理方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的谐波治理方法，包括：
S110：对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值。
参见图3，为本实施例提供的对电网阻抗进行估算的流程示意图，具体包括如下步骤：
S1101：将非特征次谐波电流信号作为电流注入信号注入电网；
具体的，由于电网中存在特征次谐波电流，因此，选择第一非特征次谐波电流信号ith1注入电网，可检测出电网的电压随着第一非特征次谐波电流信号ith1注入而产生的变化，从而获得电网阻抗估算值。本实施例中，第一非特征次谐波电流信号ith1的频率优选为75Hz。
S1102：对电网的电压进行采样，计算电流注入信号的电压响应信号；
具体的，在第一非特征次谐波电流信号ith1注入电网后，电网的电压将对该电流注入信号做出响应，在电网稳定后，对电网的电压进行采样，采样点为电网中非线性负载和并网光伏逆变器接入电网的公共耦合点，通过检测公共耦合点的电压upcc，对upcc作DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)，根据离散傅立叶变换得到电网对于第一电流注入信号的电压响应信号ug-ih1，参见图4，为本发明实施例提供的利用离散傅立叶法分离网侧谐波电压的原理示意图，如图4所示，本发明利用DSP进行滑窗迭代DFT谐波检测，其中，N是每个工频周期的采样点数，w0为基波角频率。
对于电网采样点处电压信号upcc，设其周期为T，频带宽度为从基波角频率ω到ω的Nmax倍，采样周期τ＝T/N，对采样点电压信号upcc采样后的信号为Ua(k)，其离散化的傅立叶三角级数展开式为，
式中，k为频率次数，u(iτ)表征Ua(k)，u(kτ)表征Uan(k)、即Ua(k)的三角级数展开信号，当k为第一注入电流信号的频率次时，Uan(k)为第一电流注入信号ith1的响应信号ug-ih1。
S1103：根据电压响应信号和电流注入信号的比值，得到电网阻抗估算值。
具体的，参见图5，为本发明实施例提供的对电网阻抗进行估算时的***等效电路示意图，如图5所示，Us为网侧电压源，Zs为逆变器阻抗，ih为电流源，根据注入电流ith(ith为步骤S1101中的ith1)和电网响应电压进行阻抗估算时，根据欧姆定律可得到第一电网阻抗估算值Zih1 *，
进一步的，为提高电网阻抗估算的精确度，可重复步骤S1101-S1103，即选择多个不同频率次数的非特征次谐波电流信号依次注入电网，本实施例以选择2个非特征次谐波电流信号为例，将第二非特征次谐波电流信号ith2作为电流注入信号注入电网，其中，第二非特征次谐波电流信号ith2的频率可选为125Hz，检测公共耦合点的电压upcc作离散傅里叶变换(DFT)，根据离散傅立叶变换得到电网对ith2的电压响应信号ug-ih2，根据欧姆定律可得到第二电网阻抗估算值Zih2 *，将第一电网阻抗估算值和第二电网阻抗估算值的平均值作为电网阻抗估算值Zih *，即当然，还可继续重复步骤S1101-S1103多次，使电网阻抗估算值的精确度进一步提高。
S120：检测电网的电压，从电网的电压中分离出网侧谐波电压分量。
具体的，完成电网阻抗估算后，不再向电网注入非特征次谐波信号，重新采样电网公共耦合点出的电压，从电网的电压中分离出网侧谐波电压分量，参见图6，为本发明提供的另一种分离网侧谐波电压的原理示意图，具体包括如下步骤：
S1201：实时检测电网的电压，得到其电压瞬时值；
具体的，检测电网公共耦合点处的电压，得到其三相电压瞬时值分别为Ua、Ub和Uc。
S1202：将电压瞬时值依次经坐标变换、低通滤波器滤波处理和坐标反变换，得到电压瞬时值的基波电压分量；
具体的，参见图6，为分离网侧谐波电压的原理示意图，如图6所示，坐标变换包括αβ变换和dq变换，坐标反变换包括αβ反变换和dq反变换，将电压瞬时值Ua、Ub和Uc分别经过αβ变换、dq变换、低通滤波器滤波处理、dq反变换和αβ反变换后得到基波电压分量Uaf、Ubf和Ucf。图6中：
S1203：由电压瞬时值和基波电压分量的差值，得到网侧谐波电压分量。
具体的，将电压瞬时值Ua、Ub和Uc分别减去基波电压成分Uaf、Ubf和Ucf，得到网侧谐波电压分量Uah、Ubh和Uch。
S130：根据网侧谐波电压分量和电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值。
具体的，根据步骤S110和步骤S120分别得到电网阻抗估算值和网侧谐波电压分量后，根据欧姆定律，可得网侧谐波电流估算值ih，
S140：将网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流的叠加值作为电流控制指令值。
S150：将电流控制指令值与逆变器侧输出电流的差值进行重复控制，并与电网的电压叠加得到调制波信号。
S160：根据调制波信号，利用闭环控制对电网中的谐波电流进行补偿。
本实施中，步骤S140-S160为根据网侧谐波电流估算值进行谐波补偿的实现方法，具体实现过程参见图7，为本发明实施例提供的逆变器侧输出电流控制的原理示意图。如图7所示，将逆变器输出电流iout进行离散傅里叶变换后得到逆变器侧谐波电流iouth，将网侧谐波电流估算值ih与逆变器侧谐波电流iouth叠加后得到电流控制指令值iref，再将电流控制指令值iref与逆变器输出电流iout进行比较，将其差值送入重复控制环节，并与网侧电压us叠加后进行SPWM调制，得到调制波信号，根据调制波信号，得到逆变器的等效增益Kpwm，进而控制逆变器的输出电流iout，该输出电流iout中包含了对网侧谐波进行补偿的补偿电流。再将逆变器侧输出电流iout反馈电流控制指令值，形成闭环***，实现对电网中的谐波进行实时补偿的功能。
由上述实施例可见，本发明提供的并网光伏逆变器谐波治理方法，通过对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值，并从电网的电压中分离出网侧谐波电压分量，根据网侧谐波电压分量和电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值，不需要在网侧安装电流互感器，避免了电流互感器对电网运行产生不利影响和电流互感器检测值不准确的问题；进一步的，将网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流叠加值作为电流控制指令值，将电流控制指令值与逆变器侧输出电流差值进行重复控制，并叠加电网的电压得到调制波信号，利用闭环控制使逆变器输出网侧谐波电流的补偿电流，补偿效果好且补偿成本较低。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，包括：
对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值；
检测电网的电压，从所述电网的电压中分离出网侧谐波电压分量；
根据所述网侧谐波电压分量和所述电网阻抗估算值的比值，得到网侧谐波电流估算值；
将所述网侧谐波电流估算值与逆变器侧谐波电流的叠加值作为电流控制指令值；
将所述电流控制指令值与逆变器侧输出电流的差值进行重复控制，并与电网的电压叠加得到调制波信号；
根据所述调制波信号，利用闭环控制对电网中的谐波电流进行补偿。
2.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，所述对电网阻抗进行估算，得到电网阻抗估算值包括：
将非特征次谐波电流信号作为电流注入信号注入电网；
对电网的电压进行采样，计算所述电流注入信号的电压响应信号；
根据所述电压响应信号和电流注入信号的比值，得到电网阻抗估算值。
3.根据权利要求2所述的并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，
所述电流注入信号包括多个不同频率次数的非特征次谐波电流信号，将所述多个不同频率次数的非特征次谐波电流信号依次注入电网，依次计算对应的电网阻抗，得到多个电网阻抗估算对应值，将多个所述电网阻抗估算对应值的平均值作为电网阻抗估算值。
4.根据权利要求2所述的并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，所述对电网的电压进行采样，计算得到所述电流注入信号的电压信号包括：
对电网的电压进行采样，将采样电压作离散傅里叶变换，得到所述电流注入信号的电压信号。
5.根据权利要求1所述的并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，所述检测电网的电压，从所述电网的电压中分离出网侧谐波电压分量包括：
实时检测电网的电压，得到其电压瞬时值；
将所述电压瞬时值依次经坐标变换、低通滤波器滤波处理和坐标反变换，得到所述电压瞬时值的基波电压分量；
由所述电压瞬时值和所述基波电压分量的差值，得到网侧谐波电压分量。
6.根据权利要求2、3或4所述的并网光伏逆变器谐波治理方法，其特征在于，对电网的电压进行采样的采样点为电网中非线性负载和并网光伏逆变器接入电网的公共耦合点。
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