电网电压不平衡下光伏并网逆变器的同步技术

发布时间：2019-10-02 09:57

【摘要】：为了保证光伏并网逆变器在电网电压不平衡下可靠地向电网输送功率,需要提高逆变器的同步跟踪能力及动态响应性能。提出一种基于比例积分简化型谐振调节器的锁频环(PISR-FLL)技术。PISR-FLL具有高增益带宽及频率自适应特点,能够从不平衡电网电压中准确快速地估算出基波频率正、负序分量。改进的锁频环(FLL)通过增益系数线性化后不但可以保证频率自适应调节,控制结构也变得简单,易于数字实现。仿真和实验结果表明该PISR-FLL技术精度高,动态性能优越,可以满足不平衡电网条件下电网信号同步跟踪要求。
【图文】：

幅频特性曲线,相频特性曲线,幅频

为:GPIＲ(s)=KP+KIs+2KＲss2+w2GＲ(s)=2ss2+w{2(1)式中:KP、KI、KＲ分别表示比例谐振调节器的比例系数、积分系数和谐振系数，w为谐振角频率。KP影响控制器的带宽及稳定程度;KI影响谐振频率附近的宽度;KＲ可以实现对交流输入信号的无静差调节，并且在给定中心频率信号s=jw处使得中心频率幅值增益无穷大，增强了检测电网基波或谐波次电流的准确性。当并网逆变器的控制目标为抑制网侧电流的负序分量时，GＲ(s)的幅频特性曲线如图1所示。图1GＲ(s)的幅频和相频特性曲线Fig．1Theamplitude-frequencyandphase-frequencycharacteristiccurvesofGＲ(s)基于二阶广义积分器的控制器无需独立检测正负序电流分量，，避免了电流检测对系统的影响。同时该控制器能够抑制不平衡电网电压二次及其以上谐波分量，提高入网电能质量。文献［17］采用裂项分解方法将谐振环节分解成2个一阶复频域相加形式，并阐明了分解后传递函数不但具有频率选择性，还具有极性选择性，实现了准确计算电网不平衡下正负频率分量的可能性。但是在实际工程应用中，无论是传统模拟系统还是现代化数字系统，GＲ(s)的谐振控制器很难实现。因为模拟系统硬件参数有其固有的不精确性，而数字系统中输入的电网频率会略有波动，谐振控制器控制频带过窄使其增益效果将大幅度下降，为了解决该问题，本文在此基础上引入具有高增益宽频带的简化谐振(simplifiedresonant，SＲ)控制器，传递函数为:GＲ*(s)=wcs－jw+wc+wcs+jw+wc=GＲ*1+GＲ*2(2)

相频特性曲线,幅频

第1期党克等:电网电压不平衡下光伏并网逆变器的同步技术89式中:w为谐振中心频率，决定谐振器跟踪的目标频率;wc为截止频率，决定谐振控制的宽度，wc通常取5～15Hz。从图2中可以看出本文提出的谐振控制器可以更好地适应实际电网频率的波动。wc=10rad/s，f=100Hz时，GＲ*1谐振控制bode图。图2GＲ*(s)的的幅频和相频特性曲线Fig．2Theamplitude-frequencyandphase-frequencycharacteristiccurvesofGＲ*(s)图2表明SＲ控制器的增益频带范围明显变宽，这样即使电网频率发生变动控制器也能维持较高的增益，解决了电网不平衡时脉动谐振频率范围超过设计谐振频率范围引起控制目标信号“失踪”的问题。而且由式(2)可以看出，当采用GＲ*1时可以排除反极性频率－100Hz的干扰，这是传统SOGI无法做到的一个优点。因此，本文提出的控制器检测的准确度相比提高，又能快速跟踪电网动态波动，运算简单，便于数字化实现。2．2正负序分离技术在静止参考坐标系αβ下可以通过谐振调节器实现逆变器并网电压正负序分离，计算公式为［18］:E+αβ(s)=wcs－jw+wc(Eαβ(s)－E－αβ(s))(3)E－αβ(s)=wcs+jw+wc(Eαβ(s)－E+αβ(s))(4)为了抑制并网电流的负序分量并获得准确的锁相信号，应该在不平衡电网电压控制中将正序分量提取出来，故将式(4)代入到式(3)中可得:E+αβ(s)=wc(s+jw)s2+2wcs+w2Eαβ(s)=G1(s)Eαβ(s)(5)由式(5)可知，当电网畸变的电压中出现正负序分量时，G1(s)环节可以将负序频率－w过滤掉，而正序分量会正常无衰减地通过该环节。因此，实现了提取正序分量的目的。若中心频率w设定为基波w0，?
【作者单位】：东北电力大学电气工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(51277024)资助项目
【分类号】：TM464

【参考文献】