一种光伏并网逆变器谐波抑制方法与流程

1.本发明属于电力电子控制技术领域，尤其是涉及一种光伏并网逆变器谐波抑制方法。


背景技术：

2.随着国家大力倡导电力系统由以化石能源为主向低碳可再生能源为主转型，大量的分布式电源(distributed generation,dg)接入电网导致系统内的谐波问题越来越突出。太阳能备受新能源发电行业青睐，规模化接入的光伏并网发电系统给配电网质量和稳定运行带来巨大考验。以电力电子开关器件为核心的并网逆变器作为分布式电源与配电网间的接口装置，高比例引入使配电网中谐波污染呈现耦合性、波动性、普遍性规律。
3.三相电压型逆变器通常采用脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)技术，在开关器件理想导通条件下，并网逆变器输出的并网电流包含开关频率边带以及整数倍开关频率边带出的高次谐波，但在实际并网系统中，为了避免逆变桥上下桥臂出现“直通”现象，通常会在开关管导通信号中加入死区时间延迟，除此之外，开关器件的非理想导通特性也会存在一定的开通和关断时间延迟，而死区时间和导通关断时间延迟会导致逆变器输出电压波形畸变，生成大量低次谐波。
4.当前对并网逆变器系统的分析通常采用基于阻抗的分析方法。但是，很少有学者在建立逆变器阻抗模型时考虑到开关器件死区以及开通关断延迟。


技术实现要素：

5.针对以上的技术缺陷，本发明提供了一种光伏并网逆变器谐波抑制方法，能够弱化光伏并网逆变系统公共连接点处由于电网背景谐波电压和逆变器自身产生的谐波对并网电流的影响，提高电力系统的安全稳定性能。
6.为实现上述技术目的，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种光伏并网逆变器谐波抑制方法，包括：
8.s1、建立逆变器并网系统的等效阻抗网络模型；
9.s2、后并网系统向等效阻抗网络模型引入虚拟阻抗z
p_h
(s)；虚拟阻抗z
p_h
(s)的实现：用虚拟阻抗连接的公共耦合点电压除以并联虚拟阻抗，得到流经虚拟阻抗的电流i
p_h
(s)，用并网电流i
2_αβ
(s)减去虚拟阻抗电流，即并网逆变器输出端并联一个等效的真实电阻。
10.优选地，s1具体为：
11.将电网用一个电压源e
g_αβ
(s)和串联的电网阻抗z
grid
(s)表示，并网逆变器等效为一个受控电流源用表示，并网逆变器的等效阻抗用z
z_0
(s)＝1/y
z_0
(s)表示，逆变器功率器件非理想特性和死区效应等效为：在公共连接点叠加一个幅值随死区时间和功率器件开通关断时间变化的大小为δu
anm_αβ
(s)的扰动电压源。
12.优选地，并网逆变器等效输出阻抗z
′
z_0
(s)为：
[0013][0014]
优选地，在控制中并联虚拟电阻的实现等效变换具体为：利用公共耦合点的电压v
pcc
(s)乘以前馈系数前馈至调制电压信号处实现并联虚拟电阻；
[0015]
前馈系数k
p_h
(s)的表达式为：
[0016][0017]
当引入的虚拟阻抗z
p_h
(s)＝-z
z_0
(s)时，逆变器等效的输出阻抗增大，进而减小逆变器因死区效应和功率器件开通关断延时而造成的误差电压δu
anm_αβ
(s)和电网电压e
g_αβ
(s)背景谐波电压的影响。
[0018]
本发明具有的优点和技术效果是：
[0019]
本发明将时间延时导致的误差电压建立到并网逆变器受控源等效电路模型中，基于阻抗分析的方法，通过改变逆变器控制结构实现并联虚拟阻抗，在系统稳定运行前提下重塑并网逆变器输出阻抗，以此弱化光伏并网逆变系统公共连接点处由于电网背景谐波电压和逆变器自身产生谐波电压对并网电流的影响。
[0020]
1)本发明考虑了逆变器死区时间和导通关断时间延迟带来的电压波形畸变和电流谐波，更适用于并网控制。
[0021]
2)本发明能够消除并网电流的扰动分量，对其谐波分量进行抑制。
[0022]
3)本发明能够保证并网逆变器的稳定运行。
附图说明
[0023]
图1是并联虚拟阻抗后并网系统等效阻抗网络模型图。
[0024]
图2是并联虚拟电阻逆变器控制结构图；
[0025]
图3是并联虚拟电阻逆变器控制第一结构图；
[0026]
图4是并联虚拟电阻逆变器控制第二结构图；
[0027]
图5是并联虚拟电阻逆变器控制第三结构图。
具体实施方式
[0028]
为了使本发明的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]
请参阅图1至图5，一种光伏并网逆变器谐波抑制方法，为了尽可能消除由电网电压e
g_αβ
(s)与误差电压δu
anm_αβ
(s)对并网电流的影响，在保证并网逆变器能稳定运行的前提条件下，增大逆变器等效输出阻抗消除并网电流的扰动分量，但因为并网逆变器在实际工况下，因为自身的系统结构和参数限制，实际等效输出阻抗不可能无穷大，所以通常采用并联虚拟阻抗校正法来增大逆变器等效输出阻抗。
[0030]
光伏并网逆变器本质上可以看作为有源逆变装置，直流电压源是装置的输入，装置的输出是一个可控的电流源，电网作为受端负载。通常在进行数学分析时，将电网看作为
一个大容量的电压源e
g_αβ
(s)和串联的电网阻抗z
grid
(s)表示，并网逆变器可以等效为一个受控电流源用表示，并网逆变器的等效阻抗用z
z_0
(s)＝1/y
z_0
(s)表示，逆变器功率器件非理想特性和死区效应相当于在公共连接点叠加一个幅值随死区时间和功率器件开通关断时间变化的大小为δu
anm_αβ
(s)的扰动电压源，此时逆变器并网系统可以简化成图1所示的等效阻抗网络模型。
[0031]
引入虚拟阻抗z
p_h
(s)后，图2为并联虚拟阻抗后并网系统等效阻抗网络模型。此时并网逆变器等效输出阻抗z
′
z_0
(s)为：
[0032][0033]
虚拟阻抗z
p_h
(s)的实现：用虚拟阻抗连接的公共耦合点电压除以并联虚拟阻抗，得到流经虚拟阻抗的电流i
p_h
(s)，用并网电流i
2_αβ
(s)减去虚拟阻抗电流，就相当于给并网逆变器输出端并联一个等效的真实电阻。
[0034]
在控制中并联虚拟电阻的实现等效变换形式如图2所示，通过利用公共耦合点的电压v
pcc
(s)乘以前馈系数前馈至调制电压信号处实现并联虚拟电阻。
[0035]
前馈系数k
p_h
(s)的表达式为：
[0036][0037]
当引入的虚拟阻抗z
p_h
(s)＝-z
z_0
(s)时，逆变器等效的输出阻抗增大，可以减小逆变器因死区效应和功率器件开通关断延时而造成的误差电压δu
anm_αβ
(s)和电网电压e
g_αβ
(s)背景谐波电压的影响。
[0038]
本发明专利可以用于电力系统中任何功率等级的并网逆变器控制中，现选择一个实施例，100kw三相lcl型并网系统，载波频率为10khz的逆变器，参数设置成如表1所示。对于不同功率等级的电力系统，参数应根据相应的系统进行合理的设置。
[0039]
表1三相逆变器并网系统参数
[0040][0041]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。