本發(fā)明涉及電力電子裝置控制技術領域，特別是涉及一種并網逆變器補償控制方法。

背景技術：

并網逆變器是將直流側電能以正弦波電流的方式饋入電網的裝置，它是逆變器應用的一種形式。并網運行的逆變器應用廣泛，如在交流電子負載、可再生能源大規(guī)模并網發(fā)電的場合都需要逆變器并網運行，將系統(tǒng)內的電能回饋至電網中。然而，為了避免質量不好的并網電流對電網造成污染，并網電流的波形質量有嚴格的要求，電流為與電壓同頻反相的正弦波，且滿足國際電工委員會標準。國際上對并網逆變器饋入電網的電流規(guī)定如下：波形為正弦，總諧波畸變率thd小于5％，各次諧波小于3％。

根據不同的工作場合選擇相應的濾波器結構與合適的并網控制方法是決定并網逆變器饋入電網的電流質量的關鍵。并網逆變器的性能直接關系到并入電網中電能的質量，以及分布式發(fā)電系統(tǒng)的能源轉換效率。并網逆變器的作用是將分布式發(fā)電單元和儲能電壓的直流形式的能量轉換為交流形式的能量，從而與外部電網進行連接和能量交換。此時，逆變器的控制目標一般是輸出有功功率和輸出無功功率。

并網逆變器的控制方式分為電壓控制和電流控制兩種。電壓控制相當于將逆變器等效為一個電壓源，通過控制使其輸出電壓相位、頻率完全等同于電網電壓，幅值跟蹤電網電壓的幅值，本質相當于將兩個電壓源并聯(lián)。但由于市電電壓很可能在運行的過程中產生畸變或較大諧波，會造成逆變器輸出無法準確跟蹤電網電壓，使控制難度增加。另外，這種通過控制逆變器輸出電壓來間接控制并網電流的控制方式也不能使并網電流達到較好的質量。

現(xiàn)有技術中有如下幾種控制方式：

1)直接電流控制方式主要分為滯環(huán)控制和三角波控制。

2)滯環(huán)控制采用滯環(huán)比較器，將參考電流和實際并網電流的偏差作為其輸入，滯環(huán)比較器產生pwm信號，通過控制逆變電路開關功率器件的通斷來控制并網電流。如果設定滯環(huán)比較器環(huán)寬為2h，就可以將并網電流控制在預設的范圍之內，使并網電流呈鋸齒狀地跟蹤參考電流。對于這種控制方法，范圍的設置對系統(tǒng)影響較大：環(huán)寬較寬時，開關動作的頻率降低，但誤差增大，諧波很大；環(huán)寬較窄時，誤差減小，諧波降低，但開關動作頻率過高，開關損耗增大。針對滯環(huán)比較器的上述缺點，一種解決方法是采用同步開關法，即定時控制的瞬時值比較方式。

滯環(huán)比較器由于其開關頻率與精度之前的矛盾，及高次諧波較多，電磁干擾較大，在實際應用中作用有限。目前應用較廣泛的控制方式是三角波控制方式。

3)三角波控制方式可以采用不同的控制器完成對系統(tǒng)的控制，如pi控制，重復控制，無差拍控制等。電流誤差經控制器調節(jié)后得出的波形與三角波進行比較，生成spwm波，控制功率開關器件的通斷。三角波控制方式功率開關頻率等于載波頻率，噪聲低，易于設計濾波器，可采取多種方式進行控制，降低誤差。

一般來說，利用電力電子器件構成的逆變器會產生大量的電流諧波，因此，要使用無源器件組成的濾波器來濾掉這些諧波。并網逆變器采用的濾波器通常有兩種：電感(lc)濾波器和電感-電容-電感(lcl)濾波器。在電感值相同，成本相當?shù)那闆r下，lcl濾波器具有更好的濾波效果。然而，lcl濾波器作為一個三階系統(tǒng)，容易產生諧振，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

lc濾波器也稱為無源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補償裝置。lc濾波器之所以稱為無源濾波器，顧名思義，就是該裝置不需要額外提供電源。lc濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無功補償?shù)男枰?；lc濾波器按照功能分為lc低通濾波器、lc帶通濾波器、高通濾波器、lc全通濾波器、lc帶阻濾波器；按調諧又分為單 調諧濾波器、雙調諧濾波器及三調諧濾波器等幾種。

lc濾波器設計流程主要考慮其諧振頻率及電容器耐壓，電抗器耐流。在電子線路中，電感線圈對交流有限流作用，由電感的感抗公式xl＝2πfl可知，電感l(wèi)越大，頻率f越高，感抗就越大。因此電感線圈有通低頻,阻高頻的作用,這就是電感的濾波原理下面是lc濾波電路實例電感在電路最常見的作用就是與電容一起，組成lc濾波電路。電容具有“阻直流，通交流”的本領，而電感則有“通直流，阻交流,通低頻,阻高頻”的功能。

如果把伴有許多干擾信號的直流電通過lc濾波電路，那么，交流干擾信號大部分將被電感阻止吸收變成磁感和熱能,剩下的大部分被電容旁路到地，這就可以抑制干擾信號的作用,在輸出端就獲得比較純凈的直流電流。濾波電路的原理實際是l、c元件基本特性的組合利用。因為電容器的容抗xc＝2nfc又1會隨信號頻率升高而變小，而電感器的感抗xl＝2f會隨信號頻率升高而增大，如果把電容、電感進行串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)應用,它們組合的阻抗也會隨信號頻率不同而發(fā)生很人變化口這表明,不同濾波電路會對某種頻率信號呈現(xiàn)很小或很大的電抗，以致能讓該頻率信號順利通過或阻礙它通過，從而起到選取某種頻率信號和濾除某種頻率信號的作用。

通常，抑制諧振有兩種方式：一種是無源阻尼法，另一種是有源阻尼法。所謂無源阻尼法，一般是在逆變器電路中增加電阻以直接增加lcl濾波器的阻尼，但是無論是串聯(lián)還是并聯(lián)電阻，都會增加系統(tǒng)的額外損耗。所謂有源阻尼法，通常采取對逆變器電壓電流的控制來實現(xiàn)抑制諧振的目的，常用的高階極點配置的雙環(huán)pi控制策略，加權電流平均值反饋pi控制策略，以及并網電流、電容電壓和電感電流的三環(huán)pi控制策略等。

但是，在以上方法中，盡管pi控制器能夠使并網逆變器系統(tǒng)具有較好的性能，當系統(tǒng)受到外部擾動較大時，其動態(tài)性能還需要進一步提高以滿足并網對電流波形與總諧波畸變率的要求?？梢圆捎闷渌刂破髋cpi控制結合的方式提高系統(tǒng)魯棒性。

但并網逆變器是一個復雜的非線性系統(tǒng)，對其建立精確的數(shù)學模型往往非常困難。而在控制器的設計過程中，常常需要根據系統(tǒng)的數(shù)學模型來進行設計。

目前對于并網逆變器只能得到近似的模型而無法做到精確建模。如果在并網逆變器的看過那只系統(tǒng)中引入模糊控制，則模糊控制的特點可以部分補償系統(tǒng)模型的不精確性。與傳統(tǒng)控制方式相比，模糊控制把控制對象作為“黑箱”，它不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學模型，而是依賴于由操作經驗、表述只是轉換成的模糊規(guī)則，是智能控制的一種。

加入模糊控制的系統(tǒng)往往魯棒性高、動態(tài)性能好。將模糊控制與其他控制方法相結合，是目前比較多用的并網逆變器控制方式，發(fā)展?jié)摿^大。但是傳統(tǒng)模糊控制方式的控制參數(shù)是固定的，不能隨著系統(tǒng)的工作情況進行在線調整。pi控制器的比例和積分系數(shù)是恒定的，這導致在系統(tǒng)結構變化或者參數(shù)波動(如外部電網結構發(fā)生故障或者內側直流母線電壓劇烈升高)等情況下，逆變器無法快速精確的跟蹤控制指令，不能及時調節(jié)輸入輸出的有功和無功功率。降低了網逆變器的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是基于以上一個或多個問題，提供一種并網逆變器補償控制方法，用以解決現(xiàn)有技術中存在的并網逆變器入網電流質量低，不能實現(xiàn)電壓動態(tài)補償?shù)膯栴}。

其中，所述并網逆變器補償控制方法，包括：

并網逆變器并網前先進行離網獨立運行；

控制逆變模塊輸出無功分量，以對變壓器進行預勵磁，預勵磁后所述并網逆變器并入電網；

當所述并網逆變器并網點電壓出現(xiàn)電壓升高超出預設電壓偏差的限制時，控制所述并網逆變器吸收無功功率，實現(xiàn)對公共耦合點電壓的動態(tài)調整，使并網點電壓恢復至電壓偏差范圍以內；

當所述并網點電壓出現(xiàn)電壓跌落時，控制所述并網逆變器發(fā)出無功功率， 實現(xiàn)對所述并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償?shù)目刂疲顾霾⒕W點電壓恢復至正常電壓范圍。

進一步的，所述控制逆變模塊輸出無功分量，以對變壓器進行預勵磁包括：

以勵磁指令模塊輸出的輸出量為q軸電流調節(jié)器的參考信號，控制逆變器輸出無功分量對逆變器進行預勵磁；所述勵磁指令模塊包括至少一個輸入量，所述勵磁指令模塊的輸出量是將所述輸入量經過一個具有上限的單調遞增函數(shù)運算得到。

進一步的，所述勵磁指令模塊的輸入量為所述并網逆變器的空載電流。

進一步的，所述勵磁指令模塊的輸入量為所述并網逆變器的空載電流，以及電網電壓矢量的模。

進一步的，所述預勵磁完成是指：所述并網逆變器的勵磁電流達到其空載電流值；

在整個離網獨立運行過程中直流信號檢測模塊檢測的直流母線電壓始終維持在最低運行直流母線電壓點之上并保持一段預先設定的時間。

進一步的，所述對公共耦合點電壓的動態(tài)調整包括：

實時采集并網逆變器并網點的三相瞬時電壓，將電壓瞬時幅值與電壓參考幅值做比較得到誤差幅值；

將所述誤差幅值經過電壓補償pi調節(jié)器調節(jié)后得到電壓調整無功補償電流，將所述電壓調整無功補償電流與無功電路參考值疊加后，再對逆變器進行控制。

進一步的，所述對并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償?shù)目刂瓢ǎ?/p>

將并網點三相瞬時電壓經過坐標變換得到兩相旋轉坐標系下電壓；

通過幅值計算得到并網點電壓幅值；

將無功電壓分量與參考值比較，誤差經過pi調節(jié)器控制后經積分器得到并 網點電壓的實時相位；

根據所述電壓幅值和所述電壓相位完成并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償控制功能。

進一步的，所述電壓幅值計算為：其中，ud、uq為三相瞬時電壓在兩相旋轉坐標系下的值。

進一步的，所述并網點電壓補償控制通過如下公式實現(xiàn)：

e(k)＝uref-uamp

i(k)＝kvp[e(k)-e(k-1)]

ei(k)＝id-id(k)

id(k)＝id(k-1)+kip[ei(k)-ei(k-1)]+ke(k)

eiq(k)＝iq-iq(k)

iq(k)＝iq(k-1)+kip[ei(k)-ei(k-1)]+ke(k)

其中：k表示第k次控制，e(k)表示電壓偏差，uref表示設定的電壓參考幅值，uamp表示并網點電壓監(jiān)測幅值，i(k)表示電壓控制單元無功補償電流，id(k)表示無功電流分量，iq(k)表示有功電流分量，kip表示電壓控制器比例參數(shù)，kvp表示電壓控制器積分參數(shù)，id表示無功電流總量，iq表示有功電流總量。

進一步的，當所述并網逆變器的并網點電壓出現(xiàn)電壓升高超出電網規(guī)范對電壓偏差的限制時，輸出第一電壓補償電流，與所述并網逆變器給定的無功參考電流疊加得到新的無功參考電流，控制所述并網逆變器吸收無功電流，使并網點電壓恢復至電壓偏差范圍以內；

當所述并網點電壓出現(xiàn)電壓跌落時，輸出第二電壓補償電流，與所述并網逆變器給定的無功參考電流疊加，控制所述并網逆變器發(fā)出無功電流，使所述并網點電壓恢復至正常電壓范圍。

本發(fā)明提供的并網逆變器補償控制方法，與現(xiàn)有技術相比，一方面不需要安裝額外的電壓補償設備，直接利用并網逆變器本身對電壓進行補償；另一方 面，從控制策略方面講，傳統(tǒng)的電壓補償策略都是穩(wěn)態(tài)電壓補償策略，補償速度比較慢，不能滿足電壓補償動態(tài)響應的要求，而且電壓補償精度也比較低，需要提供的補償容量比較大。本發(fā)明不僅可以動態(tài)實時地實現(xiàn)對并網點電壓的控制，滿足電壓補償?shù)膭討B(tài)響應要求，而且具有良好的補償精度，所需要的補償容量與傳統(tǒng)控制策略相比也要小很多。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的一種并網逆變器補償控制方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例二的并網逆變器結構圖；

圖3是本發(fā)明實施例二的一種并網逆變器補償控制方法的控制原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本發(fā)明的保護范圍之內。

實施例一

本發(fā)明實施例一提供一種并網逆變器補償控制方法，如圖1所示，該方法包括：

101、并網逆變器并網前先進行離網獨立運行；

102、控制逆變模塊輸出無功分量對變壓器進行預勵磁，預勵磁后并網逆變器并入電網；

該步驟具體包括：以勵磁指令模塊輸出的輸出量為q軸電流調節(jié)器的參考信號，控制逆變器輸出無功分量對逆變器進行預勵磁；所述勵磁指令模塊包括至少一個輸入量，所述勵磁指令模塊的輸出量是將輸入量經過一個具有上限的單調遞增函數(shù)運算得到。

其中，所述勵磁指令模塊的輸入量為所述并網逆變器的空載電流。

所述勵磁指令模塊的輸入量為所述并網逆變器的空載電流，以及電網電壓 矢量的模。

所述預勵磁完成是指：所述并網逆變器的勵磁電流達到其空載電流值；

在整個離網獨立運行過程中直流信號檢測模塊檢測的直流母線電壓始終維持在最低運行直流母線電壓點之上并保持一段預先設定的時間。

103、當并網逆變器并網點電壓出現(xiàn)電壓升高超出預設電壓偏差的限制時，控制并網逆變器吸收無功功率，實現(xiàn)對公共耦合點電壓的動態(tài)調整，使并網點電壓恢復至電壓偏差范圍以內；

其中，所述對公共耦合點電壓的動態(tài)調整包括：

實時采集并網逆變器并網點的三相瞬時電壓，將電壓瞬時幅值與電壓參考幅值做比較得到誤差幅值；

將所述誤差幅值經過電壓補償pi調節(jié)器調節(jié)后得到電壓調整無功補償電流，將所述電壓調整無功補償電流與無功電路參考值疊加后，再對逆變器進行控制。

具體的，當并網逆變器并網點電壓出現(xiàn)電壓升高超出電網規(guī)范對電壓偏差的限制時，輸出第一電壓補償電流，與并網逆變器給定的無功參考電流疊加得到新的無功參考電流，控制并網逆變器吸收無功電流，使并網點電壓恢復至電壓偏差范圍以內；

104、當并網點電壓出現(xiàn)電壓跌落時，控制并網逆變器發(fā)出無功功率，實現(xiàn)對并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償?shù)目刂?，使并網點電壓恢復至正常電壓范圍。

其中，所述對并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償?shù)目刂瓢ǎ?/p>

將并網點三相瞬時電壓經過坐標變換得到兩相旋轉坐標系下電壓；

通過幅值計算得到并網點電壓幅值；

將無功電壓分量與參考值比較，誤差經過pi調節(jié)器控制后經積分器得到并網點電壓的實時相位；

根據所述電壓幅值和所述電壓相位完成并網逆變器并網發(fā)電與并網點電壓補償控制功能。

具體的，所述電壓幅值計算為：其中，ud、uq為三相瞬時電壓在兩相旋轉坐標系下的值。

所述并網點電壓補償控制通過如下公式實現(xiàn)：

e(k)＝uref-uamp

i(k)＝kvp[e(k)-e(k-1)]

ei(k)＝id-id(k)

id(k)＝id(k-1)+kip[ei(k)-ei(k-1)]+ke(k)

eiq(k)＝iq-iq(k)

iq(k)＝iq(k-1)+kip[ei(k)-ei(k-1)]+ke(k)

其中：k表示第k次控制，e(k)表示電壓偏差，uref表示設定的電壓參考幅值，uamp表示并網點電壓監(jiān)測幅值，i(k)表示電壓控制單元無功補償電流，id(k)表示無功電流分量，iq(k)表示有功電流分量，kip表示電壓控制器比例參數(shù)，kvp表示電壓控制器積分參數(shù)，id表示無功電流總量，iq表示有功電流總量。

具體的，當并網點電壓出現(xiàn)電壓跌落時，輸出第二電壓補償電流，與并網逆變器給定的無功參考電流疊加，控制并網逆變器發(fā)出無功電流，使并網點電壓恢復至正常電壓范圍。

本發(fā)明提供的并網逆變器補償控制方法，與現(xiàn)有技術相比，一方面不需要安裝額外的電壓補償設備，直接利用并網逆變器本身對電壓進行補償；另一方面，從控制策略方面講，傳統(tǒng)的電壓補償策略都是穩(wěn)態(tài)電壓補償策略，補償速度比較慢，不能滿足電壓補償動態(tài)響應的要求，而且電壓補償精度也比較低，需要提供的補償容量比較大。本發(fā)明不僅可以動態(tài)實時地實現(xiàn)對并網點電壓的控制，滿足電壓補償?shù)膭討B(tài)響應要求，而且具有良好的補償精度，所需要的補償容量與傳統(tǒng)控制策略相比也要小很多。

實施例二

本發(fā)明實施例一提供一種并網逆變器補償控制方法，應用于如圖2所示的光伏并網逆變器中，該逆變器包括：直流信號檢測模塊，用于檢測輸入側的直流電壓/電流；逆變模塊，用于將輸入的直流電轉換為交流電；變壓器，用于將逆變器模塊的交流輸出端與電網隔離，交流接觸器，用于切換光伏并網逆變器的離網、并網狀態(tài)；交流信號檢測模塊，用于檢測光伏并網逆變器的輸出電流和電網電壓；控制電路，用于對光伏并網逆變器的運行進行控制。

圖3為發(fā)明實施例二的一種并網逆變器補償控制方法的控制原理圖。其中，電壓、電流采樣單元電路采集主要完成并網逆變器并網點三相電壓信號及并網逆變器輸出電流信號的采集，并將所述的電壓、電流信號傳送給電壓相位及幅值檢測計算單元、電壓偏差計算機電壓補償控制單元、并網電流控制單元。

電壓相位及幅值檢測計算單元檢測和計算并網逆變器并網點電壓相位及電壓幅值。首先通過將并網點三相電壓經過坐標變換，然后由幅值計算公式得到電壓幅值。將電壓相位信息和幅值信息發(fā)送給電壓偏差計算及電壓補償控制單元、并網電流控制單元。

電壓偏差計算機電壓補償控制單元主要接受來自電壓相位及幅值檢測計算單元的電壓幅值信息，并將電壓幅值與電壓設定參考值進行比較，通過電壓補償控制器，對并網點電壓升高或電壓跌落實現(xiàn)補償。當并網點電壓升高時，并網逆變器通過電壓補償控制單元吸收一定的無功功率；當并網點電壓跌落時，并網逆變器通過電壓補償控制單元發(fā)出一定的無功功率。

并網電流控制單元一方面主要完成并網逆變器并網電流控制單元正常實現(xiàn)并網發(fā)電的主要功能，另一方面接受來自電壓偏差計算及電壓補償控制單元的并網點電壓補償電流。當并網點電壓升高時，并網逆變器通過并網點電壓偏差計算及電壓補償控制單元吸收一定的無功功率，當并網點電壓跌落時，并網逆變器通過電壓補償控制單元發(fā)出一定的無功功率，實現(xiàn)并網點電壓補償控制的輔助功能。同時，并網電流控制單元還要產生三相橋開關管驅動控制信號，完成電流的正常運行。

在上述變壓器預勵磁控制過程中，控制逆變模塊的輸出電流從0逐漸增大，光伏并網逆變器的輸出電壓隨著對應的勵磁電流增大也從0逐漸增大，且相位預電網電壓相位始終保持一致，逐步對變壓器進行預勵磁，當逆變模塊輸出電流即變壓器的勵磁電流增大到變壓器空載電流等幅值時，逆變器輸出電壓與電網也達到一致，此時保持逆變器恒定該輸出電壓信號輸出，直至在整個離網獨立運行過程中直流信號檢測模塊檢測的直流母線電壓始終保持在最低運行直流母線電壓點之上并且保持一段時間，則控制交流接觸器吸合并入電網，如果直流側能量不足時，會出現(xiàn)直流母線電壓跌落低于最低運行直流母線電壓點，則停止離網獨立運行，并重新檢測逆變器啟動，重復上述獨立運行過程。

其中所述的電網電壓相位以及逆變器輸出電壓和電流park變換、反變換時用到的相角在現(xiàn)有技術中有很多種方法得到，其中兩種較好的方法是：一是電網電壓進行clark變換，在靜態(tài)旋轉坐標下通過對電壓的反正切函數(shù)，并經過設計好的濾波器濾波求得電網矢量電壓相角。二是采用三相鎖相環(huán)得到相角。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。