本發(fā)明涉及單相并網(wǎng)逆變器技術(shù)，具體而言，涉及一種基于改進(jìn)正弦波的單相并網(wǎng)逆變器無功控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃和大規(guī)模分布式能源接入的需求，各地電網(wǎng)公司對(duì)分布式能源并網(wǎng)提出了更高的要求，如美國的rule?21規(guī)則和ieee-1547標(biāo)準(zhǔn)，其中無功功率調(diào)節(jié)功能成為微型逆變器設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。目前，部分單相并網(wǎng)逆變器由于電路結(jié)構(gòu)限制，能量只能單向傳遞，無法實(shí)現(xiàn)無功功率的調(diào)節(jié)，這在一定程度上限制了這些逆變器在需要無功調(diào)節(jié)功能的市場(chǎng)中的應(yīng)用。因此，研究一種能夠?qū)崿F(xiàn)無功調(diào)節(jié)的單相并網(wǎng)逆變器控制方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種通過改進(jìn)正弦波的設(shè)計(jì)，結(jié)合傅里葉級(jí)數(shù)分解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)并網(wǎng)逆變器無功功率的精確控制的單相并網(wǎng)逆變器無功控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于改進(jìn)正弦波的單相并網(wǎng)逆變器無功控制方法，包括以下步驟：

3、(1)構(gòu)建改進(jìn)正弦波isw作為并網(wǎng)電流，改進(jìn)正弦波形包括不同頻率的正弦波形，基波具有無功分量并包含諧波成分；

4、(2)對(duì)改進(jìn)正弦波進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解；

5、(3)分析傅里葉級(jí)數(shù)分解后的改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf；

6、(4)基于改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf，根據(jù)功率傳輸理論，分析單相并網(wǎng)逆變器的有功功率p和無功功率q；

7、(5)在理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)改進(jìn)正弦波設(shè)計(jì)控制器；

8、(6)根據(jù)輸出有功功率p以及功率因數(shù)pf的要求，推導(dǎo)出并網(wǎng)isw波形的并網(wǎng)電流峰值a和移相角度并將并網(wǎng)isw波形作為控制器的參考電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無功功率控制。

9、進(jìn)一步的，步驟(1)中改進(jìn)正弦波為：

10、

11、其中，f(t)為發(fā)容性無功的并網(wǎng)電流函數(shù)；g(t)為發(fā)感性無功的并網(wǎng)電流函數(shù)；a為并網(wǎng)電流峰值，為移相角度，ω為角頻率，t為時(shí)間；

12、將改進(jìn)正弦波作為傳遞電網(wǎng)電流的參考。

13、進(jìn)一步的，步驟(2)中對(duì)改進(jìn)正弦波進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，具體為：

14、(201)采用傅立葉級(jí)數(shù)的方法表示并網(wǎng)電流，isw的當(dāng)前參考電流i(t)由下式表示：

15、

16、其中，n是isw的當(dāng)前參考電流的諧波數(shù)，ω是角頻率，an和bn為傅立葉級(jí)數(shù)分析第n次級(jí)數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)系數(shù)；

17、(202)對(duì)isw進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分析，a0＝0，a0為isw波形傅里葉級(jí)數(shù)分析的直流量；在isw不為0的區(qū)間對(duì)并網(wǎng)電流函數(shù)進(jìn)行積分計(jì)算an，bn：

18、針對(duì)發(fā)容性無功的并網(wǎng)電流函數(shù)f(t)：

19、

20、針對(duì)發(fā)感性無功的并網(wǎng)電流函數(shù)g(t)：

21、

22、其中，t為isw的周期；

23、(203)經(jīng)過步驟(202)的積分化簡(jiǎn)后得an為a，的函數(shù)，如下式所示：

24、f(t):

25、

26、g(t):

27、

28、(204)經(jīng)過步驟(202)的積分化簡(jiǎn)后得bn為a，的函數(shù)，如下式所示：

29、

30、(205)根據(jù)步驟(203)、步驟(204)可知an和bn是isw并網(wǎng)電流峰值a和移相角度的函數(shù)；周期信號(hào)擴(kuò)展為基頻和諧波，表示為：

31、

32、其中，in是n次諧波的幅值，θn是n次諧波的相位角；參數(shù)由下式得：

33、

34、(206)根據(jù)步驟(203)、步驟(204)和步驟(205)，得出in的表達(dá)式：

35、

36、其中，kn為中間變量；

37、(207)根據(jù)步驟(203)、步驟(204)和步驟(205)，得出θn的表達(dá)式：

38、f(t):

39、

40、g(t):

41、

42、進(jìn)一步的，步驟(3)中分析傅里葉級(jí)數(shù)分解后的改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf，具體為：

43、(301)thd與pf的方程為：

44、

45、其中，θ1是1次諧波的相位角；

46、(302)根據(jù)n次諧波的幅值in、步驟(301)得到thd關(guān)于移相角度的表達(dá)式：

47、

48、(303)根據(jù)步驟n次諧波的相位角θn、步驟(302)得到pf關(guān)于移相角度的表達(dá)式：

49、

50、進(jìn)一步的，步驟(4)中基于改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf，根據(jù)功率傳輸理論，分析單相并網(wǎng)逆變器的有功功率p和無功功率q；具體為：

51、(401)根據(jù)功率傳輸理論，將有功功率定義為：

52、

53、其中，vs為電網(wǎng)電壓的幅值，i1為1次諧波的幅值，θ1為1次諧波的相位角；

54、(402)根據(jù)功率傳輸理論，將無功功率定義為：

55、

56、(403)展開i(t)得：

57、

58、步驟404，將isw的當(dāng)前參考電流i(t)表達(dá)式和步驟(403)進(jìn)行對(duì)比，得：

59、an＝in?sinθn

60、bn＝in?cosθn

61、(405)根據(jù)bn的表達(dá)式、步驟(401)和步驟(404)，代入n＝1，得出有功功率關(guān)于isw并網(wǎng)電流峰值a和移相角度的表達(dá)式：

62、

63、(406)根據(jù)an的表達(dá)式、步驟(402)和步驟(404)，代入n＝1，得出無功功率關(guān)于isw并網(wǎng)電流峰值a和移相角度的表達(dá)式：

64、

65、無功功率q受isw并網(wǎng)電流峰值a和移相角度影響，通過改變這兩個(gè)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器對(duì)電網(wǎng)注入無功功率，不同的參數(shù)組合具有不同的thd和pf。

66、進(jìn)一步的，步驟(5)中在理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)改進(jìn)正弦波進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；具體為：

67、(501)引入isw電流參考發(fā)生器，isw波形由正弦波和線性波形組合，發(fā)生器由正弦波發(fā)生器和將正弦波轉(zhuǎn)換為isw的控制器兩部分組成，其中正弦波發(fā)生器通過鎖相環(huán)輸出與電網(wǎng)電壓同步的正弦波，然后對(duì)正弦波其中部分進(jìn)行線性化處理，得到isw波形；

68、(502)采用pi控制器對(duì)isw并網(wǎng)電流波形進(jìn)行跟隨。

69、進(jìn)一步的，步驟(6)中根據(jù)輸出有功功率p以及功率因數(shù)pf的要求，推導(dǎo)出并網(wǎng)isw波形的并網(wǎng)電流峰值a，移相角度具體為：

70、(601)根據(jù)所要求的功率因數(shù)pf結(jié)合pf關(guān)于移相角度的表達(dá)式，求解出對(duì)應(yīng)的移相角度

71、(602)根據(jù)步驟(601)得出的移相角度結(jié)合thd關(guān)于移相角度的表達(dá)式，求解出對(duì)應(yīng)pf的總諧波失真thd；

72、(603)根據(jù)輸出要求的有功功率p以及步驟(601)得出的移相角度結(jié)合有功功率p關(guān)于isw并網(wǎng)電流峰值a和移相角度的表達(dá)式，求解出對(duì)應(yīng)p和pf的并網(wǎng)電流幅值a；

73、(604)將對(duì)應(yīng)p和pf的并網(wǎng)電流幅值a以及移相角度用于構(gòu)造并網(wǎng)isw波形，作為步驟(5)中控制器的參考電流。

74、所述控制方法對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)，包括：

75、改進(jìn)正弦波構(gòu)建單元，用于構(gòu)建改進(jìn)正弦波isw作為并網(wǎng)電流，將改進(jìn)正弦波形定義為由不同頻率的正弦波形組成的波形，改進(jìn)正弦波信號(hào)中包含諧波；

76、傅里葉變換單元，用于對(duì)改進(jìn)正弦波進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解；

77、總諧波失真及功率因數(shù)分析單元，用于分析傅里葉級(jí)數(shù)分解后的改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf；

78、有功和無功分析單元，用于基于改進(jìn)正弦波的總諧波失真thd以及功率因數(shù)pf，根據(jù)功率傳輸理論，分析單相并網(wǎng)逆變器的有功功率p和無功功率q；

79、控制器設(shè)計(jì)單元，用于在理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)改進(jìn)正弦波進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；

80、控制單元，用于根據(jù)輸出有功功率p以及功率因數(shù)pf的要求，推導(dǎo)出并網(wǎng)isw波形的并網(wǎng)電流峰值a和移相角度并將并網(wǎng)isw波形作為控制器的參考電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無功功率控制。

81、用于存儲(chǔ)處理所述控制方法的控制設(shè)備，包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線；

82、其中，所述處理器、所述通信接口、所述存儲(chǔ)器通過所述通信總線完成相互間的通信；

83、所述存儲(chǔ)器，用于存放計(jì)算機(jī)程序；

84、所述處理器，用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器上所存放的程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的基于改進(jìn)正弦波的單相并網(wǎng)逆變器無功控制方法的步驟。

85、用于存儲(chǔ)執(zhí)行所述控制方法的存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被至少一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的基于改進(jìn)正弦波的單相并網(wǎng)逆變器無功控制方法的步驟。

86、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著技術(shù)效果為：在無需增加額外硬件的前提下，通過簡(jiǎn)化的控制策略實(shí)現(xiàn)了高效的無功功率調(diào)節(jié)，包括發(fā)出感性無功以及容性無功；此方法不僅操作簡(jiǎn)便，而且能夠?qū)⒐β室驍?shù)調(diào)節(jié)至0.8甚至更低，充分滿足不同電力系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)的需求；同時(shí)，該方法在保證較低的總諧波畸變率(thd)的情況下，顯著提升了電能質(zhì)量和系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性；對(duì)于能量只能單向傳輸?shù)哪孀兤?如buck逆變器，flyback逆變器等)實(shí)現(xiàn)了高效、靈活的無功功率調(diào)節(jié)和功率因數(shù)控制，適用于所有帶展開電路的逆變器，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。