不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法与流程

1.本发明涉及并网逆变器控制技术领域，具体涉及不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法。


背景技术：

2.当电网故障发生时，在抑制三相四桥臂并网逆变器的输出功率振荡的同时，三相电流与中线电流总会发生过流现象。在单相对地短路故障中，故障相电流幅值小于非故障相电流幅值，而在两相对地短路故障中，故障相幅值大于非故障相电流幅值，但二者共同点在于中线电流幅值始终大于三相电流幅值，远超在电网正常时的额定电流幅值。所以，电网不平衡情况下，在抑制三相四桥臂并网逆变器输出功率振荡的同时还需过流保护措施，才能保证并网逆变器安全运行。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，针对性地解决了在不平衡电网下三相四桥臂并网逆变器的过流问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，包括以下步骤：
5.s1、计算得到用于不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的电流参考值；
6.s2、通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值i
max
；
7.s3、将最大电流幅值i
max
与预先设定的电流安全阈值i
lim
进行比较，通过确定电流缩放系数以更新电流参考值。
8.在本发明中，优选地，步骤s2中最大电流幅值的计算方法具体为：通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量i
gx
＝i
gxα
+ji
gxβ
(x＝a,b,c,n)，最大电流幅值i
max
通过计算电流矢量i
gx
幅值得到，公式为
[0009][0010]
在本发明中，优选地，步骤s3中电流缩放系数的计算方法具体为：
[0011]
当最大电流幅值i
max
超过电流安全阈值i
lim
时，电流缩放系数ks通过公式进行计算得到，以限制输出电流处于安全阈值范围内，当i
max
未超过i
lim
时，ks取1。
[0012]
在本发明中，优选地，步骤s3中更新电流参考值的计算方法具体为：
[0013]
在计算得到电流缩放系数后，修改电流参考值，则更新后的电流参考值可表示为：
[0014][0015]
在本发明中，优选地，将更新后的电流参考值重新构建为dq坐标系中的电流矢量以得到正序电流矢量负序电流矢量以及零序电流矢量以及零序电流矢量
[0016]
本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值；通过比较最大电流幅值和电流安全阈值，确定电流缩放系数，更新电流参考值，保证逆变器在输出恒定功率的同时三相电流和中线电流幅值都不会超过逆变器安全电流阈值范围；输出复功率缩放系数与电流缩放系数一致，当最大电流幅值与电流安全阈值相差较大时，此时并网逆变器输出复功率将会变得很小，但输出功率中不含二倍频功率波动。
附图说明
[0017]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0018]
图1是本发明的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法的整体流程示意图；
[0019]
图2是本发明的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法的电流缩放系数计算框图；
[0020]
图3是本发明的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法的单相对地短路故障下三相电压v
abc
波形图；
[0021]
图4是本发明的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法的单相对地短路故障下三相电流i
gabc
、中线电流i
gn
、输出功率pq仿真波形图。
具体实施方式
[0022]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0024]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025]
如图1所示，本发明提供不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，包括以下步骤：
[0026]
s1、计算得到用于不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的电流参考值；
[0027]
s2、通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值i
max
；
[0028]
s3、将最大电流幅值i
max
与预先设定的电流安全阈值i
lim
进行比较，通过确定电流缩放系数以更新电流参考值。
[0029]
在不平衡电网下，三相四桥臂并网逆变器在功率振荡抑制控制时会出现过流现象，因此需要采取限流措施，避免逆变器在电流安全阈值范围外运行。
[0030]
假设三相四桥臂并网逆变器输出电流跟随电流参考值，计算得到电流参考值时，三相电流与中线电流幅值也就确定了。为了获得四线中最大电流幅值i
max
，在本实施例中，进一步地，步骤s2中最大电流幅值的计算方法具体为：通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量i
gx
＝i
gxα
+ji
gxβ
(x＝a,b,c,n)，最大电流幅值i
max
通过计算电流矢量i
gx
幅值得到，公式为
[0031][0032]
在本实施例中，进一步地，步骤s3中电流缩放系数的计算方法具体为：
[0033]
当最大电流幅值i
max
超过电流安全阈值i
lim
时，电流缩放系数ks通过公式进行计算得到，以限制输出电流处于安全阈值范围内，当i
max
未超过i
lim
时，ks取1。电流缩放系数ks计算框图如图2所示。
[0034]
在本实施例中，进一步地，步骤s3中更新电流参考值的计算方法具体为：
[0035]
在计算得到电流缩放系数后，修改电流参考值，则更新后的电流参考值可表示为：
[0036][0037]
在本实施例中，进一步地，将更新后的电流参考值重新构建为dq坐标系中的电流矢量以得到正序电流矢量负序电流矢量以及零序电流矢量
[0038][0039]
由于更新后的负序、零序电流矢量与正序电流矢量之间比例关系还
是同原本的各序电流矢量参考值一致，正负序分量所产生的瞬时有功功率振荡同样被零序功率中的振荡分量所抵消，瞬时无功功率振荡被负序电流所补偿，功率振荡在更新电流参考值前后都被抑制。但此时，等效输出的有功功率参考值p
′
ref
以及无功功率参考值q
′
ref
满足如下关系：
[0040]
p
′
ref
＝ksp
ref
,q
′
ref
＝k
sqref (5)
[0041]
因此，本质上，此限流方式是通过降低三相四桥臂并网逆变器的输出复功率以达到降低输出电流幅值的。输出复功率缩放系数与电流缩放系数一致，当最大电流幅值i
max
较电流安全阈值i
lim
相差过大时，此时并网逆变器输出复功率将会变得很小，但输出功率功率中不含二倍频功率波动。因此整体步骤如下：
[0042]
初步计算得到电流参考值；
[0043]
通过全通滤波器apf构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值；
[0044]
通过比较最大电流幅值和电流安全阈值，确定电流缩放系数，更新电流参考值。
[0045]
具体实例如下，在matlab/simulink中搭建三相四桥臂并网逆变器离散仿真模型，系统参数如表1所示。
[0046]
表1
[0047]
参数值直流侧电压vdc700v电网电压vg220vrms电网频率f50hz逆变器侧电感l17.5mh滤波电容cf2μf阻尼电阻rf0.3ω网侧电感l23mh中线电感ln0.3mh额定功率sg32kva电流安全阈值ilim68a开关频率fs10khz
[0048]
单相对地短路故障仿真中，假设a相发生对地短路故障并设置三相电网电压a相电压跌落至0.8p.u.，其他相保持正常，仿真结果如图3所示。仿真中不同时间段采取不同控制策略，具体为：在0～0.04s时采取不带限流方法的功率振荡抑制控制；0.04s～0.08s为带限流方法的抑制策略。在功率参考值pref＝10kw，qref＝0kva下进行仿真测试，仿真波形如图4所示。可见在采取功率振荡抑制控制时(0～0.04s)，瞬时有功、无功功率振荡都被抑制，但由于当无限流措施，中线电流远超电流安全阈值ilim，实际中不允许逆变器输出如此高的电流，因此需要限流措施。通过采用所提限流措施后(0.04～0.08s)，中线电流幅值降至电流安全阈值ilim。
[0049]
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、计算得到用于不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的电流参考值；s2、通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值i
max
；s3、将最大电流幅值i
max
与预先设定的电流安全阈值i
lim
进行比较，通过确定电流缩放系数以更新电流参考值。2.根据权利要求1所述的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，其特征在于，步骤s2中最大电流幅值的计算方法具体为：通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量i
gx
＝i
gxα
+ji
gxβ
(x＝a,b,c,n)，最大电流幅值i
max
通过计算电流矢量i
gx
幅值得到，公式为3.根据权利要求1所述的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，其特征在于，步骤s3中电流缩放系数的计算方法具体为：当最大电流幅值i
max
超过电流安全阈值i
lim
时，电流缩放系数k
s
通过公式进行计算得到，以限制输出电流处于安全阈值范围内，当i
max
未超过i
lim
时，k
s
取1。4.根据权利要求1所述的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，其特征在于，步骤s3中更新电流参考值的计算方法具体为：在计算得到电流缩放系数后，修改电流参考值，则更新后的电流参考值可表示为：5.根据权利要求1所述的不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，其特征在于，将更新后的电流参考值重新构建为dq坐标系中的电流矢量以得到正序电流矢量负序电流矢量以及零序电流矢量

技术总结
本发明提供不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的限流方法，包括以下步骤：S1、计算得到用于不平衡电网下四桥臂并网逆变器功率振荡抑制的电流参考值；S2、通过全通滤波器构造三相电流以及中线电流的虚拟电流矢量，计算得到最大电流幅值I


技术研发人员：徐鹏生 承强 李蕊 迟永泽
受保护的技术使用者：林源电力（南京）有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15