光伏并网逆变器的电流谐波抑制策略
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光伏并网对电网谐波的影响及抑制摘要:光伏并网发电系统的主要来源是太阳能,积极将太阳能转化成电能,在并网逆变器的作用下传输到电能内,实现电能供应。
光伏并网发电系统内的关键技术比较复杂,关键技术的应用目的是提高太阳能的转化率,解决我国电能资源中的消耗问题,推进清洁能源的利用率。
光伏并网发电系统中的关键技术起到重要的作用,不仅深化了对太阳能的应用,更是改善了光伏并网发电系统的运行环境。
关键词:光伏并网;电网谐波;影响;抑制1光伏并网发电系统的特点由于光伏并网发电系统的工作原理是基于半导体的光生伏打效应将太阳能直接转换成电能,然后通过逆变器将光伏电池阵列发出的直流电转化为符合要求的交流电,并通过变压器接入电网。
由于受到白天夜晚,以及不同天气、地域以及时间的影响,光伏并网发电系统具有不同于普通火电、水电发电系统的独特性:1.2.1 随机波动性由于发电系统所处的环境温度、天气条件以及太阳能光照强度等因素的影响,使得光伏发电具有明显的随机波动性,随着光照条件、强度以及天气的变化,光伏发电系统的输出功率呈随机波动的特点。
1.2.2 纯有功功率性目前将光伏发电的输出电并网至电网的主要方法是逆变器,其控制方式是输入电压源,输出电流源,即电压源电流控制方式;这种方式通过控制输出电流跟踪网点电压进行并网。
输出功率因数近1,几乎为纯有功功率输出。
1.2.3 孤岛保护负荷相关性孤岛效应可以通过抗孤岛设备监测出来,目前的发电现状,光伏发电容量在电网中比重较小,监测准确度较高,但随着光伏并网发电系统的发展,光伏发电容量也在逐步提高,这就使得孤岛效应监测的时间增长,有可能和失败而导致电网故障。
同时,由于分布式光伏并网发电系统和集中式光伏并网发电系统类型的不同,其有着各自独特性:对于分布式光伏并网发电系统,其接入电网一般为低压配电网(0.4 kV),由于其户用式分布,所以还可以与风能发电等新能源一起形成微网并接入电网;而对于集中式光伏并网发电系统,由于其发电站式集中分布,所以可以更容易的进行电压和无功调节,因而更容易接入电网,接入电网以高压(10 kV)为主,但也是由于集中分布于远离城市的光照充足的区域,使得输电距离更远,容易形成干扰,并使得电路老化和损耗,二次设备成本较高。
光伏发电系统并网的谐波治理发布时间:2021-11-09T07:53:41.501Z 来源:《中国电业》(发电)》2021年第14期作者:姚国强[导读] 由于国家能源转型要求、清洁能源消纳目标及新能源成本快速下降等因素,到2030年,我国计划将单位国内生产总值中二氧化碳排放量比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,森林蓄积量比2005年增加60亿立方米以上,太阳能和风电的总装机容量将达到12亿千瓦以上,实现2030年碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和。
陕西金元新能源有限公司陕西省西安市 710000摘要:由于国家能源转型要求、清洁能源消纳目标及新能源成本快速下降等因素,到2030年,我国计划将单位国内生产总值中二氧化碳排放量比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,森林蓄积量比2005年增加60亿立方米以上,太阳能和风电的总装机容量将达到12亿千瓦以上,实现2030年碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和。
随着光伏、风电等新能源大量接入电网,由于其在发电过程中存在诸多问题,如能量不连续、电压闪变、频率波动以及谐波污染等,将对电网的运行和电能质量产生巨大的影响,从而对电网安全性和稳定性产生冲击。
本文主要解决光伏发电系统中的谐波问题。
首先,通过分析光伏发电系统产生谐波的原因,阐述了谐波对电力系统运行的安全、可靠性可能造成的危害,最后针对实际项目中光伏发电产生的谐波提出了相应的抑制措施。
关键词:光伏发电系统;谐波治理;谐波电流引言太阳能光伏发电技术是通过光伏组件将太阳能转化为直流电,再通过并网型逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并进入电网。
逆变过程中会产生大量谐波,造成谐波污染。
为了抑制谐波、降低电压波动和闪变,以及解决三相不平衡,本文引入三相三线制的有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)进行谐波检测和补偿,从而保证电能质量。
光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器作为光伏发电系统中的重要组成部分,其控制策略的合理性直接影响系统稳定性、输出效率及线路积分,因此,研究光伏并网逆变器控制策略至关重要。
一般来说,光伏并网逆变器的控制策略主要包括电压控制、功率控制及谐波抑制等方面。
电压控制主要是保障逆变器输出电压的稳定,避免电压波动过大带来的不良影响。
在此过程中,可以采用PID控制算法等方法进行电压的调节控制,从而实现输出电压的稳定。
功率控制主要是控制逆变器的输出功率,保障其输出功率满足系统需求并充分利用太阳能资源。
在此过程中,需要对太阳能产生的电能进行有效捕捉,同时又要保障逆变器输出的电能对系统的影响最小。
一般可采用MPPT跟踪、脉冲宽度调制等方法进行功率控制。
谐波抑制方面主要是控制光伏并网逆变器输出的谐波,避免谐波对系统稳定性的不良影响。
在此过程中,可采用滤波器等方法进行谐波的抑制处理。
总之,在光伏并网逆变器控制策略研究过程中,需要对光伏发电、逆变器控制及电力系统等方面进行深入研究,以实现光伏发电系统的高效、稳定运行。
试论光伏电站逆变器电能变换中谐波的产生及消除摘要:逆变器作为光伏发电的并网接口以及交直流变换的主要枢纽,其输出电流中常常含有较多谐波。
大中型光伏电站逆变器在并联工作模式下输出的谐波满足叠加原理,因此即使单台逆变器输出的谐波较小,多个谐波源的叠加也可能放大谐波畸变,使输出的总谐波超过允许值,进而影响电网电能质量。
此外,多个谐波源还可能在配电网内激发高次谐波的功率谐振。
本文分析了光伏电站逆变器电能变换中谐波的产生及消除。
关键词:光伏电站逆变器;电能变换;谐波消除引言随着光伏电站装机容量的爆发式增长,大规模光伏电站的接入及电力电子装置的广泛应用使得大量非线性负载也加入到电力系统中,对电力系统造成污染,出现电能质量问题。
目前,谐波问题是制约光伏电站并网最主要的问题之一。
1 光伏电站逆变器电能变换中谐波的产生1.1 在大型光伏电站集电系统中,各发电单元之间的电缆由于线路长度短、电压等级低,因而在某些研究中忽略了电缆参数的影响,认为各个发电单元为简单的并联关系。
在忽略站内集电系统的电缆参数后,网络的谐振频率有所降低,谐振点的电压放大倍数也明显增大,其余各点的电压放大情况也有所改变。
在考虑站内集电系统电缆参数的情况下,电压放大倍数随输入谐波次数的增加呈上升趋势,随后逐渐下降,在忽略站内集电系统电缆参数的情况下,网络在输入6 次谐波电流时发生了谐振,当谐波次数小于6 次时,电压放大倍数随输入谐波次数的增加呈上升趋势,随后逐渐下降,由此可见,大型光伏电站中集电系统的电缆参数会对谐波分析结果造成一定影响,所以在进行谐波分析时应当考虑站内集电系统的电缆参数。
1.2 电缆阻抗值大小的改变对PCC 点处的谐振频率几乎没有影响,但是随着电缆阻抗值的增大,PCC 点在谐振频率下的电压放大倍数先减小后增大; 电缆导纳值大小的改变对PCC点处的谐振频率也没有明显的影响,但是随着电缆导纳值的增大,PCC 点在谐振频率下的电压放大倍数逐渐增大,但增大得比较缓慢。
光伏并网逆变系统谐波综合分析目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (3)二、光伏并网逆变系统基础 (5)2.1 光伏并网逆变器原理 (6)2.2 光伏并网逆变系统结构 (7)三、谐波产生机理及危害 (9)3.1 电流谐波产生机理 (10)3.2 电压谐波产生机理 (11)3.3 谐波对光伏系统的影响 (12)四、光伏并网逆变系统谐波检测方法 (13)4.1 电流谐波检测方法 (15)4.2 电压谐波检测方法 (16)五、光伏并网逆变系统谐波治理技术 (17)5.1 无源滤波器 (18)5.2 有源滤波器 (18)5.3 混合滤波器 (19)六、光伏并网逆变系统谐波综合评估 (21)6.1 谐波含量评估 (22)6.2 谐波治理效果评估 (23)七、案例分析 (24)7.1 光伏并网逆变系统谐波治理成功案例 (25)7.2 光伏并网逆变系统谐波治理失败案例分析 (26)八、结论与展望 (28)8.1 研究成果总结 (29)8.2 未来发展趋势与展望 (30)一、内容描述随着可再生能源的快速发展和广泛应用,光伏发电在电力系统中的占比逐年增加。
光伏并网逆变系统作为光伏发电系统的核心组成部分,其性能优劣直接影响到光伏发电系统的稳定性和可靠性。
谐波是光伏并网逆变系统中常见的电能质量问题之一,它不仅影响电力系统的电能质量,还可能对电网和设备造成损害。
本文将对光伏并网逆变系统的谐波产生机理进行深入分析,探讨谐波产生的原因及其对电力系统的影响。
本文将介绍一种基于数字信号处理(DSP)的光伏并网逆变系统谐波综合分析方法,该方法能够实时监测和分析光伏并网逆变系统中的谐波电流,为电网运行提供有力支持。
我们将首先介绍光伏并网逆变系统的基本原理和结构,然后详细分析谐波的产生机理及其对电力系统的影响。
我们将介绍一种基于DSP的光伏并网逆变系统谐波综合分析方法,包括谐波检测算法、谐波源定位算法以及谐波抑制策略等方面的内容。
光伏发电系统并网的谐波治理摘要:随着人们生活水平的提高,对电力的需求量不断增加。
现阶段,大量新能源发电接入电力系统,光伏并网系统中光伏逆变器输出阻抗与电网侧等效阻抗在并网交点处的等效阻抗和出现极小值,此时电网电流迅速增大引发系统的谐振问题,因此有必要构建光伏逆变器参数的稳定域从而对系统是否发生谐波谐振进行评估和预警。
对此,为了研究光伏逆变器与电网中谐波谐振交互影响的问题,提出了一种新型模态分析法,建立了光伏谐波源的诺顿等效模型并推导出逆变器的等效输出阻抗公式,基于Gerschgorin圆盘定理求解状态矩阵的最优相似变换模型,以此构建出光伏逆变器参数的安全域并与传统的逐点法进行对比,算例仿真结果表明了该方法在计算准确性和计算效率方面的优越性。
关键词:光伏发电;系统并网;谐波治理引言煤、石油、天然气等传统化石能源具有储存量有限且不可再生性,使用过程中还会带来严重的环境污染问题。
开发绿色可再生的新能源成了刻不容缓的一项全球性任务。
太阳能是其中分布范围最广、可大范围开发利用、不产生污染、用之不竭的一种新能源,各国都在大力发展太阳能发电。
随着电网结构越来越庞大及分布式发电形式的发展,光伏并网发电系统将得到广泛应用,但其谐振问题值得关注。
1光伏并网系统谐振问题图1为光伏并网系统结构图。
光伏并网系统由光伏电池部分、逆变器部分、LCL滤波器部分及电网部分组成,由n台逆变器系统并联在公共母线上再接入电网。
其中,PV1~PVn为光伏电池组阵列;MPPT模块为最大功率点跟踪控制单元;Cdci为直流侧稳压电容;R1-n、R2-n分别为LCL滤波器逆变器侧电感的寄生电阻和网侧电感的寄生电阻;L1-n、L2-n分别为滤波器逆变器侧电感和网侧电感;Ci为滤波器的滤波电容;Upcc为并网连接母线处的母线电压;Rg、Lg分别为电网等效阻抗;Ug、ig分别为电网电压和电流。
由于光伏发电系统的输出时常有不稳定且间歇性的情况出现,因此光伏并网发电系统的输出含有不少谐波频谱。
光伏并网逆变器的阻抗重塑与谐波谐振抑制摘要:研究了并网逆变器的输出阻抗整形控制及其在抑制分布式光伏发电系统谐波谐振中的应用。
首先,以一个典型的分布式光伏并网发电系统为例,定量分析了单个并网逆变器和多个并网逆变器两种情况下系统中串并联谐波谐振的机理和影响因素。
其次,提出了一种能够重塑光伏并网逆变器高频输出阻抗的控制策略。
并网电压/电流的基波分量经过基于二阶广义积分器的陷波滤波器滤波,再经过输出阻抗控制后反馈到其指令电流(或调制信号),从而重塑并网逆变器的输出阻抗。
当重构阻抗表现出足够的电阻时,可以有效抑制网络中的高频谐波谐振。
最后,利用PSCAD/EMTDC仿真结果和微网实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。
关键词:分布式光伏;并网逆变器;虚拟阻力;网络阻抗重塑;串联谐波共振;共振阻尼近年来,全球能源危机和环境问题日益严重,光伏等可再生能源越来越受到重视[1]。
随着光伏电池成本的不断降低,并网光伏发电系统有望在未来电力系统中得到更广泛的应用[2]。
然而,随着光伏普及率的不断提高,光伏并网逆变器给配电网的安全稳定和电能质量带来了巨大的挑战[3]。
特别是在分布式光伏并网系统中,不断发现多个并网逆变器之间的相互作用会在配电网中引起串并联谐波谐振,在并网逆变器自身保护或配电网保护的参与下,甚至可能造成并网逆变器无故障跳闸,降低其并网发电能力和向用户供电的可靠性[4]。
然而,作为一种典型的电力电子装置,光伏并网逆变器具有比传统同步发电机更快的瞬态响应速度和控制自由度。
在先进控制策略的作用下,可以为配电网提供更加丰富的辅助服务,提高配电网的运行能力。
1光伏并网系统的串并联谐波谐振1.1典型光伏并网发电系统并网光伏系统的谐波谐振由谐振网络和激励源共同决定。
一方面,分布式光伏并网逆变器连接在配电网相对较弱的一端,其网络阻抗复杂,可能隐含各种串并联谐振电路。
另一方面,并网逆变器是典型的电力电子开关设备,其开关过程会带来丰富的谐波成分,可能会激发这些隐藏的串并联谐波谐振电路,导致配电网的谐振。
光伏并网逆变器的电流谐波抑制策略光伏并网逆变器的电流谐波抑制策略1 引言并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置,将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到电网上,在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。
随着投入应用的并网逆变器日益增多,其输出的并网电流谐波对电网电压的污染也不容忽视。
按照GB/ T 19939-2005所要求,光伏并网逆变器的总输出谐波电流应小于逆变器额定输出的5%,各次谐波也应限制在表1所列的百分比之内:表1 谐波电流畸变限值2 基于d-q坐标系的控制策略«Skip Record If...»图1 光伏逆变器电路结构如图1所示,在三相静止对称坐标系中,其交流侧的物理量均为时变交流量,不利于控制系统的设计。
为此考虑通过坐标变换将三相静止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的d-q坐标系。
这样经过坐标变换后,三相静止对称坐标系中的基波正弦变量将转化为d-q坐标系中的直流分量。
在d-q坐标系下,其数学模型可描述为:«Skip Record If...»(2-1)«Skip Record If...»(2-2)式中«Skip Record If...»、«Skip Record If...»——电网电动势矢量«Skip Record If...»的d、q分量«Skip Record If...»、«Skip Record If...»——三相VSR交流侧电压矢量«Skip Record If...»的d、q分量«Skip Record If...»、«Skip Record If...»——三相VSR交流侧电流矢量«Skip Record If...»的d、q分量«Skip Record If...»——微分算子由式2-1可以看出,由于VSR的d、q轴变量相互耦合,因而给控制器设计造成一定困难。
电气传动2018年第48卷第9期摘要:为有效抑制三相光伏并网逆变器的并网电流谐波,提出一种比例复数积分谐波抑制方法。
首先,介绍比例复数积分的由来及特性;然后根据其特性,结合PI 控制方法提出一种组合谐波抑制方法,给出组合方法的控制框图,分析其稳定性和稳态误差;最后,搭建三相光伏逆变器的Matlab/Simulink 仿真模型及实验平台,对理论分析的结果进行了验证。
仿真及实验结果证明所提出的组合算法相对于PI 控制,能够有效地抑制并网电流的低次谐波,减小稳态误差,具有良好的实际应用价值。
关键词:并网逆变器;比例复数积分;解耦控制;谐波抑制中图分类号:TP18文献标识码:ADOI :10.19457/j.1001-2095.dqcd18102Harmonic Suppression Method for Grid Connected Photovoltaic InverterLIAO Zhipeng ,LIU Zhiyu ,XI Ruixia(College of Information Engineering ,Nanchang University ,Nanchang 330031,Jiangxi ,China )Abstract:In order to effectively suppress the grid current harmonics of three -phase grid connected photovoltaicinverters ,a proportional complex integral harmonic suppression method was proposed.First ,the origin and characteristics of proportional complex integral were introdued.Then ,according to its characteristics ,combined with PI control method ,a combination method was proposed to suppress harmonic ,the control block diagram was given ,the the stability and steady -state error were analyzed.The Matlab/Simulink simulation model and experimental platform for the construction of PV inverter were built ,the results of theoretical analysis were verified.Simulation and experimental results show that the proposed algorithm can effectively suppress the low order harmonics of the grid connected current and reduce the steady -state error ,and has good practical application value compared with the PIcontrol.Key words:gird connected inverter ;proportional complex integral (PCI );decoupling control ;harmonicsuppression光伏逆变器并网电流谐波抑制方法廖志鹏,刘志宇,郗瑞霞(南昌大学信息工程学院,江西南昌330031)基金项目:国家国际科技合作专项(2014DFG72240);江西科技落地计划项目(KJD14006);南昌大学研究生创新项目(CX2017184)作者简介:廖志鹏(1994-),男,硕士研究生,Email :1769560561@并网光伏逆变器实现太阳能电池板和电网之间的能量交互,但其输出电流中常含有大量的谐波[1-2]。
光伏发电系统并网的谐波治理摘要:近年来,我国电力事业发展已经相当成熟,光伏发电应景在电力行业中占据了重要地位。
由于光伏发电系统的自身特性,会不可避免地产生谐波电流,注入公用电网,造成电网电能质量下降,可能导致电网内设备故障,影响电力正常输送。
基于此,分析、讨论谐波的危害及治理办法。
关键词:光伏发电系统;谐波治理1光伏发电系统概述光伏发电是利用半导体材料的光生伏特效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术。
所谓光生伏特效应,简言之,就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
在各种新能源利用中,光伏发电是非常普遍和极其重要的一种发电方式。
这是因为光伏发电除了像其他发电一样能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性以外,还具有以下独特的优点。
(1)资源充足,可再生。
(2)资源分布广泛,很多地区常年有充足的太阳能资源。
(3)清洁环保,噪声污染也很小。
(4)不容易损坏,运行维护简单,运行费用低,使用寿命长。
(5)在建筑多土地资源不足的地方,可以有效利用建筑物屋顶和幕墙,无需占用土地资源。
而且各种彩色光伏组件可取代和节约玻璃幕墙等外饰材料。
所以,尽管光伏发电有着能量分散、间歇性大、地域性强、转换效率低和成本高等缺点,但是世界各国仍然踊跃制定相关政策鼓励光伏产业的发展。
光伏发电有离网和并网两种运行方式。
所谓离网运行是指负荷由光伏发电系统单独供电的运行方式。
并网运行是指光伏发电系统接入配电网,与原有公用电网一起向负荷供电的运行方式。
过去,由于太阳能电池的生产成本居高不下,光伏发电大多只工作在离网运行方式,用于为居住分散、使用化石燃料成本高、送电难度大的地区提供一种经济的发电方式。
离网型光伏发电系统常与其他发电系统组成混合供电系统,如风-光混合系统、风-光-油混合系统等。
近年来,并网光伏系统的年安装容量已占到世界太阳能电池年产量的70%以上。
而且,与离网光伏系统相比可以省掉蓄电池,使建设投资减少25%—30%,从而使发电成本大为降低。
光伏并网逆变器的电流谐波抑制策略1 引言并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装臵,将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到电网上,在光伏并网发电系统中起着至关重要的作用。
随着投入应用的并网逆变器日益增多,其输出的并网电流谐波对电网电压的污染也不容忽视。
按照GB/ T 19939-2005所要求,光伏并网逆变器的总输出谐波电流应小于逆变器额定输出的5%,各次谐波也应限制在表1所列的百分比之内:2 基于d-q坐标系的控制策略B1图1 光伏逆变器电路结构如图1所示,在三相静止对称坐标系中,其交流侧的物理量均为时变交流量,不利于控制系统的设计。
为此考虑通过坐标变换将三相静止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的d-q坐标系。
这样经过坐标变换后,三相静止对称坐标系中的基波正弦变量将转化为d-q 坐标系中的直流分量。
在d-q 坐标系下,其数学模型可描述为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d q d q d v v i i R Lp L L R Lp e e ωω (2-1)dc dc q q d d i v i v i v =+)(23(2-2)式中 d e 、q e ——电网电动势矢量dq E 的d 、q 分量d v 、q v ——三相VSR 交流侧电压矢量dq V 的d 、q 分量 d i 、q i ——三相VSR 交流侧电流矢量dq I 的d 、q 分量p ——微分算子由式2-1可以看出,由于VSR 的d 、q 轴变量相互耦合,因而给控制器设计造成一定困难。
为此,可采用前馈解耦控制策略,当电流调节器采用PI 调节器时,则d v 、q v 的控制方程如下:q d q q il iP q e Li i i sK K v +--+-=ω))((*(2-3)d q d d il iP de Li i i sK K v ++-+-=ω))((*(2-4)式中 iP K 、il K ——电流内环比例调节增益和积分调节增益*qi 、*d i ——d i 、q i 电流指令值将式2-3、式2-4代入式2-1,并化简得: Li s K K L i s K K R pi dil iP d il iP d *)()(++++-=同样,求得:Li s K K L i s K K R pi qil iP q il iP q *)()(++++-=显然,上式表明,基于前馈的控制算法2-3、2-4使得三相VSR 电流内环),(q d i i 实现了解耦控制,如下图所示:ai bi ci图2 三相VSR 电流内环解耦控制结构由于两电流内环的对称性,因而下面以q i 控制为例讨论电流调节器的设计。
考虑电流内环信号采样的延迟和PWM 控制的小惯性特性,已解耦的q i 电流内环结构如图3所示图3 q i 电流环结构3 波形畸变的原因3.1 死区对波形的影响在逆变器的工作过程中,为了防止逆变器桥臂上、下开关管直通,一般都要在两管的开关信号中插入死区时间,在此时间内上、下两管都处于关断状态,此时的输出电压由电感上的电流方向决定。
设电感电流L i 和输出电压U 的参考方向如图1所示,则在死区期间,若电感电流0>L i ,则续流二极管D6导通,输出电压为负;若电感电流0<L i ,则续流二极管D1导通,输出电压为正。
由图2可以看出,死区使实际逆变器输出PWM 波形与理想PWM 波形之间存在差异,两者之差是一组包络线为正负对称方波、极性与电流方向相反、幅值为2/d E ±,宽度为死区时间d T 的电压脉冲序列。
由于方波里不仅含有基波分量,而且还含有大量的谐波分量,因此死区的存在一方面会影响输出基波电压的幅值和相位,令一方面又会使输出电压波形发生畸变。
图4 死区对波形的影响3.2 并网点电压畸变内模原理意味着只有将系统外部信号的动力学模型植入控制器以构成反馈控制系统,才能实现无静差地跟随输入信号。
对于一个交流信号而言,由于PI 控制策略并不具备所需的动力学模型,也就无法实现无静差的跟踪。
在基于d-q 坐标系的控制策略中,若只考虑交流基波分量,则在稳态时d-q 坐标系中,其d i 、q i 均为直流分量。
毫无疑问,在这种情况下PI 控制策略能实现无静差的控制。
然而,如果并网点电压a e 、b e 、c e 存在波形畸变或不平衡等情况,则在d-q 坐标系中,d e 、q e 存在一定的交流量。
而PI 控制策略将无法对这些非直流信号实现有效的无静差控制。
3.3 SVPWM 高频谐波对于PWM 控制的电压型逆变器,其输出电压波形为矩形波,含有大量的谐波。
与SPWM 相比,SVPWM 通过选择适当的开关状态,来控制电压空间矢量的运动轨迹,具有谐波总畸变率小、直流电压利用率高的优点。
根据参考文献1所述,写出A 相调制函数:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<≤<≤+<≤<≤<≤<≤-⨯=πθππθππθπθππθπθπθππθπθ235,32)6cos(3534,323)cos(334,30)6cos(m u A (3-1)式中,m ——SVPWM 的线电压调制度。
由于三相调制波相互对称,仅在相位上相差120°,因此可得其线电压的调制函数为: )6cos(2πθ+=-=m u u u B A AB (3-2)由于SVPWM 的波形较为复杂,采样得到的相电压包含两种角频率,故采用二维傅立叶分析的方法。
令:t t x c ω=)(,t t y r ω=)(式中: c ω——载波角频率;r ω——调制波角频率;对于由)(t x 、)(t y 共同作用的),(y x u AB ,写出其傅立叶展开式:∑∑∞=∞=+=00)(),(k n ny kx j n kn AB e K y x u λ(3-3)式中: ⎰⎰-+-=ππππ20)(2),()2(1dy dx e y x u K ny kx j AB kn321πλn jn e--=参考SVPWM 规则采样示意,令载波幅值为1,考虑式3-1的调制波分段函数,得到SVPWM 脉冲在6个区间内的开关时间:图5 SVPWM 调制波规则采样示意1. 调制波在)3/,0(π区间⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+-=6cos 126cos 122111ππθππθy m y m (3-4)2. 调制波在)3/2,3/(ππ区间()[]()[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⨯+=⨯+-=y m y m cos 312cos 3122212πθπθ (3-5)3. 调制波在),3/2(ππ区间⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+-=6cos 126cos 122313ππθππθy m y m (3-6)对于调制波在其)3/4,(ππ,)3/5,3/4(ππ,)2,3/5(ππ内,开关区间的选择对应重复式3-4~式3-6。
对于由图3规则采样得到的SVPWM 波形,其相电压a u 中含有2/dc v ±两种电平,计算其傅立叶系数时,内积分需要分成3段讨论,计算复杂。
为简化计算量,在a u 波形上注入一个直流量,得到的效果是将a u 波形整体上移2/dc v 。
此时a u 波形中只含有dc v 、0两种电平,在计算傅立叶系数时,可将双重积分内限由π-、π变为x 1θ、x 2θ(3,2,1=x )。
只需在最终的结果中,减去注入的直流分量即可。
由此:⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+++=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰+-+-+-+-+-+-dy dx e dy dx e dy dx e dy dx e dy dx e dy dx e v K ny kx j ny kx j ny kx j ny kx j ny kx j ny kx j dc knππθθππθθππθθππθθππθθπθθπ23/5)(3/53/4)(3/4)(3/2)(3/23/)(3/0)(22313221221112313221221114 (3-7)根据以上各部分的计算,考虑到r c ωω>>,可得到SVPWM 线电压波形谐波分析的结论:1、谐波主要集中在采样频率s f 以及s f 的整数倍附近2、在线性调制阶段,载波频率s f 增加,低次谐波分量总量会减少,总的谐波畸变率会有相应的降低3、随着调制系数m 的降低,低次谐波分量会增加,总的谐波畸变率会增大,这是由于零矢量相对增强。
4、在过调制阶段,低次谐波分量按不同次数有不同程度的增加,这是因为调制波本身就发生了畸变,矢量轨迹并非圆形,而是在圆形和正六边形之间相互切换。
4 死区补偿以逆变器中一个桥臂的A 相为例进行死区效应分析,其负载为感性。
在理想状况下,功率管VT1和VT2的开关状态是互补的。
但是臵入死区时间d T 后,功率管要延迟d T 才能导通。
因此在死区时间内,VT1和VT2都处于关断状态,输出电流经过二极管续流。
由图4可见,假设电流流入感性负载的方向为正,流出为负。
在死区时间内,0>i 时,VD2导通,相当于下桥臂开关管导通,a 点连接到光伏电池的负端。
同理,当0<i 时,VD1导通,a 点连接到光伏电池的正端。
图6 VT1、VT2开通和关断时的电流流向 Fig 6 Current directions when VT1、VT2 is on an off )一个载波周期内,开关管的理想和实际开关状态如图5所示。
图中,+a S 和-a S 分别为上下管的触发导通信号,a 和b 为上下桥臂的理想触发信号;c 和d 为实际开关信号,阴影部分时,上下管均处于关断状态。
i>0时,下桥臂二极管导通,就上管而言,输出正电压的脉冲宽度减少了d T ,即实际导通时间比理想导通时间缩短了d T ,而下管的实际导通时间则比理想导通时间延长了d T 。
需要做的补偿是将上管的理想导通时间延长d T ,由于信号的互补性,下管的理想导通时间相应缩短了d T ,达到了实际导通时间与理想的相一致的目的,从而保证了实际脉冲信号与给定脉冲信号的一样性。
同理可知,i<0时,补偿方法是将上管的理想导通时间缩短d T图7 理想触发信号和实际开关信号 (Fig.7 Ideal trigger signals and real switch signals )5 基于广义积分的控制策略在两相静止坐标系下,被控对象为交流量。
传统的PI 控制器,只能无差跟踪直流给定信号,如要使得被控对象在控制器的作用下,其输出能无差地跟踪交流量,则必须采用新的控制器。
根据内模原理,如果系统的给定信号或扰动为单一频率的正弦信号,那么只要在控制器中植入与指令同频的正弦信号模型 22)(ωω+=s s G ,就可以实现系统的无静差跟踪。