[发明专利]利用直流电容动态实现自同步的三相并网变流器控制方法

说明书

本发明公开了一种利用直流电容动态实现自同步的三相并网变流器控制方法。以三相并网变流器内部的直流电容电压控制器输出帕克变换角频率，作为变流器的角频率实际值，实现直流电容电压与变流器输出角频率的动态耦合，达到以直流电容动态实现变流器并网自同步的目的。本发明方法实现了三相变流器的无锁相环自同步并网，使变流器可适应于低短路比的弱电网，且可利用直流电容的储能实现三相变流器参与电网的频率调节，提高变流器对电网的频率支撑能力。

技术领域

本发明属于电气工程领域，具体涉及一种利用直流电容动态实现自同步的三相并网变流器控制方法。

背景技术

近年来，随着以风电、光伏为主的可再生能源技术的发展，电网中三相变流器的渗透率逐渐增大。在未来以变流器为主导的电网中，变流器的特性决定了电网的特性，并对电网的安全稳定运行具有重要意义，因此，变流器的控制方法得到了广泛的关注。

目前，三相变流器的控制主要采用基于锁相环的矢量控制，但这种控制方法无法使变流器参与到电网的频率调节中，也无法使变流器在电网频率波动时为电网提供有功功率以支撑电网频率。并且，已有研究指出，基于锁相环控制的变流器不适应于弱电网下运行，因为弱电网下锁相环的动态性能变差，并可能使变流器失去稳定，危及电网的安全稳定运行。

发明内容

为了解决现有技术中采用锁相环控制的三相变流器不适应于弱电网运行且无法支撑电网频率的问题，本发明提出一种利用直流电容动态实现自同步的三相并网变流器控制方法。

本发明方法使变流器不需要通过锁相环实现与电网的同步，因此可适应于低短路比(即短路比小于等于3)的弱电网运行，并且可以利用直流电容的储能实现对电网的频率支撑，提高变流器对电网的频率支撑能力，改善了动态性能(动态性能主要是指小扰动分析下的稳定性)。

如图1所示，本发明的技术方案采用以下技术方案：

本发明以三相并网变流器内部的直流电容电压控制器输出帕克变换(ParkTransformation)角频率，作为变流器的角频率实际值，实现直流电容电压与变流器输出角频率的动态耦合，达到以直流电容动态实现变流器并网自同步的目的。

帕克变换角频率输入到积分器中经积分计算生成变流器相位θ，变流器相位θ和LCL滤波器的采样信号一起经帕克变换输出电流和电压的dq坐标分量，电流和电压的dq坐标分量经控制运算后再和变流器相位θ(是由变流器相位θ经空间矢量调制解算还原)一起输入到三相并网变流器中。

所述帕克变换角频率通过以下公式生成：

其中，ω^*是帕克变换角频率，作为变流器的角频率实际值，ω₀是变流器的角频率设定值，s是拉普拉斯算子，V_DC是直流电容电压，是直流电容电压参考值，f(s)为复数域下的传递函数表达式，可表示为：

其中，a₀,a₁,...,a_n分别表示传递函数f(s)的第一、第二、…、第n超前系数，b₀,b₁,...b_m分别表示传递函数f(s)的第一、第二、…、第m滞后系数，s是拉普拉斯算子，m、n分别表示为复数域频率下的分母分子阶数，且a_n≠0，b_m≠0，m≥0，n≥0。

优选地，上式中特定的传递函数可以采用超前滞后环节(s+K_T)/(K_Js+K_D)，使所述变流器的角频率ω^*通过以下方式控制：