[发明专利]一种集成光伏的新型统一电能质量调节装置及其控制方法

权利要求书

1.一种集成光伏的新型统一电能质量调节装置的控制方法，所述装置组成器件包括：

串联变压器，一次侧串联于在电网与负载之间，二次侧与串联变换器相连，起到串接电网与串联变换器以及隔离串、并联变换器的功能；

串联变换器，通过串联变压器接入电网远离负载的一侧，直流母线与其并联；作为正弦电流源运行，能够为负载提供有功功率与无功功率，通过控制串联变换器，能够实现控制供电主通道的电流值功能以及稳定直流母线电压；

并联变换器，一端与串联变换器共用直流母线，另一端与负载并联；作为正弦电压源运行，能够为负载提供有功功率与无功功率，通过控制并联变换器，能够实现控制负载两端的电压值始终为给定的额定值；

直流母线电容，与串联变换器和并联变换器并联；用于维持直流侧电压，补偿负载无功功率；

boost变换器，用于连接光伏阵列与直流母线电容；由于光伏电池电压较低， 通过将boost变换器向统一电能质量调节装置提供功率，控制boost变换器能够实现光伏电池恒压输入；

光伏电池阵列，经boost变换器并联于直流母线，光伏电池可以为负载提供一部分功率，以节省电网的能源；为保证串联变换器的传输效率，其传输的功率设计为不超过负载功率的30％；如果电网发生电压中断，通过并联逆变器为负载提供所需的全部功率；

其特征在于：所述方法包括如下内容：

(1)为避免电网电压畸变的影响并且能够准确获取电网电压的正序基波分量，使用广义级联延迟信号消除的方法来提取所需正序基波分量；通过广义延迟信号消除技术，设计变换使电压基波正序分量具有统一的增益通过滤波器，并滤除正序和负序的谐波；

当电压信号不平衡和畸变时，U_αβ可表示为：

式中h次谐波空间矢量的瞬时相角为初始相角，谐波次数h＝±1,±2...±H；

原始矢量延迟T/n个周期，得到延迟矢量θ_n是延迟T/n后滞后的角度，θ_n＝hω×T/n＝2πh/n；用延迟矢量乘以旋转因子得到旋转矢量结合原始矢量组成一个延迟信号消除模型：

定义为谐波增益矢量，A为增益幅值，为相角，有

当θ_n+θ_r＝2kπ,k＝0,±1,±2...时，谐波幅值增益A＝1；θ_n+θ_r＝(2k+1)π,k＝0,±1,±2...时，A＝0，由此可见，选择合适的n和θ_r，即可决定h次谐波经过延迟信号消除模型的幅值增益和相角增益；为计算简单，选择θ_r＝-2πh^*/n,h^*为用户设定的目标谐波次数，而所述集成光伏的新型统一电能质量调节装置用于提取基波，所以h^*选为1；

当h^*选为1时，增益矢量为

由于公共耦合点电压中谐波含量未知，所以采用级联延迟信号消除模型，选取N＝2,4,8,16,32五个延迟信号运算模块；

(2)负载的电压与电流通过Park变换以及瞬时功率计算之后，分别用于作为串联变换器给定电压和并联变换器给定电流的计算；

p_L＝u_Ldi_Ld+u_Lqi_Lq (5)

q_L＝u_Ldi_Ld+u_Lqi_Lq (6)

其中，电压p_L和q_L分别为负载的有功功率和无功功率，u_Ld、i_Ld是负载电压、电流经过dq分解的d轴分量，u_Lq、i_Lq是负载电压、电流经过dq分解的q轴分量；

(3)串联变换器除在公共耦合点电压发生变化时保护敏感负载，在电压不发生变化的时候，也能为负载提供其所需的无功功率，因此提高了串联变换器的利用率，降低了并联变换器的额定容量，同时也有维持直流母线电压的功能；

(4)控制传统统一电能质量调节装置并联变换器的目的是防止负载不平衡电流、谐波电流与无功电流对电网的干扰，集成光伏发电的复功率控制下的统一电能质量调节装置不仅能够实现上述功能，还能够将光伏阵列输出的有功功率注入电网，兼具维持直流母线电压的功能；并联变换器的给定值与电网电压幅值、电网相位以及复功率控制下的统一电能质量调节装置的控制角有关，通过公共耦合点电压经由广义级联延迟信号消除锁相环可得到电压基波正序分量的幅值与电网的相位，由此得到K，K＝1/k，将K做向下取整运算，得到K_d；由于公共耦合点电压暂升时，电流会下降，此时串联变换器要补偿相同无功功率就需要输出更高的电压；相比于电压暂降的情况，电压暂升出现的几率非常小，所以当电压发生暂升时，系统工作在有功功率控制下的统一电能质量调节装置的模式；

而γ角在公共耦合点电压正常时的为：

当公共耦合点电压发生变化时，上式被修正为：

其中，k＝U_S/U_L^*，Q_se为串联变换器输出的无功功率，K_d与式(8)分子相乘可以实现电压暂升时，串联变换器不参与无功补偿的功能；

(5)通过boost变换器，实现光伏电池的恒压输出，从而保证直流母线的电压不变。