專利名稱：一種微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種智能配電網(wǎng)微源并網(wǎng)及電能質(zhì)量控制多變流系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
微網(wǎng)是基于可再生能源的分布式微型電網(wǎng)技術(shù)，近年來越來越受到人們的關注。不過微網(wǎng)在并網(wǎng)運行時，由于微源的間歇性、不穩(wěn)定性，以及大量電力電子的使用造成微網(wǎng)內(nèi)部和配電網(wǎng)接入出點電能質(zhì)量指標較差。同時當大量分布式電源投入時，更會帶來諸多的電能質(zhì)量問題。這將對一些對供電質(zhì)量要求很高的設備產(chǎn)生極大的危害，也會對大電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響。為解決這一問題，對微源并網(wǎng)時電能質(zhì)量處理有了更高的要求能夠進行微源并網(wǎng)供電的同時進行電能質(zhì)量的處理、限制負載短路電流。而現(xiàn)有的一些裝置存在以下不足
I、現(xiàn)有的限制負載短路電流的裝置如圖I所示為帶旁路電感的變壓器耦合三相橋式固態(tài)限流器，其工作原理是正常運行時，三相橋晶閘管TfT6各導通180°，T7、T8觸發(fā)脈沖 常加，直流電感中的電流為負載電流耦合到二次側(cè)的電流峰值，近似恒定，直流電感兩端的電壓近似為零，所以耦合變壓器副邊電壓近似為零，耦合變壓器副邊等效阻抗為零，原邊相當于被短路，串聯(lián)電抗不起作用，不影響系統(tǒng)正常運行；當發(fā)生短路故障時，變壓器上承受電壓，旁路電感和通過變壓器耦合到原邊的等效直流電感并聯(lián)后串入主回路，限流電流的上升；控制系統(tǒng)封鎖各晶閘管脈沖，使橋路退出運行，副邊相當于短路，從而旁路電感自動串入被短路線路，起到限流的目的，因此，當電網(wǎng)正常運行時，限流器串入電網(wǎng)中存在空載運行，這樣就形成了損耗，造成了資源浪費。2、現(xiàn)有的電能質(zhì)量治理裝置如圖2所示為統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器。其工作原理電路系統(tǒng)由一個串聯(lián)APF和一個并聯(lián)APF組成，兩者共用直流側(cè)。其中，靠近電網(wǎng)側(cè)的串聯(lián)APF按受控電壓源方式工作，通過變壓器串聯(lián)連接在電網(wǎng)和負載之間，當電網(wǎng)側(cè)電壓發(fā)生波動時，向電網(wǎng)注入一個幅值、相位可控的補償電壓，以保證負載電壓穩(wěn)定；而靠近負載側(cè)的并聯(lián)APF按受控電流源方式工作，通過輸出電感L連接在負載側(cè)，向電網(wǎng)注入與負載諧波和無功電流大小相等方向相反的電流，抑制非線性負載電流對電網(wǎng)的影響。直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定由并聯(lián)APF從電網(wǎng)吸收或釋放有功功率來維持?，F(xiàn)有的電能質(zhì)量治理裝置，短路限流裝置，光伏發(fā)電裝置都不能兼顧電能質(zhì)量治理、故障限流和光伏發(fā)電，使得微網(wǎng)建設成本增加。同時固態(tài)限流器在正常工作時Τ1-Τ8管及直流電感長時間都有電流流過，形成了長時間的損耗，造成了資源的浪費。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，該系統(tǒng)控制方法能有效解決固態(tài)限流器的能耗問題，同時能起到抑制電壓波動，抑制各種非線性、沖擊性負載引起的諧波與無功電流以及光伏并網(wǎng)發(fā)電的作用。提高微源并網(wǎng)發(fā)電過程中電能質(zhì)量指標和安全可靠性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，包括微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)，所述微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)包括統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器、耦合變壓器、驅(qū)動電路、短路電流檢測電路、DSP控制器，所述統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器由串聯(lián)型有源電力濾波器和并聯(lián)型有源電力濾波器串聯(lián)組成，所述串聯(lián)型有源電力濾波器三個輸出端各通過一個開關管與一個耦合變壓器連接，所述三個耦合變壓器接入三相電網(wǎng)和三相負載之間，所述三個耦合變壓器的原邊各并聯(lián)有一個限流大電感，所述三個耦合變壓器副邊兩兩連接，每個耦合變壓器副邊并聯(lián)有一個電容；所述并聯(lián)型有源電力濾波器并接入三相電網(wǎng)，所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容側(cè)依次并聯(lián)有一個開關管和光伏電源；所述光伏電源包括光伏陣列和光伏陣列電容，所述光伏陣列與光伏陣列電容并聯(lián)；所述短路電流檢測電路與第一驅(qū)動電路連接，第一驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器和耦合變壓器之間的開關管連接；所述DSP控制器與第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路連接，所述第二驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器的開關管連接，所述第三驅(qū)動電路與并聯(lián)型有源電力濾波器的開關管，所述第四驅(qū)動電路與光伏電源側(cè)的開關管連接，該方法步驟如下 I )檢測三相電網(wǎng)側(cè)電壓Aa、^ ,三相電網(wǎng)側(cè)電流ha、hi、h,-，耦合變壓器原邊電壓
^,三相負載電流k、hi、,并聯(lián)型有源電力濾波器輸出電流“、hL·k ,直
流側(cè)電容電壓^、光伏陣列輸出電容電壓、光伏陣列輸出電流‘通過PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量三相電網(wǎng)電壓的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位；
2)根據(jù)檢測到的負載側(cè)電流值，短路電流檢測電路判斷負載側(cè)是否出現(xiàn)短
路故障，并輸出相應的開關信號G ;如果負載側(cè)出現(xiàn)短路，短路電流檢測電路輸出低電平，即G為0，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器與耦合變壓器副邊之間的開關管全部
斷開，同時第二驅(qū)動電路使統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)型有源電力濾波器的開關管全部關斷，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路分別使統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源側(cè)的開關管全部斷開，光伏電源及統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器完全退出運行；如果負載
側(cè)沒有出現(xiàn)短路故障，短路電流檢測電路輸出高電平，即G為1，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)型
有源電力濾波器與耦合變壓器副邊之間的開關管全部導通，第二驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器工作在諧波電壓治理及電壓補償狀態(tài)，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路分別使并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源工作在光伏發(fā)電及負載諧波電流補償狀態(tài)，統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器和光伏電源投入運行，進入3)；
3)根據(jù)Up, Ipv ,通過MPPT算法得到光伏發(fā)電有功電流參考值&，光伏陣列電容電壓
參考值;
4)根據(jù)三相負載電流、光伏發(fā)電有功電流參考值以及PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量到的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位，通過復合ip-iq算法得到串聯(lián)型有源電力濾波器需補償?shù)挠泄Αo功及諧波電流復合參考信號44、C，經(jīng)電流反饋后通過DSP控制器及第三驅(qū)動電路控制并聯(lián)型有源電力濾波器產(chǎn)生輸出電流；其中光伏發(fā)電有功電流參考值
4及并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容的參考信號^4與檢測信號I的差值經(jīng)pi調(diào)節(jié)
器一起疊加到瞬時有功分量上，保證直流側(cè)電容穩(wěn)定及光伏發(fā)電有功能通過并聯(lián)型有源電力濾波器傳輸?shù)饺嚯娋W(wǎng)；
5)根據(jù)MPPT算法得到的光伏陣列電容電壓參考值U;，經(jīng)電壓反饋后通過DSP控制器
及第四驅(qū)動電路，驅(qū)動光伏電源側(cè)的開關管，保證光伏電源工作在最大功率點處；
6)由PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量到的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位經(jīng)過三相負載電壓
指令計算，得到三相負載需要的電壓波形，該波形與實際三相電網(wǎng)側(cè)電壓^相減
得到串聯(lián)型有源電力濾波器需要補償?shù)碾妷簠⒖夹盘?同時通過電壓反饋經(jīng) DSP控制器及第二驅(qū)動電路形成PWM信號控制串聯(lián)型有源電力濾波器產(chǎn)生補償電壓。作為優(yōu)選方案，所述短路電流檢測電路包括三個一次電流互感器、或非門和處理器，三個一次電流互感器各通過依次連接的二次電流互感器、A/D采樣電路、比較器接入或非門，或非門與處理器連接。作為優(yōu)選方案，所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路均為光電耦合驅(qū)動電路。通過UPQC (統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器)、故障限流器(限流電感和與耦合變壓器串聯(lián)的開關管)及光伏電源的共同作用，實現(xiàn)了微源并網(wǎng)發(fā)電的同時電能質(zhì)量治理及故障限流的作用。本發(fā)明的微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)的工作原理是電網(wǎng)正常時，運行在UPQC及光伏發(fā)電模式，串聯(lián)型有源電力濾波器補償來自電網(wǎng)側(cè)的電壓諧波和抑制電壓波動，并聯(lián)型有緣電力濾波器抑制各種非線性、沖擊性負載引起的諧波與無功電流以及光伏發(fā)電引起的諧波問題，同時光伏電源通過并聯(lián)型有緣電力濾波器向電網(wǎng)輸出有功能量。此時耦合變壓器兩端只有諧波電壓降及電壓波動，且由于耦合變壓器原邊并聯(lián)電感(限流電感)La、Lb、Lc電感值比較大，諧波阻抗較高，因此，電感上流過的電流很小，不影響UPQC及電網(wǎng)正常運行，電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，關閉所有開關管，運行在限流模式，此時UPQC和光伏電源退出運行，串聯(lián)變壓器副邊呈極大阻抗，電網(wǎng)電流從限流電感La、Lb、Lc中流過，從而限制電網(wǎng)短路電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為本發(fā)明突破了傳統(tǒng)固態(tài)限流器在電網(wǎng)正常運行時空載運行的現(xiàn)狀，充分利用了開關器件，同時通過將光伏發(fā)電裝置與電能質(zhì)量治理裝置UPQC有效結(jié)合，協(xié)同控制，解決了微網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電中短路電流限制、諧波抑制以及電壓波動等電能質(zhì)量問題，有效的提高了微源并網(wǎng)的供電可靠性和電網(wǎng)電能質(zhì)量，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益顯著，為有效解決電網(wǎng)短路電流限制及電能質(zhì)量問題提供理論和技術(shù)基礎。本發(fā)明方法提高了微源并網(wǎng)發(fā)電過程中電能質(zhì)量指標和安全可靠性。
圖I為帶旁路電感的變壓器耦合三相橋式固態(tài)限流器(FCL)結(jié)構(gòu)示意 圖2為串并聯(lián)型有源電力濾波器UPQC結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明一實施例光伏電源等效電路結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明一實施例復合控制信號計算原理框 圖6為本發(fā)明一實施例短路電流檢測電路結(jié)構(gòu)意 圖7為本發(fā)明一實施例電壓跟蹤控制、電流跟蹤控制方法圖；(a)電壓跟蹤控制方法圖；(b)電流跟蹤控制方法 圖8為本發(fā)明一實施例光伏電源P-V特性曲線示意 圖9為本發(fā)明一實施例光伏電源干擾法流程圖。
具體實施例方式如圖3和圖4所示，本發(fā)明一實施例微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)包括統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器、耦合變壓器、驅(qū)動電路、短路電流檢測電路、DSP控制器，所述統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器由串聯(lián)型有源電力濾波器和并聯(lián)型有源電力濾波器串聯(lián)組成，所述串聯(lián)型有源電力濾波器三個輸出端各通過一個開關管與一個耦合變壓器連接，所述三個耦合變壓器接入三相電網(wǎng)和三相負載之間，所述三個耦合變壓器的原邊各并聯(lián)有一個限流大電感，所述三個耦合變壓器副邊兩兩連接，每個耦合變壓器副邊并聯(lián)有一個電容；所述并聯(lián)型有源電力濾波器并接入三相電網(wǎng)，所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容側(cè)依次并聯(lián)有一個開關管和光伏電源；所述光伏電源包括光伏陣列和光伏陣列電容，所述光伏陣列與光伏陣列電容并聯(lián)；所述短路電流檢測電路與第一驅(qū)動電路連接，第一驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器和耦合變壓器之間的開關管連接；所述DSP控制器與第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路連接，所述第二驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器的開關管連接，所述第三驅(qū)動電路與并聯(lián)型有源電力濾波器的開關管，所述第四驅(qū)動電路光伏電源側(cè)的開關管連接。所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路均為光電耦合驅(qū)動電路。本發(fā)明是在一臺UPQC(圖2)原有裝置和功能的基礎上，在直流側(cè)大電容上并聯(lián)光伏發(fā)電裝置起光伏并網(wǎng)發(fā)電的作用，在UPQC串聯(lián)逆變器的串聯(lián)耦合變壓器的原邊并有大限流電感，副邊串聯(lián)有全控型器件，起FCL的作用。UPQC能抑制來自電網(wǎng)側(cè)的諧波電壓和電壓波動，抑制各種非線性、沖擊性負載引起的諧波和無功電流，是本發(fā)明的電能質(zhì)量控制系統(tǒng)。光伏發(fā)電裝置如圖4，光伏發(fā)電裝置與UPQC共用一個并聯(lián)型有源電力濾波器，將光能通過直流側(cè)電容及并聯(lián)型有源電力濾波器輸送到電網(wǎng)，是本發(fā)明的微源系統(tǒng)。FCL裝置能限制短路，是本發(fā)明的限流系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)的運行狀態(tài)為，當系統(tǒng)工作正常沒有發(fā)生短路時，電能質(zhì)量處理和光伏發(fā)電正常同時進行，當系統(tǒng)發(fā)生短路時，電能質(zhì)量處理和光伏發(fā)電同時退出運行。通過短路電流檢測電路檢測三相負載側(cè)電流匕、Iu、H,是否短路，并產(chǎn)生控制信
號來控制耦合變壓器副邊IGBT的開斷，當負載側(cè)發(fā)生短路時，短路電流檢測電路產(chǎn)生低電平使耦合變壓器副邊IGBT關斷，原邊產(chǎn)生高阻抗，限流電感串入電網(wǎng)起限流作用，當負載未出現(xiàn)故障時，短路電流檢測電路產(chǎn)生高電平使副邊IGBT開通，UPQC和光伏發(fā)電投入運行，補償諧波電壓、諧波電流，耦合變壓器兩端只有諧波電壓降，且由于耦合變壓器原邊并聯(lián)電感(限流電感)La、Lb、Lc電感值比較大，諧波阻抗較高，因此，電感上流過的電流很小，不影響UPQC及微網(wǎng)正常運行，具體實施過程如下
根據(jù)檢測到的負載側(cè)電流值、匕，短路電流檢測電路判斷負載側(cè)是否出現(xiàn)短路
故障，并輸出相應的開關信號G ;如果負載側(cè)出現(xiàn)短路，短路電流檢測電路輸出低電平，即
^為O，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)APF與耦合變壓器副邊之間的開關管全部斷開，同時第二驅(qū)
動電路使UPQC的串聯(lián)型有源電力濾波器部分的開關管全部關斷，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路分別使UPQC的并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源側(cè)的開關管全部斷開，光伏電源及
UPQC完全退出運行；如果負載側(cè)沒有出現(xiàn)短路故障，短路電流檢測電路輸出高電平，即<
為1，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)APF與耦合變壓器副邊之間的開關管全部導通，第二驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器工作在諧波電壓治理及電壓補償狀態(tài)，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動 電路分別使并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源電路工作在光伏發(fā)電及負載諧波電流補償狀態(tài)，UPQC和光伏發(fā)電裝置投入運行。DSP控制器通過采樣電網(wǎng)信息，通過程序編程，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，計算得到串聯(lián)型有源電力濾波器需要補償?shù)碾妷簠⒖夹盘枴⒉⒙?lián)有緣電力濾波器需補償?shù)挠泄?、無
功及諧波電流復合參考信號44‘、通過MPPT算法得到光伏發(fā)電有功電流參考值
和光伏陣列電容電壓參考值、這些參考信號經(jīng)DSP的電壓跟蹤控制及電流跟蹤控制功能產(chǎn)生PWM信號，實現(xiàn)輸出。光伏電源工作原理采用最大功率點跟蹤控制方法(基于擾動的自尋優(yōu)MPPT控制方法)。由太陽能電池光伏P-V曲線圖8可知，在小于Umax的區(qū)域，輸出功率隨電壓的增大而增大，在大于Umax的區(qū)域,輸出功率隨電壓的增大為減小,可見最大功率點跟蹤實質(zhì)上
是一個自尋優(yōu)過程，即通過控制太陽電池端電壓，當光伏電池的工作電壓&等于時，
其輸出功率P也隨之達到最大值，使得光伏電池工作在最大功率點，這樣就保證了光伏電池能適應日照和溫度環(huán)境的變化，從而智能的工作在最大功率點，不斷獲得最大功率輸出。MPPT算法的基本原理給光伏陣列的輸出電壓周期性的加一個擾動量C，比較其當前輸出功率與上一周期輸出功率大小的變化，如果輸出量功率是增加的，則下一個周期不改變擾動方向，繼續(xù)添加擾動量C，否則向相反的方向添加擾動，本系統(tǒng)的擾動量為電壓。
系統(tǒng)通過對光伏電源中Boost電路的占空比A的控制來實現(xiàn)對光伏陣列電容電壓的控
制，該干擾法的流程圖如圖9。對光伏陣列輸出電壓進行閉環(huán)控制，達到最大功率點跟蹤，是由Boost電路實現(xiàn)的，其等效電路如圖4所示，Rl為電感LI中的等效電阻。當系統(tǒng)工作在穩(wěn)態(tài)時，光伏輸出電壓和直流側(cè)電壓是穩(wěn)定不變的，則Boost電路開關管導通t(!時,有
uZi = Ufv - hiRi(I)
當Boost電路開關管阻斷h時，有
= (2)由Boost電路的原理可知，穩(wěn)態(tài)時電感LI在一個周期中電壓平均值為零，從式(I)及式⑵得
(Upv —+ (u v — hA — W =0(3)
周期時間7 = + ,由此可得 [t JJpv-Uis(I-Da)
1 Ι~B
<(4)
D0 =ψ
穩(wěn)態(tài)時，&是恒定不變的，所以光伏陣列輸出電容電流平均值為零，Boost電感電流
hi等于光伏陣列輸出電流‘，由光伏陣列輸出電壓和電流的關系，可知，I pH科，a是
關于 的可變系數(shù)式，電流和電壓成對應的關系，則(4)式可以表示為
Mz￡o)(5)
^ I-OR1；
通過控制SIO的導通占空比A3可以控制光伏陣列輸出電壓，本系統(tǒng)采用的是比例積分控制，將光伏陣列的實際輸出電壓和給定電壓比較，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后和三角載波比
較進行PWM調(diào)制，通過脈寬的改變控制導通占空比A3 ,實現(xiàn)光伏陣列輸出電壓閉環(huán)控制。光伏發(fā)電及UPQC復合控制信號計算原理
(I)采用瞬時功率理論的諧波檢測ip-iq法為基礎的復合檢測法控制并聯(lián)型有源電力濾波器，二相負載電流、hb和經(jīng)過和LPF低通濾波后得到的是基波有功直流
分量ζ，ζν是由MPPT計算出的光伏陣列并網(wǎng)有功直流分量，為直流側(cè)穩(wěn)定所需的有功電流直流分量。由圖5所示指令合成后變?yōu)?br>
if。 「 「一 τ4, -
sm Φ0￡- cos Φ0 ip - Ipv -Aipi ~ * —-
J ~ - cos mj- sm mjj
itLoo
那么，可以得到復合控制指令電流4為
-. 反-.,I Γ
「. I 「' I 「. I
T J% . β- . 2π β , ,. , 2π
hi =、= ^ smCaOi __—) +J-_*■—)
!/&」LJ*」Li」^φ2π
iu - J-ζsm_+;) C^v +Δ Ρ) smCflV+1T)
V 3JL」從上式可以看出指令電流的第一項是ip-iq諧波檢測理論中的無功及諧波電流分量，第二項是基波有功電流，其中包含了光伏陣列并網(wǎng)有功直流分量和直流側(cè)穩(wěn)定所需
的有功電流直流分量。指令信號通過DSP控制器驅(qū)動并聯(lián)型有源電力濾波器開關管(S1-S6)輸出電流。(2)參見圖5所示通過PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量三相電網(wǎng)電壓的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位進過負載電壓指令計算得到負載需要的電壓波形與實際電網(wǎng)側(cè)電壓K2
相減得到串聯(lián)逆變器需要補償?shù)碾妷簠⒖夹盘?。同時通過電壓反饋，經(jīng)過
DSP控制器形成PWM信號，再經(jīng)過第二驅(qū)動電路驅(qū)動串聯(lián)型有源電力濾波器(T1-T6 )產(chǎn)生補償電壓。參見6所示，短路電流檢測電路包括三個一次電流互感器、或非門和處理器，三個 一次電流互感器各通過依次連接的二次電流互感器、A/D采樣電路、比較器接入或非門，或非門與處理器連接。參見圖7所示分別為電壓跟蹤控制和電流跟蹤控制方法圖，它們均采用三角波比較方式，指令信號經(jīng)過電壓跟蹤控制及電流電流跟蹤控制后得到并聯(lián)和串聯(lián)型有源電力濾波器IGBT的PWM控制信號，控制統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器工作。在該方式中，指令信號與實際補償信號的偏差經(jīng)過放大器A之后與三角波比較，再通過比較器后輸出PWM信號。
權(quán)利要求
1.一種微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，包括微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)，所述微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)包括統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器、耦合變壓器、驅(qū)動電路、短路電流檢測電路、DSP控制器，所述統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器由串聯(lián)型有源電力濾波器和并聯(lián)型有源電力濾波器串聯(lián)組成，所述串聯(lián)型有源電力濾波器三個輸出端各通過一個開關管與一個耦合變壓器連接，所述三個耦合變壓器接入三相電網(wǎng)和三相負載之間，所述三個耦合變壓器的原邊各并聯(lián)有一個限流大電感，所述三個耦合變壓器副邊兩兩連接，每個耦合變壓器副邊并聯(lián)有一個電容；所述并聯(lián)型有源電力濾波器并接入三相電網(wǎng)，所述并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容側(cè)依次并聯(lián)有一個開關管和光伏電源；所述光伏電源包括光伏陣列和光伏陣列電容，所述光伏陣列與光伏陣列電容并聯(lián)；所述短路電流檢測電路與第一驅(qū)動電路連接，第一驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器和耦合變壓器之間的開關管連接；所述DSP控制器與第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路連接，所述第二驅(qū)動電路與串聯(lián)型有源電力濾波器的開關管連接，所述第三驅(qū)動電路與并聯(lián)型有源電力濾波器的開關管，所述第四驅(qū)動電路與光伏電源側(cè)的開關管連接，其特征在于，該方法步驟如下 1)檢測三相電網(wǎng)側(cè)電壓Sa、 、&,三相電網(wǎng)側(cè)電流U‘U ,耦合變壓器原邊電壓^,三相負載電流k、hi、Ηε ,并聯(lián)型有源電力濾波器輸出電流“、、hk ,直流側(cè)電容電壓^、光伏陣列輸出電容電壓、光伏陣列輸出電流‘通過PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量三相電網(wǎng)電壓的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位； 2)根據(jù)檢測到的負載側(cè)電流值，短路電流檢測電路判斷負載側(cè)是否出現(xiàn)短路故障，并輸出相應的開關信號G ;如果負載側(cè)出現(xiàn)短路，短路電流檢測電路輸出低電平，即G為O，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器與耦合變壓器副邊之間的開關管全部斷開，同時第二驅(qū)動電路使統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的串聯(lián)型有源電力濾波器的開關管全部關斷，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路分別使統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源側(cè)的開關管全部斷開，光伏電源及統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器完全退出運行；如果負載側(cè)沒有出現(xiàn)短路故障，短路電流檢測電路輸出高電平，即G為1，則第一驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器與耦合變壓器副邊之間的開關管全部導通，第二驅(qū)動電路使串聯(lián)型有源電力濾波器工作在諧波電壓治理及電壓補償狀態(tài)，第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路分別使并聯(lián)型有源電力濾波器及光伏電源工作在光伏發(fā)電及負載諧波電流補償狀態(tài)，統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器和光伏電源投入運行，進入3)； 3)根據(jù)通過MPPT算法得到光伏發(fā)電有功電流參考值，光伏陣列電容電壓參考值; 4)根據(jù)三相負載電流、I泣、iLc、光伏發(fā)電有功電流參考值ζν以及PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量到的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位，通過復合ip-iq算法得到串聯(lián)型有源電力濾波器需補償?shù)挠泄?、無功及諧波電流復合參考信號4‘、C，經(jīng)電流反饋后通過DSP控制器及第三驅(qū)動電路控制并聯(lián)型有源電力濾波器產(chǎn)生輸出電流；其中光伏發(fā)電有功電流參考值/；v及并聯(lián)型有源電力濾波器直流側(cè)電容的參考信號與檢測信號的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器一起疊加到瞬時有功分量上，保證直流側(cè)電容穩(wěn)定及光伏發(fā)電有功能通過并聯(lián)型有源電力濾波器傳輸?shù)饺嚯娋W(wǎng)；5)根據(jù)MPPT算法得到的光伏陣列電容電壓參考值U;，經(jīng)電壓反饋后通過DSP控制器及第四驅(qū)動電路，驅(qū)動光伏電源側(cè)的開關管，保證光伏電源工作在最大功率點處；6)由PLL數(shù)字鎖相環(huán)測量到的A相電網(wǎng)電壓過零點后的數(shù)字相位經(jīng)過三相負載電壓指令計算，得到三相負載需要的電壓波形，該波形與實際三相電網(wǎng)側(cè)電壓 、^相減得到串聯(lián)型有源電力濾波器需要補償?shù)碾妷簠⒖夹盘?同時通過電壓反饋經(jīng)DSP控制器及第二驅(qū)動電路形成PWM信號控制串聯(lián)型有源電力濾波器產(chǎn)生補償電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述開關管為IGBT。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述短路電流檢測電路包括三個一次電流互感器、或非門和處理器，三個一次電流互感器各通過依次連接的二次電流互感器、A/D采樣電路、比較器接入或非門，或非門與處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述處理器為單片機。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路均為光電耦合驅(qū)動電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微源并網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)控制方法，通過在UPQC的串聯(lián)有源電力濾波器側(cè)的耦合變壓器原邊并聯(lián)一個比較大的限流電感，在UPQC的直流大電容側(cè)并聯(lián)光伏發(fā)電電源。通過其協(xié)同控制作用，在正常工作時，光伏電源并網(wǎng)發(fā)電，通過UPQC的并聯(lián)型有源電力濾波器向電網(wǎng)提供有功，同時UPQC對來自負載側(cè)的諧波電流和來自電網(wǎng)側(cè)的電壓波動及諧波電壓進行治理及補償。在負載側(cè)出現(xiàn)短路故障時UPQC主電路退出運行，耦合變壓器副邊呈現(xiàn)高阻抗，從而通過并聯(lián)的限流大電感限流。本發(fā)明的方法實現(xiàn)了微網(wǎng)并網(wǎng)運行時故障限流、諧波處理、電壓支撐、光伏發(fā)電等功能，實現(xiàn)了對微網(wǎng)并網(wǎng)時電能質(zhì)量的優(yōu)化保護運行。
文檔編號H02J3/01GK102832642SQ20121033592
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者涂春鳴, 帥智康, 盤宏斌, 戴曉宗, 楚烺, 姚鵬, 肖凡, 張楊, 蔣玲 申請人:湖南大學