一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種諧波分頻抑制方法，具體講涉及一種逆變器電壓諧波分頻抑制方 法，屬于逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備的逆變器在微電網(wǎng)、分布式發(fā)電中有著廣泛的應(yīng) 用。由于電力電子器件和非線性負(fù)載的存在，逆變器輸出電流中含有大量的諧波成分，從而 使得逆變器輸出電壓含有大量的諧波。諧波的存在嚴(yán)重影響逆變器輸出電壓的質(zhì)量，因此 對(duì)諧波抑制的研宄對(duì)微電網(wǎng)和分布式發(fā)電電能質(zhì)量的改善有著重要的意義。
[0003] 圖1給出了典型的逆變器結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，逆變器通過(guò)機(jī)端電壓電流測(cè)量 得到機(jī)端三相電壓U ab。以及機(jī)端三相電流I ab。。然后送入逆變器控制系統(tǒng)中，得到調(diào)制信號(hào) 送入PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)發(fā)生器。輸出的PWM信號(hào)通過(guò)驅(qū) 動(dòng)電路控制三相逆變橋功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，將電壓為U de的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟?流電，輸出經(jīng)過(guò)LC低通濾波后接負(fù)載/或并網(wǎng)（并網(wǎng)時(shí)，接通開(kāi)關(guān)KM與微電網(wǎng)饋線連接）。
[0004] 逆變器輸出電壓諧波抑制方法可以分以下幾種：有源電力濾波器（APF)，特定諧 波消除法，諧波電壓注入法。各類諧波抑制方法的基本原理如下。
[0005] (1)有源電力濾波器（APF)
[0006] 有源濾波器基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與諧 波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對(duì) 頻率和幅值變化的諧波電流進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償性不受電網(wǎng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng) 阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能。該方法只能濾除諧波電流。
[0007] (2)特定諧波消除法
[0008] 特定諧波消除技術(shù)是直接利用逆變器輸出電壓的數(shù)學(xué)模型來(lái)求解開(kāi)關(guān)角，合理地 選擇開(kāi)關(guān)時(shí)刻位置，從而有選擇地消除某些較低次諧波。該方法是以控制輸出基波電壓分 量為前提，消去PWM波形中某些主要的低次諧波的PWM控制技術(shù)。通過(guò)計(jì)算來(lái)確定各脈沖 的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，即以開(kāi)關(guān)角為參考變量，尋求最優(yōu)的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，以實(shí)現(xiàn)諧波的選擇性消除，降 低諧波與外電路之間諧振的可能性。但是要求解非線性超越方程，計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)困難。
[0009] (3)諧波電壓注入法
[0010] 在基波電壓調(diào)制信號(hào)上疊加一定量的h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)，從而可以抑制逆變 器輸出負(fù)載電壓中的諧波成分。諧波部分采用下垂控制策略，設(shè)定h次諧波的額定電壓為 〇,將諧波功率（有功或無(wú)功）乘以下垂系數(shù)后直接作為抑制h次諧波電壓的控制量的幅 值。這種方法有一定的諧波電壓抑制效果。但由于逆變器輸出阻抗參數(shù)會(huì)因制造工藝或者 參數(shù)漂移等原因各有不同，使得下垂系數(shù)的選取很難與輸出阻抗匹配，諧波電壓的抑制效 果還有待提尚。
[0011] 基于上述背景，有必要提供一種新的技術(shù)方案以克服現(xiàn)有的諧波消除法中所存在 的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種逆變器電壓諧波分頻抑 制方法，該方法通過(guò)諧波魯棒下垂控制來(lái)有效地改善逆變器輸出電壓的波形質(zhì)量。
[0013] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，所述逆變器包括 直流電源、逆變電路和LC濾波電路；所述直流電源、逆變電路和LC濾波電路依次連接，所述 LC濾波電路與負(fù)載相連或通過(guò)接通開(kāi)關(guān)與微電網(wǎng)饋線相連，其改進(jìn)之處在于：所述方法包 括：
[0014] S1，用基波魯棒下垂控制器采集所述逆變器的輸出電壓Vtl和電流i，并對(duì)所述電壓 Vtl和電流i進(jìn)行基波魯棒下垂控制得到基波電壓調(diào)制信號(hào)V
[0015] S2,用諧波魯棒下垂控制器采集所述逆變器的輸出電壓Vtl和電流i，并對(duì)所述電壓 Vtl和電流i進(jìn)行諧波魯棒下垂控制得到諧波電壓調(diào)制信號(hào)V A;
[0016] S3,用電壓調(diào)制信號(hào)疊加單元對(duì)所述基波電壓調(diào)制信號(hào)和所述諧波電壓調(diào)制 信號(hào)Vril求和，得到電壓調(diào)制信號(hào)V ^
[0017] S4,用逆變器輸出阻抗控制單元采集所述逆變器的輸出電流i，并將所述電流i與 比例控制器的比例系數(shù)Ki的乘積同所述電壓調(diào)制信號(hào)^間的差作為輸入給所述PWM信號(hào) 發(fā)生器的PWM波控制信號(hào)u ;
[0018] S5,用驅(qū)動(dòng)電路接收所述PWM信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，并根據(jù)所述輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng) 所述逆變電路開(kāi)通或關(guān)斷。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟Sl采用如下方法對(duì)所述逆變器輸出電壓Vtl和電流i進(jìn)行基波 魯棒下垂控制得到基波電壓調(diào)制信號(hào)V rt;
[0020] Al對(duì)所述逆變器輸出電壓V。以及電流i分別進(jìn)行傅里葉變換得到基波電壓V 4口 h次諧波電壓Vh以及基波電流i JP h次諧波電流i h;
[0021] A2用下述公式⑴根據(jù)所述基波電壓V1和所述基波電流i i計(jì)算得到基波的有功 功率P和無(wú)功功率Q ;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，所述逆變器包括直流電源、逆變電路和LC濾波 電路；所述直流電源、逆變電路和LC濾波電路依次連接，所述LC濾波電路與負(fù)載相連或通 過(guò)接通開(kāi)關(guān)與微電網(wǎng)饋線相連，其特征在于；所述方法包括： S1，用基波魯椿下垂控制器采集所述逆變器的輸出電壓V。和電流i，并對(duì)所述電壓V。和 電流i進(jìn)行基波魯椿下垂控制得到基波電壓調(diào)制信號(hào)Vfi; 52, 用諧波魯椿下垂控制器采集所述逆變器的輸出電壓V。和電流i，并對(duì)所述電壓V。和 電流i進(jìn)行諧波魯椿下垂控制得到諧波電壓調(diào)制信號(hào)Vfh; 53, 用電壓調(diào)制信號(hào)疊加單元對(duì)所述基波電壓調(diào)制信號(hào)Vfi和所述諧波電壓調(diào)制信號(hào) Vfh求和，得到電壓調(diào)制信號(hào)Vf; 54, 用逆變器輸出阻抗控制單元采集所述逆變器的輸出電流i，并將所述電流i與比例 控制器的比例系數(shù)Ki的乘積同所述電壓調(diào)制信號(hào)Vt間的差作為輸入給所述PWM信號(hào)發(fā)生 器的PWM波控制信號(hào)U; 55, 用驅(qū)動(dòng)電路接收所述PWM信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，并根據(jù)所述輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述 逆變電路開(kāi)通或關(guān)斷。
2. 如權(quán)利要求1所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述步驟S1采用如下方法對(duì)所述逆變器輸出電壓V。和電流i進(jìn)行基波魯椿下垂控制 得到基波電壓調(diào)制信號(hào)Vfi; A1對(duì)所述逆變器輸出電壓v。^及電流i分別進(jìn)行傅里葉變換得到基波電壓V1和h次 諧波電壓VhW及基波電流i1和h次諧波電流ih; A2用下述公式（1)根據(jù)所述基波電壓vi和所述基波電流i1計(jì)算得到基波的有功功率P和無(wú)功功率Q; P=V|/|coscpjO=V|/|sirupi (1) 式中：巧--基波電壓Vi與基波電流i1的相位差； A3將給定的基波參考電壓有效值r與實(shí)測(cè)的基波電壓有效值V的差乘W基波比例 系數(shù)K。的乘積與基波有功功率P同基波有功-電壓下垂系數(shù)n1的乘積間的差進(jìn)行積分得 到基波電壓調(diào)制信號(hào)的幅值E; A4將基波無(wú)功功率Q與基波無(wú)功-頻率下垂系數(shù)mi的乘積與給定的基波參考角頻率 ?記和進(jìn)行積分得到基波電壓調(diào)制信號(hào)的相位; A5用基波電壓調(diào)制信號(hào)的幅值E和基波電壓調(diào)制信號(hào)的相位on合成基波電壓調(diào)制信 號(hào)Vri。
3. 如權(quán)利要求1所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述步驟S2采用如下方法對(duì)所述逆變器輸出電壓V。和電流i進(jìn)行諧波魯椿下垂控制 得到諧波電壓調(diào)制信號(hào)Vfh; B1對(duì)所述逆變器輸出電壓v。^及電流i分別進(jìn)行傅里葉變換得到基波電壓V1和h次 諧波電壓VhW及基波電流i1和h次諧波電流ih; B2用公式似根據(jù)h次諧波電壓Vh和h次諧波電流ih計(jì)算得到h次諧波的有功功率Ph和無(wú)功功率Qh; 巧=V,點(diǎn)cos恥 a, =v,,4sin化 、） 式中；恥一h次諧波電壓Vh與h次諧波電流ih的相位差； B3將給定的h次諧波參考電壓有效值寫(xiě)與實(shí)測(cè)的h次諧波電壓有效值Vhms的差乘W 諧波比例系數(shù)K,h的乘積與h次諧波有功功率Ph同h次諧波有功-電壓下垂系數(shù)nh的乘積 間的差進(jìn)行積分得到h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)的幅值Eh; B4將h次諧波無(wú)功功率Qh與h次無(wú)功-頻率下垂系數(shù)-mh的乘積進(jìn)行積分得到h次 諧波電壓調(diào)制信號(hào)的初相位5h，將初相位5h與基波電壓調(diào)制信號(hào)的相位on同諧波次數(shù) h的乘積相加得到h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)的相位h?t+ 5h; B5用h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)幅值Eh和h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)的相位hot+ 5h合成h次諧波電壓調(diào)制信號(hào)Vfh。
4. 如權(quán)利要求1所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述步驟S4中比例系數(shù)Ki的取值為2 31f山的3倍W上，f。為電網(wǎng)的額定頻率，L為L(zhǎng)C濾波電路中的電感。
5. 如權(quán)利要求2所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述基波有功-電壓下垂系邀
I其中K。是基波比例系數(shù)，是給定的 基波參考電壓有效值，S。是逆變器的額定功率，A是功率因素。
6. 如權(quán)利要求2所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述基波無(wú)功-頻率下垂系數(shù)
^其中是給定的基波參考角頻率，S。 是逆變器的額定功率，A是功率因素。
7. 如權(quán)利要求3所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述h次諧波有功-電壓下垂系數(shù)
I其中，r是給定的基波參考電壓有 效值，S。是逆變器的額定功率，A是功率因素，K。是在20~80范圍內(nèi)取值的常數(shù)。
8. 如權(quán)利要求3所述一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，其特征在于： 所述h次諧波無(wú)功-頻率下垂系數(shù)
'其中，Km是常數(shù)，《t是給定的 基波參考角頻率，S。是逆變器的額定功率，A是功率因素。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種逆變器電壓諧波分頻抑制方法，該方法用基波魯棒下垂控制器采集逆變器輸出電壓v0和電流i，并對(duì)v0和i進(jìn)行基波魯棒下垂控制得到基波電壓調(diào)制信號(hào)vr1；用諧波魯棒下垂控制器采集逆變器輸出電壓v0和電流i，并對(duì)v0和i進(jìn)行諧波魯棒下垂控制得到諧波電壓調(diào)制信號(hào)vrh；用電壓調(diào)制信號(hào)疊加單元對(duì)vr1和vrh求和，得到電壓調(diào)制信號(hào)vr；用逆變器輸出阻抗控制單元采集逆變器輸出電流i，并將電流i與比例系數(shù)Ki的乘積同電壓調(diào)制信號(hào)vr間的差作為輸入給PWM信號(hào)發(fā)生器的PWM波控制信號(hào)u；S5，用驅(qū)動(dòng)電路接收PWM信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)逆變電路開(kāi)通或關(guān)斷。本發(fā)明提供的技術(shù)方案可有效合理地處理逆變器輸出電壓中的諧波問(wèn)題，改善逆變器輸出電壓的波形質(zhì)量。
【IPC分類】H02J3-01
【公開(kāi)號(hào)】CN104795821
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510214056
【發(fā)明人】呂志鵬, 盛萬(wàn)興, 鐘慶昌, 劉海濤, 吳鳴, 王鵬, 李蕊, 于輝, 季宇, 李洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月29日