考虑到在低压电网下网络阻抗的影响三相并网逆变器的非对称的电网故障穿越策略.docx

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考虑到在低压电网下网络阻抗的影响三相并网逆变器的非对称的电网故障穿越策略

考虑到在低压电网下网络阻抗的影响三相并网逆变器的非对称的电网故障穿越策略

摘要

对于在不对称的网络故障下的正序电压复苏和负序电压减少，本文提出了一种新的三相并网逆变器的控制策略。

不同于传统的基于网络阻抗主要的是电感的假设的控制策略，通过考虑到网络阻抗的影响该控制策略更加灵活和有效，这对于短时间可再生的高渗透能源系统进入低压电网很重要。

为了验证在网络阻抗主要是电阻式的低电网下解决波动电压的支撑性的方法的可靠性，进行的相关的实验测试。

关键词：

故障穿越、波动电压支撑、电网故障、并网逆变器。

I.绪论

对于短时间可再生的高渗透能源系统，新的电网规范或标准已经起草了，例如IEEEP1547.8规定了故障穿越是必须的功能[1]。

为了满足电网规范，由Rodriguez等做出的贡献是灵活的功率控制的概念，它使故障率实验多种不同参考电流的选择变得容易[2]。

另一个令人感兴趣的改进被报道，通过考虑到瞬时功率波动和电流谐波，它实现灵活的电能质量监管[3]。

最近，还有一些其他的令人感兴趣的解决方法被报道。

这些方法使逆变器在不对称的电网故障下的操作更灵活[4]-[12]。

应该指出的是，上述的控制策略主要关注于并网逆变器的功率控制，然而正序电压复苏和负序电压减少的控制没有做深入的研究。

对于电压支持，李等人提出了一个电能质量补偿器，它保持微型智能电网不受不对称电网故障的影响[13],[14]。

这是非常有效,但需要额外的串联补偿设备。

为了克服这限制,，Camacho等人对于不对称的电网故障情况下提出了一个有效的并网逆变器的控制方法，它能够确保正序电压复苏和负序电压减少[15]。

事实上，它是根据网络阻抗主要是电感的假设。

假如主要的网络阻抗是电阻呢？

如果这方案是有效的，一个有趣的问题将出现。

对于在低压电网下短时间可再生的网络的阻抗主要是电阻的高渗透能源系统，这问题是非常重要的[16]-[18]。

本文的主要贡献时提出了一个新的三相并网逆变器正序电压复苏和负序电压减少故障率实验策略，通过考虑到网络阻抗的影响。

为了验证在低压电网中这方案的有效性，进行了低标准的实验测试。

II.提出的电压支持控制

图1说明了电网逆变器的原理图。

电网故障期间,网络节点电压情况将恶化。

为了提高电压支撑功能力和总电网的情况，并网逆变器应该向电网提供电功率。

控制图如图2所示，Z=R+jX相当于总的网络阻抗，从通道1到网络。

模拟数字转换电源用于模拟可再生能源资源和存储[19]，用于简单的分析。

图1并网逆变器原理图

补偿的有功和无功功率表现在静止的参考系，[20]

分别是电压和电流在静止的参考系中的正交组建。

（1）

（2）

对于传统的功率控制策略，有功功率和无功功率的电流能从

（1）和

（2）中推导出，如下：

=

（3）

（4）

P*和q*是无功功率和有功功率的点集。

在不对称电网故障下，（3）和（4）可以改写为：

（5）

（6）

D=

和

。

注意，上述提到的是瞬时功率控制，它可以以电流畸变为代价实现恒功率。

但在电网故障下不适合于电压支持。

为了实现不同网络阻抗的波动电压支持，考虑到如下的网络阻抗和电压支持的比率关系，一种新的控制策略被提出。

和一个全面的推到方法将出现在以后的论文中。

（7）

（8）

（9）

（10）

注意当网络阻抗主要的是电感时，

和

，则（7）-（10）与（26）、（27）、（23）、和（24）的传统控制策略完全一样[15]。

然而,对于实际的低压电网,网络阻抗主要是电阻。

因此，提出的方法可以大大的简化

和

为（7）-（10）。

（11）

（12）

（13）

（14）

（15）

下面将介绍提出的有效电压支持解决方案的理论分析。

总线电压如图2所示。

图2并网逆变器的故障率试验解决方案控制图

把式（14）、（15）替换成（16）、（17），正极和负极母线电压序列振幅可以获得：

（16）

（17）

（18）

公式（17）、（18）表明文献[15]中传统的方法对在低压电网中不是很有效。

另一方面,在电压电网中该方法可以实现更有效的电压支持正序电压复苏和负序电压减少低。

接下来将介绍系统控制策略和实验验证。

III.实验结果

本节将介绍在低压电网故障下建议的电压支持策略的有效性，其中主要的网络阻抗是电阻式的。

一个直流电源源用于模拟可再生能源和存储。

可编程交流源（饱和度6590）用于模拟电网故障。

其电压公式：

和

。

试验参数如下：

直流连接电压150V，额定电网电压60V/50HZ，网络阻抗2+j0.3

，逆变器滤波电感和电容器分别5mh和9.9μF。

系统控制结构的框图如图3所示，正序电压和负序电压估计为MCCF-PLL[21]。

PR控制作为电网电流控制[6]。

接下来将提供电网故障下波动电压支持的传统的和建议的控制策略实验测试。

测试参数如表1。

图3并逆变器的控制框图

表1测试参数

传统的解决方法实验结果如图4。

电网故障发生在0.1秒,不平衡电压凹陷出现,如图4所示（a）和（b）。

在0.1-0.2S，没有无功功率注入。

在电网故障后，三相电压保持不变。

在0.2-0.3s时，无功功率注入组态，如图4（d）和（f）所示。

与第二部分分析的一样，图4（b）的实验结果表明电压支持不是很显著，这不同于假设的电感的网络阻抗的结果[15]。

在0.3-0.4s，k+=k-=0.5，设置正序和负序电压协调控制。

从图4（b）,可以观察到电压波形轻微的变化。

在这种情况下，因为负序电压的减少电流趋向不对称，如图4（d）。

为了减小负序电压,在0.4--0.5s时设置k+=0.9k−=0.1。

它可以观察到总线电压的不平衡程度减轻,但仍然处于相对较高的水平,这是与在第二部分的理论分析一致的。

总之，上述结果表明，电压支持与传统控制策略可能会起作用，但不是一个有效的方法，正如之前在第二部分讨论。

图4传统解决方案的实验结果

（a）模拟电网电压（b）总线电压（c）每个阶段的峰值电压（d）逆变器电流（e）正/负序电压振幅和系数’k+’（f）有功功率和无功功率和系数‘k+’

图5显示了建议的解决方案的实验结果。

电网故障发生在0.1秒，不平衡电压凹陷出现，如图5所示（a）和（b）。

在0.1-0.2s,没有注入无功功率。

三相电网故障后电压保持不变。

在0.2-0.3s,所提出的控制策略是k+=−0.9和k=−0.1。

与第二部分的分析一致,图5中的实验结果表明,电压支持显著增强。

在0.3-0.4s，k+=−0.5和k=−0.5，设置正序和负序电压协调控制。

从图5中，可以观察到正序电压和负序电压的减少得以实现。

为了减小负序电压，在0.4-0.5s时，设置k+=0.1和k−=−0.9。

可以观察到以代价较大的功率振荡总线电压的不平衡程度明显降低，这将导致直流连接电压振荡。

此外，电压支持依赖于有功功率补偿能力。

因此，控制系数应仔细调整为实际应用，系统和优化的调优方法将发表在我们的以后的文章中。

图5建议的实验结果

（a）模拟电网电压（b）总线电压（c）每个阶段的峰值电压（d）逆变器电流（e）正序/负序电压幅度和‘k+‘系数。

（f）有功功率和无功功率和系数‘k+’

为了突出建议的解决方案的有效性，传统的和提出的控制策略之间的性能比较如图6。

很明显,传统的解决方案的电压支持能够起作用,但不是在一个有效的方法。

另一方面，提出的控制策略对于正序电压恢复和负序电压减少是有效的，它将增强变网逆变器在低压电网下的故障率实验能力。

图6传统和建议的解决方案的性能比较

（a）正序电压回复（b）负序电压减少

IV.结论

在本文中，通过理论分析和实验测试新的三相变网逆变器控制策略被提出和评估。

结果表明，传统的控制策略在低压电网中不是有效的，它的网络阻抗主要是电阻。

另一方面,提出的方法可以实现更有效的正序电压恢复和负序电压减少。

预计提交解决方案将提高在低压电网中高渗透的可再生能源的发电系统的故障率实验能力。

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