一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法技术

本发明专利技术公开了一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法。首次将态势预测与利导方法相结合运用于并网同步逆变器，保证分布式电源在网侧电压不平衡条件下能持续稳定并网运行。包括电网电压不平衡时同步逆变器并网运行建模；基于负序电流的超实时态势预测；电网电压不平衡时并网同步逆变器态势利导方法三个部分。采用模拟同步发电机工作原理的同步逆变器，当网侧电压发生不平衡时，信息采集单元先提取不平衡分量，再进行数据处理及态势评估，对逆变器输出电流态势进行超前预测，然后在态势预测的基础上进行负序控制器的主动决策来实现态势利导功能，可有效抑制负序电流，降低电流不平衡度，使系统在电网电压不平衡时能继续稳定运行。

Parallel operation method of synchronous inverter a leading trend of unbalanced voltage

The invention discloses a method of synchronous grid connected operation situation leading to an inverter with unbalanced voltage. For the first time trend prediction and benefit method used a combination of synchronization in distributed power inverter, ensure network side voltage under unbalanced conditions can be sustained and stable operation of the grid. Including the unbalanced grid voltage synchronous inverter grid modeling; prediction of super real-time situation based on negative sequence current; unbalanced grid voltage synchronization method combining inverter situation of three parts. The working principle of inverter synchronous synchronous generator simulation, when the grid voltage imbalance occurs when the information acquisition unit to extract unbalance component, then processing the data and situation assessment, forecast the trend of the output current of the inverter, then the active decision negative sequence controller based on the prediction of the trend to realize the trend of leading function that can effectively suppress the negative sequence current, reduce the current unbalanced degree, the system can continue to stable operation under unbalanced grid voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法
本专利技术涉及微电网系统监测、分析和控制
，特别涉及一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法。
技术介绍
随着可再生能源渗透率不断提高，电力系统逐渐从集中式发电向分布式发电方向发展，大多数分布式可再生能源需要借助DC/AC变换器（逆变器）向电网输送电能，来实现友好并网，因此并网逆变器是实现分布式电源并网的重要组成部分，常见的分布式接口逆变器的控制方法有下垂控制、恒压恒频控制、PQ控制等，上述控制策略具有动态响应快的优点，但由于缺乏转动惯量，大量并网消弱了电网的惯性，影响系统稳定性；采用模拟同步发电机的工作原理，同步逆变器设计了虚拟转动惯量，在不改变电网现有运行方式的情况下，可使分布式能源友好并入电网，因此同步逆变器实现分布式电源并网的应用前景良好。电网不对称故障或非对称负载故障导致电网电压不平衡，是电网常见的故障，当电网电压出现不平衡时，同步发电机向电网输入负序电流，加剧了电网电压不平衡，降低了电网的稳定性，而模拟同步发电机的同步逆变器也存在同样问题。当电网电压幅值不平衡度达到2%时，逆变器输出电流不平衡度上升到平衡时的5倍，影响了整个系统运行的稳定性，因此降低负序电流不平衡度是同步逆变器亟待解决的问题；为了解决该问题本专利技术首次将态势预测与利导方法相结合运用于并网同步逆变器，当分布式电源采用同步逆变器控制并网运行时，通过态势预测技术对逆变器输出电流进行超前预测，提前预知电流态势变化信息，然后在态势预测的基础上设定条件阈值使负序控制器进行主动决策来实现态势利导功能，可实时有效抑制负序电流的不平衡度，使系统在电压不平衡条件下能继续保持稳定运行。将态势预测与利导运用于微电网中，重点是实现对自身运行态势的提前感知，通过预测未来的发展趋势可有效促进可再生能源的合理利用和友好并网；再在提前感知的基础上对系统未来发展态势进行评估，通过采取相应措施来实现对系统状态朝向有利方向的动态灵活调整和控制，将态势利导方法运用于微电网中可通过同步逆变器的控制策略来实现系统有利状态导向。
技术实现思路
针对电网电压不平衡时，同步逆变器向电网输入负序电流，加剧电网电压不平衡，降低电网运行稳定性的问题，本专利技术提供了一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其目的是利用态势感知方法对逆变器输出电流进行超前预测，结合电流不平衡度的态势评估结果，通过设定条件阈值控制逆变器负序控制器的投切来实现态势利导功能，从而来实时抑制负序电流，降低电流不平衡度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包括同步逆变器并网运行控制系统：同步逆变器控制模块、逆变器输出端正负序电流/电压分解单元，电网侧电源端正负序电压分解单元；电压不平衡时系统参量的态势预测方法：逆变器输出端电流采集模块、电流态势识别与评估模块，电流态势预测模型；电压不平衡时系统态势利导执行方法：电流不平衡度态势呈现单元、态势利导判断条件的设定、条件阈值控制负序控制器投切的决策方法。一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，包括以下步骤：1）当电网侧发生电压不平衡时，同步逆变器输出电压与电网侧电压未同步，则逆变器向电网输入电流，利用对称分量法将电网侧电压和逆变器输出电压、电流分解为正序和负序分量，测量得到正、负序分量的幅值和相位信息；模拟同步发电机原理建立正序同步控制系统和负序同步控制系统，其中正序同步控制系统实现功率的传送，负序同步控制系统在电压不平衡时进行电压的调节；2）在电压不平衡时同步逆变器并网运行过程中，首先通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，其次对提取的T时刻数据进行态势识别与评估，即判断该组数据是否出现不平衡趋势（与T时刻之前收集到的电流数据进行比较分析）并对数据进行预处理，判断数据特性，最后根据态势评估结果确定预测模型，再进行T+1时刻的态势预测；3）将预测得到的T~T+1时段的电流态势值作为逆变器输出的实际值，进行坐标变换和对称分量的提取，并计算电流不平衡度的值，即电流不平衡度的态势呈现；4）通过电流不平衡度的态势呈现，对不平衡度进行阈值设定，当T~T+1时段内某一时刻Tk的不平衡度超过这个阈值时，负序控制系统的条件开关动作进行主动决策，负序控制器开始作用，使同步逆变器的负序电压与电网负序电压恢复同步，从而抑制同步逆变器输出的负序电流，降低了电流不平衡度，保证整个系统继续稳定运行。上述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤1）中，同步逆变器根据同步发电机工作原理，设置了虚拟转动惯量，使其动态响应速度减缓，来维持电网的惯性从而维持电网的稳定运行，继而实现逆变器侧与电网侧电压与频率的同步运行，其中同步逆变器输出端电压方程表达式为：（式中：φ为旋转磁场轴线与A相的轴线夹角，Mf为励磁互感，ɷ为转子角速度，if为励磁电流），逆变器的定子终端相电压为：（式中：Rl和Ll为定子绕组线圈电阻和电感，i为三相定子电流）；整个系统开始时在平衡条件下运行，当电网电压发生不平衡时，同步逆变器向电网输入电流i，即（式中：Rg和Lg为电网侧线路电阻和电感，vg为电网电压，ɷ0为电网角频率），电网电压和逆变器输出电压、电流可分解为正序、负序分量（因同步逆变器没有中性线可不考虑零序分量），则电压不平衡度为：，电流不平衡度为：；模拟同步发电机原理建立了正序同步控制系统和负序同步控制系统，其中正序同步控制系统通过对正序控制器输出的电压和频率进行调节来跟踪电网电压和频率，从而实现有功功率和无功功率的传递，负序同步控制系统运行过程中没有功率的传递，仅保持逆变器输出负序电压与电网负序电压同步，由公式可知，当u-=vg-时，有i-=0，此过程没有影响到正序同步控制系统的运行，各自独立运行，因此同步逆变器在电网电压不平衡时对负序电流进行抑制，使其在安全运行范围内即可实现电网电压不平衡时同步逆变器的并网运行。上述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤2）中，通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，记{i1,i2,...,in}为T时刻的电流时间序列，由于电网侧电压不平衡有三种情况，即电压幅值不平衡，相位不平衡，幅值和相位都不平衡，因此逆变器输出电流的不平衡情况也有三种，为了使预测效果较好，预测模型根据三种不平衡情况分别使用混沌时间序列法、BP神经网络预测法和小波神经网络预测法进行态势预测；由上可知，在进行预测前需要对提取的电流时间序列{i1,i2,...,in}进行态势识别与评估，即判定电流时间序列的不平衡因子（各预测模型的特征量），确定预测模型后再进行预测。上述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤3）中，将预测得到的T~T+1时段的电流态势值{i’(t)，t=1,2,...,n}即未来态的电流作为逆变器输出电流实际值，并进行对称分量的提取，计算得到相应的电流不平衡度，通过电流不平衡度的态势呈现来确定其发展趋势即态势的导向。上述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤4）中，由可知，电网侧电压的不平衡度直接影响到逆变器输出电流的不平衡度，由国际电工委员会明确规定的系统公共连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：包括同步逆变器并网运行控制系统：同步逆变器控制模块、逆变器输出端正负序电流/电压分解单元，电网侧电源端正负序电压分解单元；电压不平衡时系统参量的态势预测方法：逆变器输出端电流采集模块、电流态势识别与评估方法，电流态势预测模型；电压不平衡时系统态势利导执行方法：电流不平衡度态势呈现单元、态势利导判断条件的设定、条件阈值控制负序控制器主动决策的方法。

【技术特征摘要】
1.一种电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：包括同步逆变器并网运行控制系统：同步逆变器控制模块、逆变器输出端正负序电流/电压分解单元，电网侧电源端正负序电压分解单元；电压不平衡时系统参量的态势预测方法：逆变器输出端电流采集模块、电流态势识别与评估方法，电流态势预测模型；电压不平衡时系统态势利导执行方法：电流不平衡度态势呈现单元、态势利导判断条件的设定、条件阈值控制负序控制器主动决策的方法。2.一种如要求1所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，包括以下步骤：1）当电网侧发生电压不平衡时，同步逆变器输出电压与电网侧电压未同步，则逆变器向电网输入电流，利用对称分量法将电网侧电压和逆变器输出电压、电流分解为正序和负序分量，测量得到正、负序分量的幅值和相位信息；模拟同步发电机原理建立正序同步控制系统和负序同步控制系统，其中正序同步控制系统实现功率的传送，负序同步控制系统在电压不平衡时进行电压的调节；2）在电压不平衡时同步逆变器并网运行过程中，首先通过电流采集模块对逆变器输出电流进行当前态势提取作为T时刻的状态信息，其次对提取的T时刻数据进行态势识别与评估，即判断该组数据是否出现不平衡趋势（与T时刻之前收集到的电流数据进行比较分析）并对数据进行预处理，判断数据特性，最后根据态势评估结果确定预测模型，再进行T+1时刻的态势预测；3）将预测得到的T~T+1时段的电流态势值作为逆变器输出的实际值，进行坐标变换和对称分量的提取，并计算电流不平衡度的值，即电流不平衡度的态势呈现；4）通过电流不平衡度的态势呈现，对不平衡度进行阈值设定，当T~T+1时段内某一时刻Tk的不平衡度超过这个阈值时，负序控制系统的条件开关动作进行主动决策，负序控制器开始作用，使同步逆变器的负序电压与电网负序电压恢复同步，从而抑制同步逆变器输出的负序电流，降低了电流不平衡度，保证整个系统继续稳定运行。3.根据要求2所述的电压不平衡时同步逆变器并网运行态势利导方法，其特征在于：所述步骤1）中，同步逆变器根据同步发电机工作原理，设置了虚拟转动惯量，使其动态响应速度减缓，来维持电网的惯性从而维持电网的稳定运行，继而实现逆变器侧与电网侧电压与频率的同步运行，其中同步逆变器输出端电压方程表达式为：（式中：φ为旋转磁场轴线与A相的轴线夹角，Mf为励磁互感，ɷ为转子角速度，if为励磁电流），逆变器的定子终端相电压为：（式中：Rl和Ll为定子绕组线圈电阻和电感，i为三相定子电流）；整个系统开始时在平衡条件下运行，当电网电压发生不平衡时，同步逆变器向电网输入电流i，即（式中：Rg和Lg为电网侧线路电阻和电感，vg为电网电压，ɷ0为电网角频率），电网电压和逆变器输出电压、电流可分解为正序、负序分量（因同步逆变器没有中性线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，王梦思，王鹏旭，彭寒梅，陈冰，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43