低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统及方法技术方案

本公开提供了一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统及方法，基于二极管箝位三电平逆变器拓扑结构和若干控制器，二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的输出电流采用混合无源控制器在正序同步旋转坐标系下实现电流的快速跟踪控制；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的调制采用SVM调制控制器；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的中点电压采用比例控制器控制，调节冗余小矢量的作用时间，实现平衡控制；具有精确的控制性能，并在理论上保证了系统的稳定性，且避免了双同步旋转坐标系正负序分离引起的复杂计算，大大减小运算时间，提高了系统效率。

Hybrid passive control system and method for diode clamped three-level inverters under low voltage traversal

【技术实现步骤摘要】
低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统及方法
本公开涉及逆变器控制领域，具体涉及一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，三电平变换器在分布式发电系统，光伏(Photovoltaic，PV)发电系统、电能质量治理等诸多工业应用领域中发挥着重要作用。二极管箝位三电平变换器具有电压应力低、输出波形谐波小、功率双向流动、效率高等优势，在中高压光伏系统中得到了广泛应用。随着光伏渗透率的提高，其对电网造成的影响日益增大。与此同时，当电网发生故障时，为保证自身的安全光伏系统会突然脱网，给电网带来严重后果。低电压穿越技术作为光伏系统稳定运行和电网故障恢复的有力支撑也成为光伏发电系统急需解决的关键问题之一。为了保证电压跌落发生时光伏发电系统仍能保持并网，国内外的并网标准中都要求大中型的光伏电站需要具有一定的低电压穿越能力。低电压穿越要求，当电网故障或者故障使得并网点的电压跌落时，在特定的时间间隔和电压暂降区域内，光伏电站需要保证连续运行而不脱网，且具有往电网输送定量的无功，支撑电网电压恢复的能力。在电网电压不平衡时，不平衡的电网电压存在负序分量，并在逆变器系统中产生三相不对称的输出电流。不对称的电流使直流侧中点电压波动显著，这将导致更多谐波，使光伏并网系统无法继续保持稳定运行。具体专利技术人了解，在电网不平衡时，目前常用的基于正负序分离的方法在正负序同步旋转坐标系下分别控制正负序分量，需要正负序分离环节，增加了系统计算的复杂度和时间，降低了系统的控制性能。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统及方法，本公开能够抑制电网电压跌落时的负序分量，实现逆变器输出电流的正弦化，提高了系统效率。另外，本公开只用到正序同步旋转坐标系下的模型，避免了双同步旋转坐标系正负序分离引起的复杂计算，大大减小运算时间。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，包括二极管箝位三电平逆变器拓扑结构和若干控制器，所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的输出电流采用混合无源控制器在正序同步旋转坐标系下实现电流的快速跟踪控制；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的调制采用SVM调制控制器；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的中点电压采用比例控制器控制，调节冗余小矢量的作用时间，实现平衡控制。本公开通过混合无源控制器、SVM调制控制器和比例控制器相配合，能够抑制电网电压跌落时的负序分量，实现逆变器输出电流的正弦化，提高了系统效率。所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构包括二极管箝位三电平逆变器，二极管箝位三电平逆变器直流侧的两个串联电容中间形成一个中性点，每相桥臂中两个串联二极管的中点连接至所述中性点，且逆变器通过滤波器与三相电网连接，逆变器输出正弦化的电流，并向电网提供所需的无功电流，以支持电网电压恢复，实现有功、无功电流的快速跟踪，满足低电压穿越要求，进而提高用电质量。所述混合无源控制器基于低电压穿越要求，根据电压跌落类型与无功电流补偿的函数关系得到所需的无功电流参考值，再由额定电流值计算得到所需的有功电流参考值。所述混合无源控制器中含有负序前馈控制项。所述混合无源控制器表示为：其中，L和R表示滤波器的电感和等效串联电阻，ω是电网的基本角频率，EP和EN分别是电网电压正序和负序分量的幅值，有功电流参考无功电流参考ra为阻尼值。所述SVM调制控制器以N型小电压矢量开始并结束。所述混合无源控制器控制逆变器输出电流，在dq同步旋转坐标系下实施，控制器的输出作为SVM调制控制器的输入，整个控制环节保证直流侧中点电压的平衡。一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制方法，包括以下步骤：基尔霍夫电压定律，构建二极管箝位三电平逆变器的数学模型，表达电网电压跌落时的网侧数学模型；将所述数学模型从静止坐标系变换为正序同步旋转坐标系，得正序同步旋转坐标系下的数学模型；根据电压跌落类型与无功电流补偿的函数关系得到所需的无功电流参考值，再由额定电流值计算得到所需的有功电流参考值，根据实际有功电流值和有功电流参考值，利用混合无源控制，消除电网电压负序分量的前馈项；采集直流侧两个串联电容的电压，利用比例控制器的输出调节冗余小矢量的作用时间，实现中点电位的平衡控制。所述三相电流采样值经过abc/dq变换得到两相电流值，将其与参考值进行作差比较，通过所述混合无源控制器实现电流的快速跟踪控制，满足低电压穿越要求。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：1、电流控制采用提出的混合无源控制器，大大提高了动态响应速度，获得出色的稳态和瞬态性能，极好地满足了低电压穿越要求。2、电流控制采用提出的混合无源控制器，只含有一个阻尼注入参数，操作简单易于实现，与传统的PI控制器相比，大大降低了参数调节的复杂性，同时对系统参数变化和外部扰动具有很强的鲁棒性。3、从数学的角度出发，给出了二极管箝位三电平逆变器系统严格无源的详细证明，所提出的混合无源控制方法是基于系统数学模型导出的，具有精确的控制性能，并在理论上保证了系统的稳定性。4、提出的正序同步旋转坐标系下的混合无源控制器含有负序前馈控制项，抑制了电网电压跌落时的负序分量，实现了逆变器输出电流的正弦化控制，满足了低电压穿越要求。5、只用到正序同步旋转坐标系下的模型，避免了双同步旋转坐标系正负序分离引起的复杂计算，大大减小运算时间。6、通过比例控制器的输出调节冗余小矢量的作用时间实现直流侧中点电压的平衡控制。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为二极管箝位三电平逆变器主电路拓扑；图2为电网电压跌落类型；图3为低电压穿越情形时所需的无功电流参考与电压跌落深度的函数关系；图4为二极管箝位三电平逆变器空间电压矢量图；图5为低电压穿越情形时二极管箝位三电平逆变器控制框图；图6(a)-(c)为低电压穿越情形时二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统输出波形。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：包括二极管箝位三电平逆变器拓扑结构和若干控制器，所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的输出电流采用混合无源控制器在正序同步旋转坐标系下实现电流的快速跟踪控制；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的调制采用SVM调制控制器；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的中点电压采用比例控制器控制，调节冗余小矢量的作用时间，实现平衡控制。

【技术特征摘要】
1.一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：包括二极管箝位三电平逆变器拓扑结构和若干控制器，所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的输出电流采用混合无源控制器在正序同步旋转坐标系下实现电流的快速跟踪控制；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的调制采用SVM调制控制器；所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构的中点电压采用比例控制器控制，调节冗余小矢量的作用时间，实现平衡控制。2.如权利要求1所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：所述二极管箝位三电平逆变器拓扑结构包括二极管箝位三电平逆变器，二极管箝位三电平逆变器直流侧的两个串联电容中间形成一个中性点，每相桥臂中两个串联二极管的中点连接至所述中性点，且逆变器通过滤波器与三相电网连接，逆变器输出正弦化的电流，并向电网提供所需的无功电流，以支持电网电压恢复，实现有功、无功电流的快速跟踪，满足低电压穿越要求，进而提高用电质量。3.如权利要求1所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：所述混合无源控制器基于低电压穿越要求，根据电压跌落类型与无功电流补偿的函数关系得到所需的无功电流参考值，再由额定电流值计算得到所需的有功电流参考值。4.如权利要求1所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：所述混合无源控制器中含有负序前馈控制项；或，所述混合无源控制器表示为：其中，L和R表示滤波器的电感和等效串联电阻，ω是电网的基本角频率，EP和EN分别是电网电压正序和负序分量的幅值，有功电流参考无功电流参考ra为阻尼值。5.如权利要求1所述的一种低电压穿越条件下二极管箝位三电平逆变器混合无源控制系统，其特征是：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，姜英，邢相洋，李晓艳，秦昌伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37