运用于新能源并网的变流器控制策略研究

运用于新能源并网的变流器控制策略研究

董雪涛张斌

国网新疆电力有限公司力科学研究院830000

摘要：根据瞬时功率理论，本文选择的方法是改进的直接功率法。由于新能源逆变器并网的三相电压源变换器的d-q坐标系得到了广泛的应用，在此基础上，分析并建立了线性化数学模型，研究了采用无功内环和e直流电压平方的外环电压源变换器的改进控制策略。由于瞬时功率理论是以瞬时值为基础的，所以它不仅适用于正弦稳态，也适用于暂态。改进后的直接功率控制策略也使控制器设计直观、准确，提高了系统的动态和稳态响应能力，改善了电流和电压波形，有效地降低了电网侧电流（THD）的总谐波含量，提高了系统的稳定性。减少电网谐波污染给出了系统控制器的设计方法，建立了仿真模型和实验平台。仿真结果得出的结论是，该控制系统稳态性能好，动态响应快，参数整定简单，谐波失真小，具有很好的研究价值。

关键词：新能源；瞬时功率；变流器；直接功率控制

新能源当中有很多领域例如逆变并网、无功补偿、变电站的UPS系统和有源电力滤波都需要电压型变流器的辅助下才能更好地发挥起来，而且单位功率因数的电压型变流器才会具备有网侧电流谐波含量小、功率因数高、动态响应快这样的优点。在我们目前有的电压型变流器一般分为两种控制策略，一种是直接电流控制，还有一种是间接电流控制。而在我们大部分运用直接电流控制中，又分为电压外环和电流内环的两种控制方式。不过电压外环的控制结构相比电流内环来的复杂，因而导致整个参数在整定起来颇有难度，可是电流内环的动态特性相比电压外环又来的相对差些，所以为了能够更好协调两者的优差，我们将双闭环直接电流控制替换为直接功率控制，这样的一个策略一提出来就受到了学术界强烈的关注与运用，其实这个系统借鉴的是直流电压外环和功率内环的结构来完善电压型变流控制策略。本文也将根据改进型三相电压型变流器策略来提出一项简单有效的控制策略，它的鲁棒性和动态品质将给新能源领域带来更稳定的发展。

1三相电压型变流器数学模型

图1中所示的三相电压型变流器主电路结构有网侧电路和功率开关管桥路，他们分别采用了无中线连接的方式来支撑电容在瞬间时候能够吸收或者释放出的能量和三相桥式的控制方式来平衡有功与无功的分量，当然还有IGBT和续流二极管并联给三相电压型变流器作桥臂开关器件。

通过图1的引导与计算，最终我们将得到以下这个三相电压型变流器的改进控制数学模型公式：

2改进型DPC控制系统设计

控制系统的控制目标是使p收敛于Pg，即p*，q收敛于，由式(12)可得，p*可由电压平方外环得到，根据式(8)和式(12)可知，改进型三相电压型变流器的DPC控制系统框图如图2所示。该控制系统采用电压定向技术，具有一个直流电压平方外环和一个功率内环。电压平方外环采用PI控制器产生有功给定，功率内环则采用滞环比较器，以迫使实际有功跟上该给定。

3仿真与实验结果及分析

根据图2所示的三相电压型变流器的改进型DPC控制框图，我们可以将三相电压型变流器的仿真模型所需要的所有实验系统参数放在Matlab/Simulink环境中构造出来。我们仿真结果当中的网侧电流、电压波形、网侧无功率波形、光伏电源侧直流电压波形还有网侧电流的THD分布图，都是在模拟实际实践情况下，电流会产生什么发应，发生什么样的变化，以及对电网的谐和功率带来了什么样的影响，也正是通过了这仿真结果才让人更明白整个三相电压型变流器是如何运行变化的以及它的单位功率因数确实可以让其逆变上网。

以上图片当中的数据通过具体的分析与操作，发现仿真与实验结果基本没有差异，因此可以说明本文所采用的控制策略确实实际可行并且相比现行的两种电流控制策略更加有效与优越。

4结语

在详细地分析了新能源逆变并网的三相电压型变流器的数学模型之后，我们发现从原来的DPC控制方案到改进后的电压型变流器控制策略，无论是控制结构还是控制系统都更有控制性和稳定性，不仅降低了谐波的含量，还解决了新能源上网对电网谐波污染的问题。最后在仿真与实验结果中也都更为体现出改进型DPC控制方案相比原先的DPC控制方案更为优良，控制参数也更为简单易懂，实际运用起来也更具有价值。

参考文献

［1］汪万伟,陈寿平[1],张建华[1]．ChineseJournalofPowerSources［Ｊ］．研究与设计，2017（03），376-387.

［2］王久和,李华德,王立明.电压型PWM整流器直接功率控制系统[J].中国电机工程学报,2018,26(18):54-60