中國科學院電工研究所的研究人員胡書舉、孟巖峰、李豐林、宋斌、鄧雅，在2017年第24期《電工技術學報》上撰文，針對非理想電網(wǎng)電壓條件，研究一種適應電網(wǎng)電壓不平衡情況的并網(wǎng)逆變器無交流電壓傳感器控制策略。

首先基于二階廣義積分器構建正交濾波器及適合電網(wǎng)電壓不平衡條件的三相并網(wǎng)逆變器電壓觀測器，在兩相靜止坐標系下對電網(wǎng)電壓進行觀測；然后基于正交濾波器輸出量進行正、負序分離，使正、負序分離與電網(wǎng)電壓觀測同步進行；最后結合逆變器在兩相靜止坐標系下的PR控制，并采用負序補償算法，實現(xiàn)逆變器在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的無交流電壓傳感器控制。

該策略能夠避免傳統(tǒng)虛擬磁鏈觀測中的積分飽和、初值敏感、靜態(tài)誤差等問題，并克服現(xiàn)有基于正交濾波器的逆變器無交流電壓傳感器控制無法適應電網(wǎng)電壓不平衡情況的問題。通過仿真與實驗驗證了所提出策略的有效性。

當可再生能源發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器等電力電子設備接入電網(wǎng)末端或網(wǎng)架結構較為薄弱的配電網(wǎng)時，電網(wǎng)電壓可能存在的一些非理想條件會對并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不良影響[1]。針對其中的并網(wǎng)逆變器，近年來國內(nèi)外一些研究者開始研究不依賴電網(wǎng)電壓信號的無交流電壓傳感器控制，以提高逆變器在非理想電網(wǎng)條件下的適應性[2,3]。

與有電壓傳感器控制類似，在無電壓傳感器控制算法中，重構的電壓/虛擬磁鏈信號可以是顯式的，并進行矢量控制；也可以是隱式的，并進行直接功率控制。現(xiàn)有的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構方法大致可以分為兩類：一是基于復功率估計的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構方法，屬于開環(huán)估計方法，準確度不高，并且由于含有電流微分項，因而容易引起干擾；二是基于網(wǎng)側電流偏差調(diào)節(jié)的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構方法，屬于閉環(huán)估計方法，準確度較高。

為了減小干擾、提高觀測準確度，一般需要使用低通濾波器，但低通濾波器本身存在著零點漂移、積分飽和、穩(wěn)態(tài)誤差以及初值敏感等問題[4,5]；另外在電網(wǎng)電壓不平衡時，磁鏈觀測與正、負序分離的級聯(lián)算法使得控制結構更加復雜，增加了延遲時間，降低了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度[6]。

文獻[7]提出了一種基于正交濾波器的逆變器無交流電壓傳感器控制方法，能夠在電網(wǎng)電壓平衡情況下實現(xiàn)逆變器的無交流電壓傳感器控制。文獻[8,9]基于虛擬同步機技術，引入虛擬電流來實現(xiàn)電壓控制信號與電網(wǎng)電壓的同步，可以很好地跟蹤基波分量的幅值、頻率和相位，但并未針對非理想電網(wǎng)電壓條件進行專門研究。

文獻[10]針對不對稱電網(wǎng)電壓條件，基于瞬時功率理論和虛擬磁鏈技術，提出了兩種使傳統(tǒng)直接功率控制適應電網(wǎng)擾動并良好運行的無交流電壓傳感器改進方法，而針對電網(wǎng)電壓不平衡情況，需要進一步的實驗驗證。因此針對電網(wǎng)電壓不平衡條件的逆變器無電壓傳感器控制，則無論是濾波器的構建還是逆變器的控制策略，均需要進一步研究、驗證和完善。

針對以上問題，本文研究能夠適應電網(wǎng)電壓不平衡條件下的逆變器無交流電壓傳感器控制策略，基于二階廣義積分器構建可變頻率的正交濾波器，進一步建立電壓觀測器，提出了一種基于正交濾波器的正、負序分量分離方法，使得電壓觀測與電壓、電流正、負序分離可以同步完成，結合負序補償電流控制實現(xiàn)逆變器無交流電壓傳感器控制，從而簡化了系統(tǒng)的控制結構，并獲得較好的動態(tài)性能。最后給出仿真和實驗驗證結果與結論。

圖1可變頻率的正交濾波器結構圖

圖2 實驗系統(tǒng)結構

圖3實驗系統(tǒng)裝置實物圖

結論

本文提出基于二階廣義積分器建立可變頻率的正交濾波器，進一步構建適應電網(wǎng)電壓不平衡條件的電壓觀測器，并基于正交濾波器輸出量進行正、負序分離，使正、負序分離與電網(wǎng)電壓觀測同步進行，結合負序電流補償控制，實現(xiàn)逆變器在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的無交流電壓傳感器控制。

通過仿真與實驗驗證了所提控制策略的有效性。所提出的無交流電壓傳感器控制策略能夠適應電網(wǎng)電壓不平衡條件，且能夠降低逆變器硬件成本，可以有效提高并網(wǎng)逆變器的電網(wǎng)適應性。下一步將結合當前逆變器無電壓傳感器控制方面的最新成果，對本文所提方法進一步完善，并與其他方法進行對比研究。