中國(guó)科學(xué)院電工研究所的研究人員胡書(shū)舉、孟巖峰、李豐林、宋斌、鄧雅，在2017年第24期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對(duì)非理想電網(wǎng)電壓條件，研究一種適應(yīng)電網(wǎng)電壓不平衡情況的并網(wǎng)逆變器無(wú)交流電壓傳感器控制策略。

首先基于二階廣義積分器構(gòu)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(cè)器，在兩相靜止坐標(biāo)系下對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行觀測(cè)；然后基于正交濾波器輸出量進(jìn)行正、負(fù)序分離，使正、負(fù)序分離與電網(wǎng)電壓觀測(cè)同步進(jìn)行；最后結(jié)合逆變器在兩相靜止坐標(biāo)系下的PR控制，并采用負(fù)序補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)逆變器在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的無(wú)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(cè)中的積分飽和、初值敏感、靜態(tài)誤差等問(wèn)題，并克服現(xiàn)有基于正交濾波器的逆變器無(wú)交流電壓傳感器控制無(wú)法適應(yīng)電網(wǎng)電壓不平衡情況的問(wèn)題。通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出策略的有效性。

當(dāng)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)逆變器等電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)末端或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱的配電網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)電壓可能存在的一些非理想條件會(huì)對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不良影響[1]。針對(duì)其中的并網(wǎng)逆變器，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些研究者開(kāi)始研究不依賴(lài)電網(wǎng)電壓信號(hào)的無(wú)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(yīng)性[2,3]。

與有電壓傳感器控制類(lèi)似，在無(wú)電壓傳感器控制算法中，重構(gòu)的電壓/虛擬磁鏈信號(hào)可以是顯式的，并進(jìn)行矢量控制；也可以是隱式的，并進(jìn)行直接功率控制。現(xiàn)有的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構(gòu)方法大致可以分為兩類(lèi)：一是基于復(fù)功率估計(jì)的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構(gòu)方法，屬于開(kāi)環(huán)估計(jì)方法，準(zhǔn)確度不高，并且由于含有電流微分項(xiàng)，因而容易引起干擾；二是基于網(wǎng)側(cè)電流偏差調(diào)節(jié)的電網(wǎng)電壓/虛擬磁鏈重構(gòu)方法，屬于閉環(huán)估計(jì)方法，準(zhǔn)確度較高。

為了減小干擾、提高觀測(cè)準(zhǔn)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(diǎn)漂移、積分飽和、穩(wěn)態(tài)誤差以及初值敏感等問(wèn)題[4,5]；另外在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，磁鏈觀測(cè)與正、負(fù)序分離的級(jí)聯(lián)算法使得控制結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加了延遲時(shí)間，降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度[6]。

文獻(xiàn)[7]提出了一種基于正交濾波器的逆變器無(wú)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(shí)現(xiàn)逆變器的無(wú)交流電壓傳感器控制。文獻(xiàn)[8,9]基于虛擬同步機(jī)技術(shù)，引入虛擬電流來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓控制信號(hào)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(duì)非理想電網(wǎng)電壓條件進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。

文獻(xiàn)[10]針對(duì)不對(duì)稱(chēng)電網(wǎng)電壓條件，基于瞬時(shí)功率理論和虛擬磁鏈技術(shù)，提出了兩種使傳統(tǒng)直接功率控制適應(yīng)電網(wǎng)擾動(dòng)并良好運(yùn)行的無(wú)交流電壓傳感器改進(jìn)方法，而針對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡情況，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此針對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡條件的逆變器無(wú)電壓傳感器控制，則無(wú)論是濾波器的構(gòu)建還是逆變器的控制策略，均需要進(jìn)一步研究、驗(yàn)證和完善。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文研究能夠適應(yīng)電網(wǎng)電壓不平衡條件下的逆變器無(wú)交流電壓傳感器控制策略，基于二階廣義積分器構(gòu)建可變頻率的正交濾波器，進(jìn)一步建立電壓觀測(cè)器，提出了一種基于正交濾波器的正、負(fù)序分量分離方法，使得電壓觀測(cè)與電壓、電流正、負(fù)序分離可以同步完成，結(jié)合負(fù)序補(bǔ)償電流控制實(shí)現(xiàn)逆變器無(wú)交流電壓傳感器控制，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，并獲得較好的動(dòng)態(tài)性能。最后給出仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與結(jié)論。

圖1可變頻率的正交濾波器結(jié)構(gòu)圖

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置實(shí)物圖

結(jié)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(jìn)一步構(gòu)建適應(yīng)電網(wǎng)電壓不平衡條件的電壓觀測(cè)器，并基于正交濾波器輸出量進(jìn)行正、負(fù)序分離，使正、負(fù)序分離與電網(wǎng)電壓觀測(cè)同步進(jìn)行，結(jié)合負(fù)序電流補(bǔ)償控制，實(shí)現(xiàn)逆變器在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的無(wú)交流電壓傳感器控制。

通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。所提出的無(wú)交流電壓傳感器控制策略能夠適應(yīng)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(yīng)性。下一步將結(jié)合當(dāng)前逆變器無(wú)電壓傳感器控制方面的最新成果，對(duì)本文所提方法進(jìn)一步完善，并與其他方法進(jìn)行對(duì)比研究。