摘要:本文了分析并网逆变器谐波产生的原因及危害,介绍配电网分布式谐波VDAPF治理模式,阐述了并网逆变器二次谐波电流的消除方法,仅供参考。
关键词:并网逆变器;二次谐波电流;抑制方法
引言
随着新能源发电占比的提升,更多的电力电子变换器接入了电网。与传统的发电设备不同,电力电子变换器引入了大量开关管等非线性器件,输出信号的频谱更加复杂。若控制不当,将导致电网的谐波污染。谐波的危害包括降低电网的电能传输效率,甚至引发电网的稳定性和安全性问题。例如,电流谐波会造成变压器、发电机和电机涡流损耗以及磁芯损耗的增加,加速绝缘老化;在电网局部引发谐振,可能引发电网事故;增加电流的有效值进而使得传输线路的损耗增加等。
1配电网分布式谐波VDAPF治理模式概述
配电网分布式谐波VDAPF治理模式包含4个环节,分别为逆变器设置、谐波电压检测、指令电流计算和电流跟踪控制,具体的结构原理见图1。图中C为直流电源的电容器;Cf为滤波电流的电容器;Udc为直流电源的电压;uG为谐波输入电压;uh为谐波输出电压;u*I为谐波输出指令电压;iG为谐波输入电流;i*h为谐波输出指令电流;Lf为输出电感。从图中可以看出,配电网分布式谐波VDAPF治理模式的基本核心是在电网和大地之间设置了一个控制增益k,它的本质是电导,使得电网系统中的谐波输出电压uh转换为谐波输出指令电流i*h,为谐波提供了一个虚拟电导。
图1配电网分布式谐波VDAPF治理模式
白浩2谐波产生原因分析
传统的并网逆变器的控制框图如图2所示,图中,vdc表示直流母线电压,vga、vgb、vgc分别表示三相电网电压,va、vb、vc分别表示三相交流电容电压,iLa、iLb、iLc分别表示三相电感电流,ia、ib、ic分别表示三相电网电流,PLL表示锁相环。
图2传统的并网逆变器的控制框图
可以计算得到,忽略d轴和q轴之间的耦合项,传统的并网逆变器在同步旋转坐标系下的控制模型如图2所示,图中Nvd(s)和Nvq(s)表示由电压采样误差引起的扰动,Nid(s)和Niq(s)表示由电流采样误差引起的扰动,L表示滤波电感值,C表示滤波电容值,KPWM表示PWM系数,Td表示控制系统的延时,等于一个采样周期,Gi(s)表示控制器的传递函数,这里采用PI控制,即Gi(s)=Kp+Ki/s,其中Kp和Ki分别表示PI控制器的参数。
3谐波产生的危害
电网集中器是电网变压器的主要指标之一,在电源电压发生变形时,可能会造成严重失真,使电网无法满足电网的要求。网络变换器可向网络变换器添加谐波抑制算法,满足网络波的要求,并通过控制算法进行抑制,同时考虑到与网络滤波器相似的硬件结构。
4并网逆变器二次谐波电流的抑制方法
4.1在目标谐波补偿电流生成控制中的应用
在目标谐波补偿电流生成控制中,电网系统中的电压值和电流值均向逆变器中进行传输,被逆变器采集后,可以向上层控制单元输入电网的基波电压、谐波电流、逆变器容量等信息,采用全局最优算法可以求得电网各个电路中的目标谐波补偿电流,上层控制单元按照谐波补偿目标通过逆变器对电网中的非线性负荷进行补偿。在实际的谐波治理控制中,由于逆变器容量的计算和确定十分繁琐,大大增加了系统的处理成本,不利于现场技术人员进行操作,因此在实际应用中通常将逆变器容量参数替换为谐波电流的幅值。
4.2地电流谐波经变压器传递
根据分析可知,轨道交通附近的接地变压器中性点地电流中含大量谐波分量。谐波可能经变压器注入电网,对电网的安全稳定运行造成影响,因此需对谐波地电流经变压器传递特性进行分析。作为承担电力系统能量传输与电压变换的装置,变压器在谐波作用下的等效阻抗是正比于谐波次数的。
4.3终端电气综合治理保护系统
终端电气综合治理保护系统是目前市面上新出现的一种产品,是集零线过电流保护和消除零线过电流于一体的产品,相比较其他产品最大的优势是增加了消除三相不平衡、就地进行无功补偿和稳定末端电压等功能。在正常工况下,电气综合治理保护系统只是消除零线电流和监视零线的运行状态,故障状态下则容许零线短时过电流和过电热运行。其结构包括采集模块、保护器和处理模块3个设备。采集模块的输入端为配电设备回路上的相线和零线,采集模块的输出端与保护器的输入端及处理模块连接。采集模块采集分支回路上的电流值和电压值。当零线上的电流值瞬时升高时,通过保护器滤除升高的电流值;当零线上的电流值持续升高时,保护器可向处理模块发出切断信号,切断与相线的连通。工作原理为:通过电流互感器检测出三相负荷电流,然后通过基于FPGA的高速数字控制器实现的指令电流控制算法
(基于FFT+AI的人工神经网络算法),将三相负荷电流分解为基波正序有功电流i1fp、基波正序无功电流i1fq、基波负序电流i2f、基波零序电流i0f和谐波电流ih几个部分。NTPS控制功率电路实现输出电流跟踪指令电流,系统给定不同类别的指令电流让NTPS分别工作在不同的补偿状态。
结束语
研究了一种并网逆变器二次谐波电流的抑制方法,该方法的主要原理是采用额外的硬件带阻滤波器电路和放大电路提高系统对谐波电流的采样精度,再引入二次电流谐波抑制环增大逆变器在二次谐波频率的等效输出阻抗,从而实现对并网逆变器电感电流谐波的抑制。理论分析以及实验结果都表明这种二次谐波电流的抑制方法可以有效地抑制并网逆变器电感电流中的二次谐波。
参考文献
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项目名称:山东省重点研发计划(重大科技创新工程),项目编号:2020CXGC010202。
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