CN109066699A - 一种判断过调制对微源逆变器串联微电网电压影响的方法 - Google Patents

Abstract

一种微源逆变器串联微电网系统超调程度判别方法，以双边傅里叶变换为基础，计算过调制状态下微源逆变器串联微电网系统输出电压表达式。采用泰勒公式对电压进行变换，将其写成一种能够反映系统总超调程度与输出电压之间关系的方程。当总超调量小于零时系统处于调制状态，当其大于零时为超调状态，并根据系统总超调量大小计算系统输出电压。其方法简单，使系统可以通过控制系统总超调量从而有效控制电压，实现功率平衡控制，保证系统输出电压稳定。

Description

一种判断过调制对微源逆变器串联微电网电压影响的方法

技术领域

本发明涉及一种过调制对系统输出电压影响的判别方法，特别是过调制对微源逆变器串联微电网系统输出电压的影响。

背景技术

近年来，负荷的持续增长、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求，已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战。在智能电网的发展过程中，配电网需要从被动式的网络向主动式的网络转变，微电网具有高效、灵活、智能的控制分布式发电的特点，是实现主动式配电网的一种有效方式，能够促进分布式发电的大规模接入，有利于传统电网向智能电网的过渡。

与传统的风光互补逆变器并联发电系统相比，微源逆变器串联微电网系统具有输出电压、电流正弦波形好，谐波含量低，无环流等优点。由于各单元微源性质的不同，其输出功率也互不相同，在微源逆变器串联微电网中，系统的总输出功率来自各单元输出功率的叠加。因此，不能将总的输出功率均分给每个微源，应以“能者多劳”为原则，从而实现系统功率的平衡控制。采用载波变幅移相调制方法可以独立控制各微源逆变器输出电压的大小，实现对各微源逆变器输出功率的平衡控制。微源逆变器串联微电网系统在进行功率平衡控制时，有一些微源逆变器可能会进入过调制状态，过调制状态下系统输出电压的基波幅值与调制度不成线性关系，输出电压的谐波分布也变得更加复杂，这将给微电网系统控制造成一定的困难。因此研究一种过调制判别方法，分析过调制对系统输出电压的影响情况极为重要。

发明内容

本发明的目的是分析过调制状态下微源逆变器串联微电网系统超调量与电压之间的关系，判断其对系统输出电压的影响情况。

本发明是一种判断过调制对微源逆变器串联微电网电压影响的方法，其步骤为：

步骤1：微源逆变器串联微电网系统由N单元H桥微源逆变器串联构成，各微源直流链电压为u_dc，微源逆变器输出电压为u_oi，系统总输出电压为u_AN；采用载波变幅移相调制策略，载波大小为u_c，调制波为u_s，载波幅值为U_c，调制波幅值为U_s，调制度载波移相角为α；当u_s＝U_c时，ω_st有四个解，分别为γ,π-γ,π+γ,2π-γ，定义γ为超调临界角；当u_s＝u_c时，载波与调制波的两个交点分别为L、R；当|u_s|＞|u_c|时，开关函数输出为u_dc，当|u_s|＜|u_c|时，开关函数输出为0；

步骤2：基于双边傅里叶变换理论，忽略谐波部分，系统输出电压与调制度之间的关系为u_o＝A₁₁cos(mx)+B₁₁sin(ny)；

式中

为方便计算，定义C₁₁＝A₁₁+jB₁₁；

步骤3：将一个周期内的调制波按照是否大于基波幅值分为I～VI 6个积分区域，并投影到x0y坐标系中，计算得B₁₁＝0；

因此过调制状态下微源逆变器输出电压当M＜1时，系统处于调制状态下，调制状态下u_oi＝M_iu_dc，将调制状态下与过调制状态下系统输出电压表达式相比发现，本发明中电压基波幅值的实部与调制状态下相等，因此第i个微源的基波幅值为：

步骤4：由于微源逆变器串联微电网系统输出电压为各微源输出电压的和，因此N微源系统在过调制状态下输出电压为

对过调制状态下串联系统电压进行泰勒展开，设χ_i＝γ_i ²，则N微源逆变器串联系统输出电压为

由于χ随M变化而变化，令为系统的总调制量，微源个数一定时，系统输出电压仅与δ有关，因此微源逆变器串联微电网系统输出电压为

公式六能够反映出系统总调制量与系统输出电压之间的关系；

步骤5：当微源逆变器串联系统中所有微源的调制度M均为1时定义为系统临界超调状态；此时总超调量δ＝-1.35N；设η＝δ+1.35N为系统总超调量，当η＞0时，系统处于过调制状态，当η＜0时则处于调制状态，由于η有正有负，因此系统各微源对总超调量的影响可以相互抵消；

在临界超调状态时系统输出电压为U_AN＝Nu_dc，非临界超调状态下系统输出电压为

过调制状态下系统电压随η的变化率为当所有微源逆变器的调制度M均趋于无穷时，U_AN＝1.28Nu_dc且不再随总超调量的增加而增加，因此系统电压总波动率小于28％。

本发明的有益之处在于：采用载波变幅移相调制策略进行功率平衡控制时，准确掌握过调制程度对系统输出电压的影响。首先利用分段积分法详细计算采用载波移相调制策略时基波表达式系数，得到调制度与微源逆变器输出电压之间的关系。其次根据串联微电网的特性，定义系统总超调量，分析总超调量与系统输出电压之间的关系，从而得出微源逆变器串联微电网系统的输出电压。

附图说明

图1微源逆变器串联微电网结构图，图2是过调制状态下，调制波周期内载波与调制波相交情况示意图。图3是一个载波周期内调制波与载波相交情况示意图。

具体实施方式

本发明是一种判断过调制对微源逆变器串联微电网电压影响的方法，其步骤为：

步骤1：如图1所示，微源逆变器串联微电网系统由N单元H桥微源逆变器串联所得，各微源直流链电压为u_dc，微源逆变器输出电压为u_oi，系统总输出电压为u_AN。采用载波变幅移相调制策略，图2为调制波周期内载波与调制波相交情况示意图，载波大小为u_c，调制波为u_s，载波幅值为U_c，调制波幅值为U_s，调制度载波移相角为α。当u_s＝U_c时，ω_st有四个解，分别为γ,π-γ,π+γ,2π-γ，定义γ为超调临界角。图3为载波周期内调制波与载波相交情况示意图，当u_s＝u_c时，载波与调制波的两个交点分别为L，R；当|u_s|＞|u_c|时，开关函数输出为u_dc，当|u_s|＜|u_c|时，开关函数输出为0。

步骤2：基于双边傅里叶变换理论，忽略谐波部分，系统输出电压与调制度之间的关系为u_o＝A₁₁cos(mx)+B₁₁sin(ny)；

式中

为方便计算，定义C₁₁＝A₁₁+jB₁₁。

步骤3：将一个周期内的调制波按照是否大于基波幅值分为I～VI 6个积分区域，并投影到x0y坐标系中，计算得B₁₁＝0；

因此过调制状态下微源逆变器输出电压当M＜1时，系统处于调制状态下，调制状态下u_oi＝M_iu_dc，将调制状态下与过调制状态下系统输出电压表达式相比发现，本发明中电压基波幅值的实部与调制状态下相等，因此第i个微源的基波幅值为：

步骤4：由于微源逆变器串联微电网系统输出电压为各微源输出电压的和，因此N微源系统在过调制状态下输出电压为

对过调制状态下串联系统电压进行泰勒展开，设χ_i＝γ_i ²，则N微源逆变器串联系统输出电压为

由于χ随M变化而变化，令为系统的总调制量，微源个数一定时，系统输出电压仅与δ有关，因此微源逆变器串联微电网系统输出电压为

公式六能够反映出系统总调制量与系统输出电压之间的关系；

步骤5：当微源逆变器串联系统中所有微源的调制度M均为1时定义为系统临界超调状态。此时总超调量δ＝-1.35N。设η＝δ+1.35N为系统总超调量，当η＞0时，系统处于过调制状态，当η＜0时则处于调制状态，由于η有正有负，因此系统各微源对总超调量的影响可以相互抵消；

在临界超调状态时系统输出电压为U_AN＝Nu_dc，非临界超调状态下系统输出电压为

过调制状态下系统电压随η的变化率为当所有微源逆变器的调制度M均趋于无穷时，U_AN＝1.28Nu_dc且不再随总超调量的增加而增加，因此系统电压总波动率小于28％。

本发明是一种过调制对微源逆变器串联微电网系统输出电压影响程度的判别方法。如图1所示，微源逆变器串联微电网系统由N单元H桥微源逆变器串联所得，各微源直流链电压为u_dc，单个逆变器输出电压为u_oi，系统总输出电压为u_AN。具体发明步骤为：

步骤1：采用载波变幅移相调制策略，将载波方程用线性分段函数表示，其方程为

调制波的方程为u_s＝U_ssin(ω_st)；

式中载波幅值为U_c，调制波幅值为U_s，调制度采用载波变幅移相调制策略，载波移相角为α。如图3所示，在载波周期内，当u_s＝u_c时，载波与调制波用两个交点分别为L，R。在采样点处有

x_L＝2kπ+π-α-πMsiny (公式九)

x_R＝2kπ+π-α+πMsiny (公式十)

如图3所示，当|u_s|＞|u_c|时，开关函数输出为u_dc，当|u_s|＜|u_c|时，开关函数输出为0。如图2所示，当u_s＝U_c时，ω_st有四个解，分别为γ,π-γ,π+γ,2π-γ，定义γ为超调临界角。由于各微源逆变器调制度不相等，则图2中的超调临界角不同，且超调程度越大γ越小；

步骤2：基于双边傅里叶变换理论，忽略谐波部分，系统输出电压与调制度之间的关系为u_o＝A₁₁cos(mx)+B₁₁sin(ny)；

式中

为方便计算，定义C₁₁＝A₁₁+jB₁₁；

步骤3：如图2所示，将一个周期内的调制波按照是否大于基波幅值分为I～VI 6个积分区域，并投影到xoy坐标系中，则有效积分区域内开关函数F(x,y)的谐波系数计算如下

计算得B₁₁＝0；

因此过调制状态下微源逆变器输出电压将调制状态下与过调制状态下系统输出电压表达式相比发现，当M＜1时，u_oi＝M_iu_dc，本发明中电压基波幅值的实部与调制状态下相等，因此第i个微源的基波幅值为：

步骤4：微源逆变器串联系统输出电压等于各微源输出电压的和，可得N微源系统在过调制状态下输出电压为

对过调制状态下串联系统电压进行泰勒展开，设χ_i＝γ_i ²，则N微源系统输出电压为：

由于χ随M变化而变化，令微源个数一定时，系统输出电压仅与δ有关，令δ为系统的总调制量，微源逆变器串联微电网系统输出电压可以改写成

步骤5：当微源逆变器串联系统中所有微源M均为1时定义为系统临界超调状态。此时总调制量δ＝-1.35N。在临界超调状态时系统输出电压为

设η＝δ+1.35N为系统总超调量，非临界超调状态下系统输出电压可以表示为

在实际系统中，各微源逆变器调制度M有大有小，总超调度η相应变化。当η＞0时，系统处于过调制状态，当η＜0时则处于调制状态。系统各微源对总超调量的影响可以相互抵消。

由上式可知，系统输出电压与各微源超调临界角函数的和相关。当所有微源的调制度M均趋于无穷时，δ由负趋于0，η趋于1.35N，此时U_AN＝1.28Nu_dc且不再随总超调量的增加而增加，因此系统电压总波动率小于28％。

由此通过分析系统总超调量程度，从理论上判断总超调程度对微源逆变器串联系统输出电压的影响。其方法简单，可以在进行功率平衡控制时，通过控制总超调量有效控制系统电压，保证系统稳定输出。

Claims (1)

1.一种判断过调制对微源逆变器串联微电网电压影响的方法，其特征在于，其步骤为：

步骤1：微源逆变器串联微电网系统由N单元H桥微源逆变器串联构成，各微源直流链电压为u_dc，微源逆变器输出电压为u_oi，系统总输出电压为u_AN；采用载波变幅移相调制策略，载波大小为u_c，调制波为u_s，载波幅值为U_c，调制波幅值为U_s，调制度载波移相角为α；当u_s＝U_c时，ω_st有四个解，分别为γ,π-γ,π+γ,2π-γ，定义γ为超调临界角；当u_s＝u_c时，载波与调制波的两个交点分别为L、R；当|u_s|＞|u_c|时，开关函数输出为u_dc，当|u_s|＜|u_c|时，开关函数输出为0；

步骤2：基于双边傅里叶变换理论，忽略谐波部分，系统输出电压与调制度之间的关系为u_o＝A₁₁cos(mx)+B₁₁sin(ny)；

式中

为方便计算，定义C₁₁＝A₁₁+jB₁₁；

步骤3：将一个周期内的调制波按照是否大于基波幅值分为I～VI 6个积分区域，并投影到x0y坐标系中，计算得B₁₁＝0；

因此过调制状态下微源逆变器输出电压当M＜1时，系统处于调制状态下，调制状态下u_oi＝M_iu_dc，将调制状态下与过调制状态下系统输出电压表达式相比发现，本发明中电压基波幅值的实部与调制状态下相等，因此第i个微源的基波幅值为：

步骤4：由于微源逆变器串联微电网系统输出电压为各微源输出电压的和，因此N微源系统在过调制状态下输出电压为

对过调制状态下串联系统电压进行泰勒展开，设χ_i＝γ_i ²，则N微源逆变器串联系统输出电压为

由于χ随M变化而变化，令为系统的总调制量，微源个数一定时，系统输出电压仅与δ有关，因此微源逆变器串联微电网系统输出电压为

公式六能够反映出系统总调制量与系统输出电压之间的关系；

步骤5：当微源逆变器串联系统中所有微源的调制度M均为1时定义为系统临界超调状态；此时总超调量δ＝-1.35N；设η＝δ+1.35N为系统总超调量，当η＞0时，系统处于过调制状态，当η＜0时则处于调制状态，由于η有正有负，因此系统各微源对总超调量的影响可以相互抵消；

在临界超调状态时系统输出电压为U_AN＝Nu_dc，非临界超调状态下系统输出电压为

过调制状态下系统电压随η的变化率为当所有微源逆变器的调制度M均趋于无穷时，U_AN＝1.28Nu_dc且不再随总超调量的增加而增加，因此系统电压总波动率小于28％。