电网不平衡条件下LCL-VSR控制策略研究

电压型PWM变换器(VSC, Voltage Source Converter)由于其交流侧电流的正弦性、输入输出滤波器小、能量可双向流动、交流侧有功功功率和无功功率可分别进行控制等优点,得到了越来越广泛的应用。LCL型滤波器由于其相对L型滤波器对交流侧电流中的高频谐波有更强的抑制能力,因此也越来越多的被用于VSC变换器中。 针对电网电压不平衡造成电压型PWM整流器(VSR, Voltage Source Rectifier)系统中直流侧的偶次谐波和交流侧的奇次谐波问题以及引入LCL滤波器造成的系统的谐振问题,本文将LCL-VSR的有源阻尼控制和不平衡控制策略相结合进行了研究。电网电压不平衡条件下,传统的输出电流平衡控制中由于正序有功电流指令中含有二次谐波而使得输出电流中含有三次谐波,本文通过添加陷波器消除了电流指令中的二次谐波从而消除了输出电流中的三次谐波；本文同时对抑制直流侧电压脉动控制中的电流指令算法进行了简化,解决了传统的指令算法计算量较大不利于工程实现的问题。通过对改进算法进行仿真和实验验证,结果表明改进的输出电流平衡控制算法可以有效的消除输出电流中的三次谐波；新的直流侧电压脉动抑制控制电流指令算法在抑制直流侧电压中的二次脉动的同时减少了输出电流指令的计算量,同时在不平衡条件下也可近似运行于单位功率因数下。 当LCL-VSC系统用于分布式发电系统作为逆变器(VSI, Voltage Source Inverter)工作时,期望其在电网出现故障脱离电网后能独立向本地负载供电,同时保证在并网工作模式和独立逆变模式间的切换过程中做到无扰动切换,以减小切换动态过程对本地关键负载上电压的影响。本文提出了基于多环控制结构的无扰动切换控制策略,在并网和独立逆变两种模式下分别对并网电流和负载电压(即电容电压)直接进行控制,同时由于电容电压环始终处于工作状态,解决了切换过程中由于电容电压启动所造成的本地负载电压的畸变。同时研究了本地不平衡负载对系统并网工作状态和独立逆变工作状态的影响,将不平衡控制策略和所提出的无扰动切换控制策略结合,在正负序双同步坐标系下对并网状态下并网电流中的负序分量和独立逆变状态下负载电压中的负序分量分别进行抑制,消除了本地不平衡负载对系统工作状态的影响。仿真和实验结果表明本文所提出的基于正负序双同步坐标系的多环结构无扰动切换控制策略能够做到双模式间切换对负载电压和电网均只产生很小的冲击,很好的完成了无扰动切换的控制目标,同时有效的消除了本地不平衡负载对系统运行状态的影响。