不平衡电网电压下三相并网逆变器的控制策略分析.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023文章编号:10 0 7-7 57 X(2 0 2 3)0 5-0 19 7-0 4不平衡电网电压下三相并网逆变器的控制策略分析易善军1,徐柳飞2 3,张文军1,张文斌2.3(1.国网内蒙古东部电力有限公司,内蒙古,呼和浩特0 10 0 2 0;2.国网南京南瑞集团公司(国网电力科学研究院),江苏,南京2 1110 6;3.国电南瑞科技股份有限公司,江苏,南京2 1110 6)摘要:针对不平衡电网电压并网成功率低,逆变器控制能力不足的问题,对不平衡电力数据进行整定,通过设计径向基函数(RBF)自适应控制网络完成
2、电力设备在三相不平衡环境下的配合调节,由PI调节器完成参数调节,进而增加并网成功率;采用模型预测控制(MPC)算法对三相异常数据进行排查,通过对比两种不同环境下并网关系推算最佳并网策略,实现电力设备的安全并网。试验表明,采用的KLH系列逆变器,容量为2 KVA/220V,用这种方式并网产生的不平衡电压变化为8 5.8 V,并网成功率为9 5.2%。关键词:不平衡电网电压;三相并网逆变器;同步旋转双闭环模型;RBF网络;MPC控制算法中图分类号:TM712Analysis of Three-phase Solar Inverter Control StrategyYI Shanjun,XU Li
3、ufei?3,ZHANG Wenjun,ZHANG Wenbin?.(1.State Grid East Inner Mongolia Electric Power Supply Co.,Ltd.,Hohhot 010020,China;2.NARI Group Corporation(State Grid Electric Power Research Institute),Nanjing 211106,China;Abstract:In view of the low success rate of unbalanced grid voltage grid connection and i
4、nsufficient inverter control capability,this paper processes the unbalanced power data,and completes the power equipment in the third stage by designing a radial ba-sis function(RBF)adaptive control network.The coordination adjustment under the phase imbalance environment is adjustedby the PI regula
5、tor to increase the success rate of grid connection.The model predictive control(MPC)algorithm is used to in-vestigate the three-phase abnormal data,and the two different environments are compared.The grid connection relationshipcalculates the best grid connection strategy to realize the safe grid c
6、onnection of power equipment.The test shows that theKLH series inverter used in this study has a capacity of 2 KVA/220 V,the unbalanced voltage change generated in the gridconnection is 85.8 V,and the grid connection success rate is 95.2%.Key words:unbalanced grid voltage;three-phase solar inverter;
7、synchronous rotating double closed-loop model;RBF network;MPC control algorithm0引言当局域电力设备并网时,往往需要调节频率和相位,但不平衡电压处于并网状态时,则容易引起电网波动,从而造成并网失败。随着电力技术的发展,电力公司对逆变器不断进行更新,文献 1设计AFD控制方法,通过分析逆变器孤岛效应建立可控网络体系,采用锁相环技术保证并网时设备相位一致,增加不平衡电压下设备并网成功率。但这种方式作者简介:易善军(197 5一),男,博士,高级工程师,研究方向为柔性直流输电技术、逆变器变换控制技术、电力监控系统网络安全和
8、电力系统数值仿真;徐柳飞(198 4一),男,本科,工程师,研究方向为电力系统调度自动化;张文军(196 7 一),男,硕士,高级工程师,研究方向为柔性直流输电技术、逆变器变换控制技术、电力监控系统网络安全和电力系统数值仿真;张文斌(198 1一),男,硕士,工程师,研究方向为电力系统调度自动化。开发应用文献标志码:Aunder Unbalanced Grid Voltage3.NARI Technology Co.,Ltd.,Nanjing 211106,China)微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期存在检测盲区,在并网时容易引起误差;文献 2 利用APF电力设备改进逆变器内部电
9、路,建立二阶广义积分控制循环,对设备并网状态精准把握,但这种控制方式无法调整并网时的频率需求,因此实际并网成功率较低。针对上述对逆变器控制并网条件存在的问题,本文通过分析不同条件下的并网要求设计并网控制系统,通过设计同步旋转双闭环模型,对待并网设备统一调整相位和频率,使其满足并网需求,通过RBF自适应控制网络稳定并网时对197Microcomputer Applications Vol.39,No.8,2023电网造成的波动,利用MPC控制算法整合设备并网异常数据,并据此调整逆变器运行信号,建立循环稳定控制体系 3。1逆变器并网控制系统本文建立同步旋转双闭环模型,利用双闭环控制方式对电网相位和
10、频率整定,使设备满足并网条件 3-4。利用RBF自适应控制网络加强逆变器运行的自适应调整,通过抑制并网波动提高并网成功率。采用MPC控制算法对并网异常数据进行调整,准确掌握并网设备在不平衡电网电压下的运行规律,清晰显示并网过程。本文建立的逆变器并网控制系统如图1所示。电源逆变器并网设备控制模式同步旋转双闭环模型RBF自适应控制网络异常报警功能设备模拟控制工作站调度中心工程管理图1逆变器并网控制系统本文建立的逆变器并网控制系统分为并网设备和控制模式两个功能模块,由并网设备提供运行数据,控制模式负责功能控制。其中并网设备由变电站进行电压变换,将运行电路分为逆变器和整流桥两个电路,整流桥由脉冲调制和
11、传感器进行控制,逆变器由专属电源供给电能,控制模块对整流桥和逆变器共同控制 5-6。首先设定并网控制策略,对待并网基础设立并网条件,由此建立RBF自适应控制网络,同步旋转双闭环模型针对逆变器运行规律建立,MPC算法则通过分析并网控制策略,推算控制进度,将计算数据输入到RBF网络中。RBF控制网络集合控制模块的多项技术,实现运行异常报警、功能设备、模拟控制、设计工作站、调度中心和工程管理多个功能,形成严格自适应控制循环,对逆变器并网控制具有重要作用门。2同步旋转双闭环模型通过采用同步旋转双闭环模型对并网条件进行分析,使逆变器能够精准控制并网运行电路,找到最佳并网点,使设备并网简便和准确 8,三相
12、并网控制电路如图2 所示。图2 中,其三相电压存在不平衡基准,则在并网时逆变器旋转矢量需控制运行的频率和相位,而其输出需经反变换推算结果。在本文设计中通过变换理论,将矢量相角通过锁相环公式演算得出,经过相位的均衡调整使并网频率得到调整,使之满足并网条件,由此完成不平衡电网电压下相位和频率的均衡,从而完成并网操作 9。对不平衡电网电压的相位和频率进行派克变换和反变换,最终经过SVPWM调制出能够进行并网的合适波形。当电网不平衡电压较大时,调频功率需要加大,因此利用脉冲调制模块为PI模块提供较大的输出脉冲,利用AFD和PLL技术实现三相并网。在此期开发应用间通过同步旋转双闭环模型对脉冲进行控制,控
13、制方式如图3所示。L驱动电路SVPWM调制图2 三相并网控制电路脉冲调制变电站整流桥并网控制策略基础并网条件微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第8 期Ltmm脉冲调制AFDPLL传感器1/CSA(s)IC控制部分图3同步旋转双闭环模型对图2 中三相不平衡电路进行相位和频率调制,得到一种双闭环模型,模型中相位和谐波控制通过等效变换分为两MPC算法个闭环电路,分别完成并网控制。在双闭环模型运行中,输人信号为并网外环条件和不平衡电压,由逆变器将运行信号进行调整,不平衡信号等效变换为电阻电路和受控电路,两种电路运行规律遵循相角条件。在相角变换过程中,模型运行通过控制部分完成条件的建立,控制部分通过
14、Gf和G6h模块对输入的If和Ih分别控制,即完成电网电压的相位和频率控制,最终输出的Upcc为平衡电压,从而满足并网条件 10。3RBF自适应控制网络传统PI控制器对不平衡电网电压并网条件的建立较为困难,为提高控制器的性能,对PI控制器进行改进,在控制电路中加入RBF自适应控制器,更容易对不平衡电压达到并网条件,使精度不足的电路频率接近电网电压曲线规律,避免了频率相差较大导致并网失败问题,RBF自适应控制网络如图4所示。图4RBF自适应控制网络图RBF控制器运算结构相对较为简单,不会增加系统运行压力,能够根据电网允许接入条件调整自身相角频率,更为有利于设备的并网操作。RBF运行控制基于2 个
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