一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心、湖南科技大学信息与电气工程学院的研究人员黄媛、罗安、王逸超，在2016年第24期《电工技术学报》上撰文，为了简化三相并网逆变器的谐波补偿控制，同时提高并网逆变器对电网背景谐波电压的抗干扰性能，提出一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法，该方法将本地谐波补偿和抗电网背景谐波电压扰动在三相并网逆变器控制中予以统一考虑。
所提控制方法可根据控制目标的不同，在谐波抑制和谐波补偿两种模式下灵活切换。谐波补偿模式，在不需要进行谐波电流检测的前提下，可实现对本地负载谐波电流的有效补偿，简化了谐波补偿时并网逆变器的控制操作；谐波抑制模式，可抑制电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响，从而提高并网逆变器的抗干扰能力。
通过对同步旋转坐标系下控制器到静止坐标系的等效变换，建立了整个控制系统在静止坐标系的频域模型，分析了系统的频域跟踪特性和稳定性。仿真与实验结果证明了所提方法的有效性。
近年来，可再生能源在我国能源结构中占据的比重不断上升，基于可再生能源的分布式发电技术受到了广泛应用[1-4]。并网逆变器是连接可再生能源和电网的纽带，由于可再生能源受天气、环境等因素影响，具有随机性和不稳定性，导致逆变器容量利用率低。
另外，随着电力电子技术的发展，大量非线性负荷加入到电力系统中，使得电网的电能质量严重下降。因此，开发并网逆变器的电能质量补偿功能是提高并网逆变器运行效率和电网电能质量的有效手段[5-8]。
有源滤波器是补偿非线性电流的重要设备[9,10]，由于并网逆变器和有源滤波器具有相似的拓扑结构，集成有源滤波功能的并网复合控制策略成为研究热点。文献[11]分析了具有电能质量补偿功能的光伏并网系统，采用滞环控制作为电流跟踪策略。
文献[12]提出一种基于同步旋转坐标系下比例积分控制器加准谐振控制器的光伏发电和有源滤波器系统。文献[13]中光伏并网逆变器采用重复控制来实现向电网输送功率和有源滤波功能。虽然上述文献采用不同的电流跟踪控制策略，但为了有效补偿本地负载中的非线性分量，都需要对本地负载中的谐波成分进行检测，尽管当前的谐波检测方法有很多种，如瞬时无功理论法[14]、离散傅里叶变换法[15]等，但都会不可避免地增加控制器运算负担。
在低电能质量环境下，背景谐波电压不仅影响并网逆变器正常运行时的输出电流质量，而且将影响逆变器在进行谐波补偿时的补偿效果。为了降低电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响，提高并网逆变器的抗干扰性能，文献[16,17]采用电网电压全前馈控制策略，消除电网背景谐波电压对逆变器入网电流的影响，但电网电压的全前馈控制过程需要进行微分运算，容易引入额外的谐波分量。
文献[18]采用重复控制与同步坐标系下的比例积分控制相结合的电流控制策略，以提高在电网电压畸变以及非线性本地负载条件下并网电流的质量，但重复控制器存在时延的问题，从而影响系统控制器的动态响应速度。
文献[19]针对单相并网系统，提出一种由比例跟踪控制器级联基于广义积分器的谐波补偿器的思路来抑制系统的背景谐波，但级联的方式可能导致基波跟踪控制和谐波抑制控制相互干扰，需要进一步探讨。
为了将谐波补偿功能引入三相并网逆变器，同时提高其抗干扰性能，本文以三相LCL型并网逆变器为研究对象，提出一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法。所提控制方法采用基波控制支路与谐波控制支路相并联的控制结构，电流跟踪控制兼具谐波检测功能，可实现无需谐波检测的谐波补偿和谐波抑制控制，避免谐波检测环节带来的控制负担和时延影响，同时抑制背景谐波电压对输出电流的负面影响。
此外，本文推导了同步旋转坐标系下的控制器到静止坐标系的等效变换表达式，通过整个控制系统的频域特性分析证实了所提策略的控制优越性，最后通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。
图1 三相并网逆变器控制系统结构图
结论
本文对三相并网逆变器谐波控制方法展开了研究，得出以下结论。
1）提出了一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法。所提控制方法可根据控制目标的不同，在谐波抑制和谐波补偿两种模式下灵活切换。谐波补偿模式下，在不需要进行谐波电流检测的前提下，可实现对本地负载谐波电流的有效补偿，简化了谐波补偿时并网逆变器的控制操作。谐波抑制模式下，可抑制电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响，从而提高并网逆变器抗干扰能力。
2）探讨了同步旋转坐标系下的控制器到静止坐标系的通用等效变换模型，相比传统等效变换模型，本文所提模型可以正确反映不同频率输入信号的控制表现，具有一定理论价值。
3）通过仿真和实验验证了本文所提控制方法的有效性。