一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）電網(wǎng)電壓信號經(jīng)電壓傳感器轉(zhuǎn)換后經(jīng)過A/D采樣模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；（2）數(shù)字信號傳輸給IIR數(shù)字濾波模塊，經(jīng)數(shù)字濾波后輸出正弦波信號；（3）正弦波信號輸送給數(shù)字整形模塊變換后輸出方波信號；（4）將方波信號輸入相位角計算模塊內(nèi)，計算電網(wǎng)電壓的相位角；（5）相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出PWM控制信號。本發(fā)明解決了光伏逆變器的并網(wǎng)電流因網(wǎng)側(cè)電壓畸變嚴重引起的并網(wǎng)電流諧波含量大的問題，提供了一種有利于提供并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流質(zhì)量的降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法。
【專利說明】一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子控制【技術(shù)領域】，尤其涉及到一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為新能源利用的一個重要方向，并網(wǎng)逆變器是光伏系統(tǒng)的核心部件，因此高質(zhì)量逆變電源成為研究的重點。
[0003]在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，準確并快速地檢測到電網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值是必不可少的環(huán)節(jié)。在電網(wǎng)電壓嚴重畸變的情況下，逆變器輸出電流容易出現(xiàn)過零點、波峰、波谷等畸變問題，影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。而解決該問題，傳統(tǒng)是采用數(shù)字鎖相環(huán)檢測電網(wǎng)電壓的過零點從而實現(xiàn)鎖相的方法，但該方法抗干擾能力差，無法較好的滿足使用需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中光伏逆變器的并網(wǎng)電流因網(wǎng)側(cè)電壓畸變嚴重引起的并網(wǎng)電流諧波含量大的問題，本發(fā)明提供了一種有利于提供并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流質(zhì)量的降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0007](I)、電網(wǎng)電壓信號經(jīng)電壓傳感器轉(zhuǎn)換后經(jīng)過Α/D采樣模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;
[0008](2)、數(shù)字信號傳輸給IIR數(shù)字濾波模塊，經(jīng)數(shù)字濾波后輸出正弦波信號；
[0009](3)、正弦波信號輸送給數(shù)字整形模塊變換后輸出方波信號；
[0010](4)、將方波信號輸入相位角計算模塊內(nèi)，計算電網(wǎng)電壓的相位角；
[0011](5)、相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出PWM控制信號。
[0012]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:IIR數(shù)字濾波模塊在濾波前有以下約束條件:I)、IIR數(shù)字濾波器設計為IIR數(shù)字帶通濾波器，帶寬不超過100Hz ；2)、IIR數(shù)字帶通濾波器的中心頻率為工頻50Hz或60Hz ；3)、IIR數(shù)字帶通濾波器保證對三次及以上諧波的幅值衰減程度大于-10dB。
[0013]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(3)中，數(shù)字整形模塊將經(jīng)數(shù)字濾波后的正弦波信號變換為方波信號，正弦波幅值大于零的半個周期為高電平，幅值小于零的半個周期為低電平。
[0014]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(4)中，相位計算模塊內(nèi)設置計數(shù)器，
[0015]在方波信號的高電平期間，電網(wǎng)電壓的相角Θ gHd計算公式為:
[0016]O = 360.''^lld ,

fS
[0017]在方波信號的低電平期間，電網(wǎng)電壓的相角Θ gHd計算公式為:

Nfstid
[0018]^rid =360--^ + 180,
[0019]其中，N為計數(shù)器值，fgHd為電網(wǎng)電壓頻率，fs為開關頻率。
[0020]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(5)中，逆變器的PWM控制模塊的并網(wǎng)電流參考信號由相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)正弦函數(shù)計算或查表方式獲得，
[0021 ] 并網(wǎng)電流參考信號iMf為:
[0022]iref = sin( Θ grid)
[0023]得到的并網(wǎng)電流參考信號iMf再與三角波交疊輸出PWM控制信號。
[0024]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟⑷中，在方波信號的上升沿和下降沿位置清零計數(shù)，防止計數(shù)誤差累積。
[0025]前述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:由于IIR數(shù)字濾波算法的收斂過程較長，PWM控制信號的輸出需設置一定的時間延時，以防止錯誤的控制邏輯輸出，
[0026]延時時間的設置可參照下式進行:
T - Niir
[0027]delay — j-

J dsp
[0028]式中，NiikS IIR算法的指令總數(shù)，fdsp為計算處理器的主頻，η為IIR算法迭代計算次數(shù)，取100?200，根據(jù)試驗測試進行整定。
[0029]本發(fā)明所達到的有益效果:本發(fā)明數(shù)字濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、系數(shù)少、乘法操作少、效率高，可以解析控制，便于實現(xiàn)信號的在特定頻率的零相位偏移的優(yōu)點。利用IIR數(shù)字濾波器可解決因?qū)嶋H電網(wǎng)電壓畸變引起的并網(wǎng)電流畸變問題，有利于提高并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流質(zhì)量，該方法可在單相、三相并網(wǎng)逆變器中進行推廣應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0032]如圖1所示，一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:包括以下步驟:由電網(wǎng)電壓信號經(jīng)電壓傳感器轉(zhuǎn)換后依次經(jīng)過Α/D采樣模塊、IIR數(shù)字濾波模塊、數(shù)字整形模塊和相位角計算模塊，最后獲得實際的電網(wǎng)相位角信息。
[0033]IIR數(shù)字濾波模塊在濾波前有以下約束條件:1)、IIR數(shù)字濾波器設計為IIR數(shù)字帶通濾波器，帶寬不超過10Hz ;2)、IIR數(shù)字帶通濾波器的中心頻率為工頻50Hz或60Hz ；3)、IIR數(shù)字帶通濾波器保證對三次及以上諧波的幅值衰減程度大于-10dB。
[0034]利用MATLAB 的信號處理工具箱 Filter Design and Analysis Tool (FDA Tool)進行設計和分析濾波器。依次對濾波器的基本類型(高通、低通、帶通、帶阻)，濾波器設計方法(最小二乘法、窗函數(shù)法、巴特沃斯法、切比雪夫I法、切比雪夫II法以及橢圓濾波器法)，濾波器階數(shù)，采樣頻率，通帶截止頻率(上限、下限)和衰減頻率等參數(shù)進行設置，最后自動生成IIR濾波器的各項參數(shù)，同時還會生成濾波器的幅頻和相頻特性曲線。
[0035]本發(fā)明降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，具體步驟為:
[0036](I)、電網(wǎng)電壓信號經(jīng)電壓傳感器轉(zhuǎn)換后經(jīng)過Α/D采樣模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0037](2)、數(shù)字信號傳輸給IIR數(shù)字濾波模塊，經(jīng)數(shù)字濾波后輸出正弦波信號。
[0038](3)、數(shù)字整形模塊將經(jīng)數(shù)字濾波后的正弦波信號變換為方波信號，正弦波幅值大于零的半個周期為高電平，幅值小于零的半個周期為低電平。
[0039](4)、相位計算模塊內(nèi)設置計數(shù)器，根據(jù)逆變器的固定開關頻率計算實際電網(wǎng)的相位角，
[0040]在方波信號的高電平期間，電網(wǎng)電壓的相角Θ gHd計算公式為:
[0041]Θ , = 360.'^ild ,

Js
[0042]在方波信號的低電平期間，電網(wǎng)電壓的相角Θ gHd計算公式為:

Nf -d
[0043]^irid =360--^ + 180,
Λ
[0044]其中，N為計數(shù)器值，fgHd為電網(wǎng)電壓頻率，fs為開關頻率。
[0045](5)、逆變器的PWM控制模塊的并網(wǎng)電流參考信號由相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)正弦函數(shù)計算或查表方式獲得，在方波信號的上升和下降沿位置清零計數(shù)器，防止計數(shù)誤差累積。
[0046]并網(wǎng)電流參考信號iref為:
[0047]iref = sin( Θ grid)
[0048]得到的并網(wǎng)電流參考信號iMf再與三角波交疊輸出PWM控制信號。
[0049](6)、由于IIR數(shù)字濾波算法的收斂過程較長，PWM控制信號的輸出需設置一定的時間延時，以防止錯誤的控制邏輯輸出。
[0050]延時時間的設置可參照下式進行:
[0051]Tdelay =

J dsp
[0052]式中，NiikS IIR算法的指令總數(shù)，fdsp為計算處理器的主頻，η為IIR算法迭代計算次數(shù)，取100?200，根據(jù)試驗測試進行整定。
[0053]本發(fā)明在不增加逆變器硬件成本的基礎上，改善了并網(wǎng)逆變器輸出電流因電網(wǎng)電壓畸變所帶來的諧波電流大的問題，具有成本低、通用性強的特點。為解決分布式光伏發(fā)電大規(guī)模發(fā)展所帶來的電能質(zhì)量問題提供了一種新的解決思路。
[0054]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、電網(wǎng)電壓信號經(jīng)電壓傳感器轉(zhuǎn)換后經(jīng)過Α/D采樣模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號; (2)、數(shù)字信號傳輸給IIR數(shù)字濾波模塊，經(jīng)數(shù)字濾波后輸出正弦波信號； (3)、正弦波信號輸送給數(shù)字整形模塊變換后輸出方波信號； (4)、將方波信號輸入相位角計算模塊內(nèi)，計算電網(wǎng)電壓的相位角； (5)、相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出PWM控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:IIR數(shù)字濾波模塊在濾波前有以下約束條件:1)、IIR數(shù)字濾波器設計為IIR數(shù)字帶通濾波器，帶寬不超過10Hz ;2)、IIR數(shù)字帶通濾波器的中心頻率為工頻50Hz或60Hz ;3)、IIR數(shù)字帶通濾波器保證對三次及以上諧波的幅值衰減程度大于-10dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(3)中，數(shù)字整形模塊將經(jīng)數(shù)字濾波后的正弦波信號變換為方波信號，正弦波幅值大于零的半個周期為高電平，幅值小于零的半個周期為低電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(4)中，相位計算模塊內(nèi)設置計數(shù)器， 在方波信號的高電平期間，電網(wǎng)電壓的相角Θ #id計算公式為: O , =360.-^,
L 在方波信號的低電平期間，電網(wǎng)電壓的相角θ #id計算公式為:
=360-^^ + 180，
Λ 其中，N為計數(shù)器值，f#id為電網(wǎng)電壓頻率，fs為開關頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(5)中，逆變器的PWM控制模塊的并網(wǎng)電流參考信號由相位計算模塊輸出的相位角經(jīng)正弦函數(shù)計算或查表方式獲得， 并網(wǎng)電流參考信號iraf為: iref = sin ( Θ grid) 得到的并網(wǎng)電流參考信號iMf再與三角波交疊輸出PWM控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:在步驟(4)中，在方波信號的上升沿和下降沿位置清零計數(shù)，防止計數(shù)誤差累積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種降低光伏逆變器電流畸變信號處理方法，其特征在于:由于IIR數(shù)字濾波算法的收斂過程較長，PWM控制信號的輸出需設置一定的時間延時，以防止錯誤的控制邏輯輸出， 延時時間的設置可參照下式進行: T - O nIIR
delay,■
Jdsp 式中，Niik為IIR算法的指令總數(shù)，fdsp為計算處理器的主頻，η為IIR算法迭代計算次 數(shù)，取100?200。
【文檔編號】H02M7/42GK104242618SQ201410520268
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】史明明, 袁曉冬, 陳兵, 柳丹, 呂振華, 汪志成 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院