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电气系统与信息技术杂志2 (2015) 242–256

一种新的电网无差拍功率控制策略

Yousry Atia lowast;, Mahmoud M. Salem

电子研究所, 国家研究中心大楼, El-Tahrir St., Dokki, 12311 Giza,

埃及于2014年7月12日收到; 2015年2月8日收到的校订表格; 2015年2月27日接受

2015年9月12日在线提供

摘要

本论文介绍了一种新型的三相电压源逆变器(VSI)在配电网中的功率控制方法，该方法中无功和有功控制基于无差拍控制策略，首先介绍了参考电流与实际电流的不同方法，然后进行电流到功率的替换，得到所需的逆变器电压和无功功率之间的直接关系。瞬时功率误差。不需要坐标变换或pll，在alpha;-beta;静止参考帧中进行所需的逆变器电压矢量计算，该技术在控制功能中引入了两个交叉耦合分量，包括这两个分量，控制器可以实现被控变量的几乎零稳态跟踪误差。为了获得固定的开关频率运算，采用空间矢量调制(Svm)对控制变量进行合成。该策略具有直接功率控制(DPC)技术的简单性，不需要任何电流控制环。本文提出的策略是用定点微控制器进行实验实现，仿真和实验结果证实了该策略的优越性。

copy;2015年作者，著作并由Elsevier b.v.所收录，在CC BY-NC-ND许可下，这是一篇开放可访问文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

关键字: 无差拍；功率控制；并网系统；分布式发电

绪论

目前，对可再生能源的需求正在迅速增长。光伏、风能和燃料电池能源作为可再生能源获得了最大的公用事业(Mohamed和el-Saadany，2011年；Blaabjerg等人，2006年；Alsayed等人，2013年)。从这些能源向电网转移电力；需要三相DC/AC VSI。对VSI的控制可以分为直接控制策略和间接控制策略。尽管这些控制策略可以。实现同样的主要目标，如精确、快速的功率控制和接近正弦电流，其原理不同(Monfared和Rastegar，2012年；Larrinaga等人，2007年)，间接功率控制的常用方法是电压定向控制(Malinowski等人，2001年；Malinowski，2001年；aurtenechea等人，2006年)

lowast; 相关作者. Tel.: 20 1064419624.

邮箱地址: yousry atia@yahoo.com (Y. Atia), masalem32@yahoo.com (M.M. Salem). Peer revi电子研究所负责审查(ERI).

http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2015.02.001

2314-7172/copy; 2015 年作者，著作并由Elsevier b.v.所收录，在CC BY-NC-ND许可下，这是一篇开放可访问文章 (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Fig. 1. 并网系统.

Fig. 2. 离散基准与实际电流.

VOC是基于电流矢量方向的电网电压矢量，在该技术中，线路电流被解耦为d-q参考帧中的有功和无功功率分量，通常采用锁相环(Pll)提取变换角，同时需要两个pi电流控制器来控制线路电流的解耦分量，以实现间接功率控制。在逆变器开关中，采用Svm或正弦PWM策略可以产生开关，VOC提供了良好的暂态行为，PI电流控制器保证了零稳态误差，除了复杂性外，VOC控制方案的一个主要缺点是性能高度依赖于PI控制器参数的整定

直接功率控制(Dpc)是基于瞬时有功和无功功率控制(Noguchi等人，1998年；Hu和朱，2011年；Atia和Salem，2013年)。在DPC中，没有内部电流控制回路，也没有PWM调制器，因为逆变器的开关状态是由基于功率分量瞬时误差的查表(Hu和朱，2011)适当选择的。该方法算法简单，无电流控制回路，无坐标变换，不需要单独的pwm电压调制器，不需要有功和无功功率元件的解耦控制，具有较好的动态性能。另一方面，可变和高开关频率是dpc方案众所周知的缺点(atia和salem，2013)，另外，由于选择了电网电压的角度信息。逆变器的输出矢量主要依赖于这个角度，因此需要PLL来提取这些信息，就像在VOC中那样。

基于预测功率模型，提出了一种基于svm的恒开关频率dpc策略。(Atia和Salem，2013年；Malinowski等人，2004年；Bouafia等人，2010年a，b；Restrepo等人，2013年)，在所有这些试验中，介绍了一个复杂的数学计算，失去了DPC的优点，提出了一种适用于低成本三相变换器的无差拍功率控制策略(Monfared和Rastegar，2012年)。根据基准值和有功功率和无功功率的实测值，直接计算所需的换流电压，在需要PLL的同步坐标系下进行网格角度信息的计算。

Fig. 3.提出的控制系统框图.

表格 1

模拟和试验用系统参数.

直流母线电压 113 V

变压器匝比 36/220 V

电网相电压 220 V

栅极频率 50 Hz

感应系数 18 mH

开关频率 10 kHz

介绍了一种三相电压源逆变器直接功率控制的新方法，有功功率和无功功率的控制是基于无差拍控制策略的，首先在不同的控制策略中引入参考电流和实际电流的差异，然后进行电流到功率的替代，通过对有功和无功信号的瞬时误差得到所需的逆变器电压与瞬时误差的直接关系。简单的数学计算。计算是在alpha;beta;-平稳坐标系下进行的，不需要同步坐标变换或不需要电网电压角信息的锁相环。该技术在控制功能中引入了两个交叉耦合分量，包括这两个分量，控制器可以实现快速的动态响应和接近零的稳态跟踪误差。用svm来综合所需的逆变器电压矢量。与VIC相比，不需要电流控制环，在保持DPC技术简单的同时，该策略具有固定的开关频率操作。

系统重构与建模

图1显示了并网配电系统中三相电压源逆变器的原理图。该系统由三相三电平逆变器组成，通过三相电感与电网相连。该逆变器用于将电源从分布式发电系统转移到公用电网。

• 1. 在alpha;-beta;坐标系下的系统模型

考虑到电网电源是理想的电压源，忽略电阻(R)，可以通过以下方法给出alpha;-beta;坐标系下逆变器输出电压(V)与电网电压(U)之间的关系：

(1)

140

70

P (W)

00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

50

Q (VAR)

0

-50

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

50

2

1

ua (V)

0 0

I (A)

-1

-2

-50

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

Time (Sec)

Fig. 4. 在单位功率因数下的仿真结果.

70

0

Q (VAR)

P (W)

lt;

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70
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