三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现.pdf

第４１卷第１９期２０１３年１０月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ０ｌ＿４１Ｎｏ．１９０ｃｔ．１．２０１３三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现周啸，金新民，唐芬，童亦斌（北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４）摘要：因三相四桥臂变流器在不平衡系统应用中的优势，采用其作为微网变流器拓扑结构。为改善微网系统离网工况下带不平衡负载时的供电质量，提出了一种改进分序控制方法。采用基于广义二阶积分器的正负序分离方法提取负载电压的正负序分量，再将其变换至对应的旋转坐标系进行控制。在独立的零轴控制中，引入比例谐振调节器，增强零序电压的控制性能，简化控制算法。最后，对所提控制方法进行仿真与实验验证。结果表明，采用该控制方案的四桥臂变流器能够在负载不平衡的情况下维持输出电压的平衡，增强离网条件下的运行性能。关键词：微网；三相四桥臂变流器；不平衡负载；谐振控制器—Ｉｓｌａｎｄｅｄ・－ｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｂａｓｅｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＺＨＯＵＸｉａｏ，ＪＩＮＸｉｎ－ｍｉｎ，ＴＡＮＧＦｅｎ，ＴＯＮＧＹｉ－ｂｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｕｎｂａｌａｎｃｅｄｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｓｌａｎｄｅｄ－ｍｏｄｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｍｏｄｉｆｉｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｕｓｉｎｇｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇ￣ｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙａｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｂａｓｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔａｔｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｒｅｓｏｎａｎｔｒｅｇｕｌａｔｏｒｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｚｅｒｏａｘｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｉｔｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｃａｐａｂｌｅｏｆｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｕｎｄｅｒｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｉｓｌａｎｄｅｄｍｏｄｅｉｓｅｎｈａｎｃｅｄ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｂｙＮ￣ｉｏｎａｌＨｉｇｈ－ｔｅｃｈＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａｒ８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２０１１ＡＡ０５Ａ３０６）．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ；ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ；ｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ中图分类号：ＴＭ４６４文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１３）１９－００２４０８０引言随着近年分布式发电技术的发展和配电网中分布式电源渗透率的不断增加，传统的配电网面临着诸多挑战，例如电压稳定性、功率的双向潮流等。在此背景下，微网系统逐渐显现出优势，其与电网互为支撑，被视为利用可再生能源的有效途径］。与传统并网变流器主要实现功率输出不同，配置有基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助（２０１１ＡＡ０５Ａ３０６）储能环节的微网变流器，具备并网和离网两种运行模式，并且可以在两种模式间灵活切换：在并网状态下，变流器能够实现功率的双向控制；离网状态下，负责建立稳定的电压与频率，维持对负荷的供电，并为其他并网装置提供参考电压Ｌ２Ｊ。在三相四线制微网系统中，微网变流器通常为单相和三相负载供电，单相负载的分配不均会带来三相负载电压不平衡问题【３Ｊ。常用的方法是三相三桥臂变流器通△过厂Ｙｎ变压器与负载相连接，为不平衡负载提供零序电流通路，但是工频变压器存在体积大，成本高等缺点。此外，还可将负载的中点直接与三相变周啸，等三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现．２５．流器的直流侧电容中点相连，构成三相四线制的分裂电容式变流器，但是该拓扑存在直流电压利用率低以及电容均压等问题，且不平衡时的零序电流直接流过电容，对电容量的需求较大。与以上拓扑相比，三相四桥臂变流器的第四桥臂直接与负载中性点连接，可以对中线电流进行控制，省去了工频变‘压器，具有控制灵活、直流电压利用率高等优点【６，逐渐引起国内外学者的关注。目前，国内外研究人员己提出众多四桥臂变流器控制方法，文献［８】提出了正序同步旋转坐标系下的电压解耦控制策略，但是对不平衡负载时的负序与零序分量控制能力有限。针对该问题，文献『７，９．１０］增加了负序控制器，将反馈电压直接变换至正序与负序同步旋转坐标下进行控制，由于电压中的正序分量在负序坐标系下呈现２倍基频脉动，且负序控制的参考电压也为２倍基波频率的正弦信号，采用传”统的ＰＩ控制会存在一定的误差。与此同时，零序分量在同步旋转坐标系下呈现基频脉动，采用ＰＩ控制器无法对交流量进行有效的控制，文献［１２］采用扩展ＰＩ带宽的方法来抑制零序电压，但实际中，通过增大比例参数扩展带宽极易引起系统的不稳定。文献［１３］采用对称分量法分离出三相的正负零序分量，将正序与负序分量分别在各自的同步旋转坐标系下转化为直流量，对于零序电压的控制，作者采用延迟１２０。的方法，将三相零序电压构造为一组负序量，同样转化为同步旋转坐标系下的直流量进行控制，该方法在不平衡负载条件下，利用ＰＩ控制器可以实现对正负零序电压的无静差控制，但是该分序方法的实现较为复杂。本文结合上述控制方法的优缺点，提出了改进的分序控制：利用基于广义二阶积分器（ＳｅｃｏｎｄＯｒｄｅｒＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＩｎｔｅｇｒａｔｏｒＳＯＧＩ）的正负序分离方法得到输出电压的正负序分量，再将其变换为对应同步旋转坐标系下的直流量进行控制。在零轴控制中，采用比例谐振调节器，对负载不平衡时产生的以基波频率脉动的零序电压进行抑制。与传统正序控制相比，可以实现对负序和零序分量的有效控制，同时简化了原有分序策略中的零序控制方法。１三相四桥臂变流器模型图１所示为本文研究的三相四桥臂变流器拓扑结构，输出采用ＬＣ滤波器，其第四桥臂通过中线电感与负载的中性点相连。图中，Ｔ１～Ｔ８为变流器的开关管；Ｌ与分别为滤波电感与电容：Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ分别为三相负载，为简化分析，直流侧由直流电压源代替。图１三相四桥臂变流器拓扑Ｆｉｇ．１Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ通常变流器开关频率远高于基波频率，忽略死区等非线性因素，可得三相四桥臂变流器在三相ａｂｃ静止坐标系下的大信号平均模型【ｌ４］，如图２所示。＇ｄｅ一一Ｉ士Ｉ＝图２三相四桥臂变流器大信号等效模型Ｆｉｇ．２Ａｖｅｒａｇｅｌａｒｇｅｓｉｇｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ￣－ｌｅｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ图２中，。为直流侧电压，。为直流侧电流；ｆａ、、是滤波电感电流，ｉＬ、ｉＬｂ、ｉＬ。是三相负载电流，ａｇ、、。是电容电压，即输出电压。假设直流电压是理想的直流电压源，则受控电压源（ｎａｎ、Ｚ／ｂ、Ｕｃｎ）可以表示为ｆ。｛＝（１）ｌｃａ＝ａ￣ｎＵｄｏ式中，，，为相电压的占空比，由基尔霍夫定律可以得到系统的回路方程为ｄｉ￣“＝一十ｄｉ￣￣＝Ｕｂｎ＋Ｌｎ（２）哮＋ｉｄｆａ＋ｆｂ＋ｆｃ＋ｆｎ＝０滤波电容电流满足式（３）。ｃｆｄｔ＝ｄｕｂｇ—＝ｆｂｆＬ（３）Ｃｆｄｕｃｇ＝一．２６．电力系统保护与控制根据对称分量法理论，任意一组不对称的三相量均可分解为对称的正序、负序和零序分量。当负载不平衡时，三相输出电压与电感电流可用分序表示为式（４）、式（５）。“ｇ＝ｇｐ＋ｇｎ＋０（４）／ｘ＝＋＋ｉｏ（５）式中：ｘ＝ａ、ｂ、ｃ；下标Ｐ表示正序分量；ｎ表示负序分量；０表示零序分量。由对称分量法和式（２）可得ｉｎ一３ｉｏ。为了通过控制方式消除输出电压中的负序和零序分量，将等效的受控电压源也表示为分序形式：“＝ｐ＋Ｕ＋ｏ（６）根据式（１）～式（６），则三相四桥臂系统各序分量的回路方程可以表示为＝孥…ｚｆ＝ｄｉｘｎ＋（７）甜舢＝（Ｌ＋３Ｌｎ）ｄｉｏ＋。从式（７）可以看出，分别对受控电压源的负序以及零序分量进行控制，使其与对应序的电流微分项抵消，就可以实现在负载不平衡情况下的电压平衡控制。由于三相电压在ａｂｃ静止坐标系下为时变量，采用传统的ＰＩ控制环节无法消除静态误差，因此可以将变流器模型经坐标变换至同步旋转坐标系下，将时变量变换为直流量进行控制。从ａｂｃ静止坐标系变换为ｄｑ０同步旋转坐标系的变换矩阵Ｔａｂ／ｄ。０如式（８）所不。——ｃｏｓ（Ｏ２ｎ／３）－ｓｉｎ（０－２ｘ／３）１／２ｃｏｓ（Ｏ＋２ｎ／３）］－ｓｉｎ（Ｏ＋２ｎ／３）１１／２ｌＣｆｄＱｕｄ一＋ｆｄ一ｃｌｕ—Ｃｆ一ｏ）Ｃｕｄ＋ｆｑ（１ｏ）ｄｂ／ｏ＝ｆ０一式中：（ｉｄ，ｉｑ，ｉｏ）为ｄｑ０坐标系下的电感电流；（幽，，）是ｄｑ０坐标系下的变流器相电压的占空比；“（Ｕｄ，ｑ，）为ｄｑ０坐标系下的输出电容电压；（ｉＬｄ，∞ｉＬｑ，ｉＬＯ）为ｄｑ０坐标系下的负载电流；为基波角频率。式（９）与式（１０）表示的等效电路模型如图３所示。广］ｑｋ＿Ｊ图３同步旋转坐标系下的等效电路Ｆｉｇ．３Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｓｉｎｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔａｔｉｎｇｆｒａｍｅ从图３可以看出，三相四桥臂变流器在ｄｑ０坐标系下的数学模型存在耦合关系：其中，ｄ轴通道与ｑ轴通道耦合在一起，而零轴通道与ｄ轴和ｑ轴通道是解耦的。若ｄ轴与ｑ轴之间能够完全解耦，则每一通道都可以看作独立的Ｂｕｃｋ变换器进行控制【ｌ。可将正负序分离得到的各分量变换至对应的同步旋转坐标系，则正序与负序的时变量将转化为直流量，便于ＰＩ环节的控制，而零序分量则在独立的坐标轴下进行相应的控制。（８）２基于正负零序分离的控制策略将变换矩阵应用于式（１）～式（３），得到ｄｑ０坐标系下的方程为誓＝＋砒ｆｑ一ｄＺ一ｃ—ｏ）Ｌｉｄ－Ｕｑ（９）（Ｌ＋３Ｌｎ）￣－＝。一２．１基于Ｓ０６ｌ的分序策略为了将负载电压变换至正负序的同步旋转坐标系，需要采用正负序分离方法将各序分量从三相负载电压中分离出来。文献［１３］采用对称分量法进行正负零序分解，其中，需要使用一阶全通滤波器来实现９０。的延时。一阶全通滤波器在实现移相９０。的同时，能够抑制纯积分器带来的零点漂移，其伯德图如图４所示，可以看出：其在给定基波频率（５０Ｈｚ）处相移为一９０。，且幅值没有衰减，对于谐波分周啸，等三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现一２７．量，幅值也没有任何衰减，所以它对反馈电压中含有的谐波，几乎没有抑制作用。对于该问题，本文采用基于广义二阶积分器（ＳｅｃｏｎｄＯｒｄｅｒＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＩｎｔｅｇｒａｔｏｒ，ＳＯＧＩ）的正负序分离方法［１５－１６］。∞皇’苫甓０—４５９０１３５。：，ＵＨｚ、，＿。。：‘、＼式中，ＣＯ０为二阶广义积分器的谐振频率。在谐振频率处，该积分器具有无穷大的增益，能够对角频率∞为ｏ的正弦信号进行时间积分，理论上可以实现对正弦信号的无静差控制。由ＳＯＧＩ构成的正交信号产生框图如图６所示，图中，ｋ为可调增益。图５ＳＯＧｌ框图Ｆｉｇ．５ＤｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＳＯＧＩ图６基于ＳＯＧＩ的带通滤波器框图Ｆｉｇ．６ＤｉａｇｒａｍｏｆＳＯＧＩｂａｓｅｄｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ从图６中，可得到以下闭环传递函数：）ｋｓｃｏｏＶ十船十）＝—＝ｓ２＋ｋｓ堕ｃｏｏ一＋ｃｏｇＶ当ｓ－－ｊ￣０时，Ｄ（ｊ￣ｏ０）：ｕ（ｊｏｏ）：：１，即输Ｖ幻出信号可以无差地跟踪输入信号ｖ中频率为ＣＯ１２的分量，而Ｑ（ｊＣＯｏ）＝二（ｊ）＝＝一ｊ，即输出信幻∞号２与输入信号中频率为ｏ的分量同幅值且滞后于输入信号９０。。二者的伯德图如图７所示，谐振频率处（５０Ｈｚ）的幅值增益为０ｄＢ，二者的相角差为９Ｏ。。可以看出，Ｄ（）具有带通滤波器的特性，所以该拓扑又被称为基于ＳＯＧＩ的带通滤波器（ＳＯＧＩ．ＢＰＦ），同时Ｑ（）具有低通滤波器的特性，参数ｋ用于调节带通滤波器的带宽。基于该带通滤波器，文献［１５］中提出了在两相静止坐标系下的正负序分离方法，运算框图如图８所示。———————————５０厂『＿Ｔ『＿＿１＿＿Ｔ≥霉。竺鎏ＴＴ＇巨Ｉ——曩＿；；ＩＤ（）㈡。０等ｉｘ＿９０４５０４５９０１３５；｛・”｜；Ｄ（蹦；：：ｉ：：：．：：、．：Ｑ（）㈠事㈠－牛ｉ图８正负序分离框图Ｆｉｇ．８Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ采样的反馈电压经坐标变换至ａｐｏ坐标系，坐标变换矩阵为，，—『１１／２－１／２］＝１０／２／２ｌ（１３）’＿１／２１／２１／２Ｊ变换得到的Ｂ分量分别送入图８所示的由两，个ＳＯＧＩ．ＢＰＦ组成的正负序分离模块，得到所需的正负序分量，再分别由式（１４）和式（１５）所示的变换矩阵，将正序与负序分量变换至各自的同步旋－２８－电力系统保护与控制转坐标系，采用ＰＩ环节进行独立控制，正负序控制框图如图９所示。＋，＋＝＝ｃｏｓｏ）ｔｃｓ。ｉｎｒ。ｔ］ｄｑ＋ｃｏ耐ｌ—『ｃｏｓｓｉｎＯ）ｔ］Ⅱｐ－／ｄｑ。一ｌｓｉｎ删ｃｏｓｌＧＰ（）＋２ＫＲａ，ｏｓ（１７）（１４）式（１７）中，ＣＯ。为截止频率。不同０９。下的伯德图如图１０（ｂ）所示，０９主要决定控制器的带宽，对谐振频率处的增益没有影响。对比两张图可以看出，（１５）改进的ＰＲ控制器增加了带宽，降低了对频率波动的敏感性。虽然谐振频率处的增益不再是无限大，而是Ｋｐ＋ＫＲ，但仍然有足够高的增益来使得稳态误差趋于零。结合改进的ＰＲ控制器可以得到零轴的控制框图，如图１１所示，ｗＭ为变流器ＰＷＭ等效增益。图９正负序电压控制器框图Ｆｉｇ．９Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ２．２基于比例谐振的零序电压控制当负载不平衡时，基波电压或电流存在零序分量，呈现基波频率的脉动。同步旋转坐标系下通常采用ＰＩ环节来实现参考量与反馈量的无静差控制，而ＰＩ环节对交流分量的抑制能力有限，只能在一定程度上削弱其影响，无法做到无静差控制。因此，需要在此基础上对常规的零序电压的控制加以改进。在２．１节中采用的二阶广义积分器可以实现对正弦信号的时间积分，其在谐振频率处的增益为无穷大，与比例控制器结合，即为比例谐振（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＲｅｓｏｎａｎｔ，ＰＲ）控制器，可以实现对谐振频率处正弦信号的无静差跟踪，常用的比例谐振控制器传递函数如式（１６）所示【ｌ。ＧＰＲ）＝十ｓ２＋￣２（１６）式（１６）中：、分别为比例谐振控制器的比例∞系数和积分系数；为谐振频率。理想的比例谐振控制器伯德图如图１０（ａ）所示，谐振频率设置为基波频率（５０Ｈｚ）。可见，ＰＲ控制器在基波频率处具有无穷大的增益，且相角差为零，非常适合于对基波频率的零序电压的无静差控制。但该谐振控制器只在很窄的带宽范围内具有无限大的增益，而实际的基波频率可能会发生偏移，如文献［１８］规定的输出基波频率变化范围为±１％，较窄的带宽会降低频率的适应性，影响控制性能，所以实际采用改进的ＰＲ控制器，如式（１７）所示。ＢｏｄｅＤｉａｇｍｍｌｉ；Ｉｉ１００…；；Ｉｉｉ…：｝：：Ｉｒ盼ｒ㈠．：：：；．Ｉ：．ｊ｛．：．：：ｉ．Ｉ；；ｉｉ【；；ｉｊ；ｉｉｉ；ｉｉ：ｉｉｉＩ；ｉＩ…ｉＩｉ；；ｉ：；ｌｉｉ：ｊ；：：ｉ；：：ｉ：；ｊｊ．１■—÷—＿寸洚讳÷■＿÷音号ｒＨ卜…ｉｉｊ｝ｉｉｊ；ｉ；；ｌ１Ｏ１０１Ｏｆ｜Ｈｚ（ａ）理想的比例谐振控制器ＢｏｄｅＤｉａｇｒａｍ・ｉ・：；一蠹一∞∞：＝２ｏ…”『川Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ……‰ｉ－ｉＬ卜｝；ｉ｝；：；……ｌ：㈠．ｊＡｉ懋～：ｊｉ㈦…：ｊｉ㈦ｉｎｃ￣ｉｎｇ。】ｃ．．．誊弹…”球苷ｉ：００１Ｏ１Ｏ１０３＿厂／Ｈｚ（ｂ）改进的比例谐振控制器图１０比例谐振控制器伯德图Ｆｉｇ．１０Ｂｏｄｅｄｉａｇｒａｍｏｆｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ图１１零轴控制框图Ｆｉｇ．１１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｚｅｒｏａｘｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ２．３总体控制策略根据２．１～２．２节的描述与分析，本文提出的改进分序控制框图如图１２所示。正序电压环输出与零序电压环的输出经坐标反变换至ａｂｅ静止坐标系，负序电压环输出也通过坐标反变换至ａｂｅ静止坐标系下，二者之和作为参考电压输入基于ａｂｅ静止坐标系的三维空间矢量●●ｒｒ．．．．．．．．．Ｌｒｒ．．．．．．。ＬＯＯ０ＯＯ５Ｏ５Ｏ∞加ｍ９４。、∞Ｉｕ暑口％盖加∞ｏｏ蛳∞ｐ，等暑Ｉｕ哥口富盖周啸，等三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现一２９．—（３ＤＳＶＭ）调制模块］，计算得到四个桥臂的驱动信号。Ｊ：二崾掰［ｒ图１２总体控制策略示意图Ｆｉｇ．１２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｏｖｅｒａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ３仿真与实验验证３．１控制策略的仿真研究为对所提控制策略的理论可行性进行验证，在Ｍａｔｌａｂ中搭建了三相四桥臂微网变流器的仿真模型，仿真参数如表１所示。表１仿真与实验参数Ｔａｂｌｅ１Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ参数取值参数取值变流器功率２５ｋＷ滤波电感２ｍＨ滤波电容３０中线电感１．２ｍＨ开关频率６ｋＨｚ输出电压２２０Ｗ５０Ｈｚ仿真中，Ａ相接入１６Ｑ电阻负载，Ｂ相与Ｃ相均接入４８Ｑ电阻负载，图１３分别给出了采用传统正序旋转坐标系下的ＰＩ控制与改进分序控制的负载电压波形。由图１３可见，在相同负载不平衡图１３仿真结果对比Ｆｉｇ．１３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ工况下，传统的基于正序ＰＩ的控制策略不能使得输出电压维持平衡，计算得到的负序与零序不平衡度分别为２．３３％与４．３６６％；采用正负序分开以及零序ＰＲ的改进分序控制策略后，三相输出电压的不平衡分量得到了很好的抑制，负序与零序不平衡度分别下降为０．０２％与０．０１３％，说明采用的控制策略是可行的。３．２实验验证为了验证所提控制方案的有效性和可行性，搭建了三相四桥臂变流器实验平台。变流器的参数与表１相同。实验中，Ａ相接入１６Ｑ电阻负载，Ｂ相与Ｃ相各接入４８Ｑ电阻负载，分别采用传统的正序ＰＩ控制和本文采用的改进分序控制，图１４所示为输出电压实验波形。由图１４可见，在相同的不平衡负载工况下，传统正序ＰＩ控制下的输出电压呈现明显的不平衡，而采用正负分开以及零序ＰＲ的改进分序控制，输出电压仍然保持平衡，对应的负序与零序不平衡度仅为０．１４％与０．５８％。（ｂ）改进零序ＰＲ的分序控制图１４采用不同策略的输出电压波形Ｆｉｇ．１４Ｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ在三种工况下对改进的分序控制策略与传统的正序ＰＩ控制策略进行对比，实验结果如表２所示。从表２中可以清楚地看到，在相同工况下，采用改进的分序控制策略能够将负序分量与零序分量表２实验结果对比Ｔａｂｌｅ２ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓⅫ枷瑚ｏ姗伽一３０一电力系统保护与控制一式，增强了微网系统离网工况下负载不平衡时的供电质量。参考文献［１］周林，黄勇，郭珂，等．微电网储能技术研究综述【ＪＪ．—电力系统保护与控制，２０１１，３９（７）：１４７１５２．ＺＨＯＵＬｉｎ，ＨＵＡＮＧＹｏｎｇ，ＧＵＯＫｅ，ｅｔａ１．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（７）：１４７－１５２．［２］ＲｏｃａｂｅｒｔＪ，ＬｕｎａＡ，ＢｌａａｂｊｅｒｃＦ，ｅｔａ１．ＣｏｎｔｒｏｌｏｆｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎＡＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１２，２７（１１）：４７３４４７４９．［３］ＬＩＹｕｎ・ｗｅｉ，ＶｉｌａｔｈｇａｍｕｗａＤＭ，ＬｏｈＰＣ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ—ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｕｓｉｎｇａｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｗｉｒｅ—ｇｒｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙ—Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００５，４１（６）：１７０７１７１９．［４］吕志鹏，罗安，蒋雯倩，等．四桥臂微网逆变器高性能并网Ｈ．ｃｏ控制研究【ＪＪ．中国电机工程学报，２０１２，４１（６）：１－９．Ｌｆ—ｉＺｈｉ－ｐｅｎｇ，ＬＵＯＡｎ，ＪＩＡＮＧＷｅｎｑｉａｎ，ｅｔａ１．Ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙＨ－ｏ。ｃｏｎｔｒｏｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｏｕｒｌｅｇｇｒｉｄ－－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎｔｈｒｅｅ－・ｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｗｉｒｅｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１２，４１（６）：１－９．［５］ＶｅｃｈｉｕＩ，ＣａｍｂｌｏｎｇＨ，ＴａｐｉａＧ，ｅｔａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｆｏｕｒｌｅｇｉｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒｈｙｂｒｉｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００７，４８（７）：２１１９－２１２８．［６］顾和荣，王德玉，沈虹，等．三相四桥臂逆变器控制技术研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（２４）：４１－４６．—ＧＵＨｅ－ｒｏｎｇ，ＷＡＮＧＤｅｙｕ，ＳＨＥＮＨｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（２４）：４１－４６．［７］孙驰，马伟明，鲁军勇．三相逆变器输出电压不平衡的产生机理分析及其矫正［ＪＪ＿中国电机工程学报，２００６，２６（２１）：５７－６４．——ＳＵＮＣｈｉ，ＭＡＷｅｉｍｉｎｇ，ＬＵＪｕｎｙｏｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ—ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００６，２６（２１）：５７・６４．［８］ＲｙａｎＭＪ，ＤｏｎｃｋｅｒＲＬｏｒｅｎｚＲＤ．Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｆｏｕｒ－ｌｅｇｉｎｖｅｒｔｅｒｖｉａａｎｅｗ４×４ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００１，１６（５）：６９４．７０１．［９］孙进，侯振义，苏彦民．三相四臂对逆变电源控制方周啸，等三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现．３１．—法的研究［Ｊ］．电工技术学报，２００４，１９（４）：６１６５．ＳＵＮＪｉｎ，ＨＯＵＺｈｅｎ－ｙｉ，ＳＵＹａｎ－ｍｉｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｃｏｎｔｒｏｌ—ｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒ－ｗｉｒｅｉｎｖｅｒｔｅｒｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ［Ｊ】ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００４，１９（４）：６１－６５．［１０］杨晓波，邬伟扬．三相四桥臂逆变器输出电压负序分量抑制研究［Ｊ］．电力电子技术，２００７，４１（５）：２２．２３，８１．—ＹＡＮＧＸｉａｏ－ｂｏ．ＷＵＷｅｉｙａｎｇ．ＳｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｏｆｔｈｅＮｅｇａｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒｌｅｇｓｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００７，４１（５）：２２－２３．８１．［１１］刘德红，汪光森，胡安，等．三相逆变器在不平衡负载下的２种调制策略对Ｌｔ［Ｊ］．电力自动化设备，２００９，２９（１）：４１－４５．—ＬＩＵＤｅ－ｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＧｕａｎｇｓｅｎ，ＨＵＡｎ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆ—ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００９，２９（１）：４１－４５．［１２］韩超．三相四桥臂逆变电源控制技术研究［Ｄ］．秦皇岛：燕山大学，２００７．ＨＡＮＣｈａｏ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｆｏｕｒｌｅｇｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｄ］．Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ：ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．［１３］张兴，陈玲，杨淑英，等．离网型小型风力发电系统逆变器的控制【Ｊ】．电力系统自动化，２００８，３２（２３）：９５－９９．—ＺＨＡＮＧＸｉｎｇ，ＣＨＥＮＬｉｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｕｙｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｎｉｓｏｌａｔｅｄｓｍａｌｌｓｃａｌｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（２３）：９５９９．［１４］ＺｈａｎｇＲ．Ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ／ｓｏｕｒｃｅ［Ｄ］．ＶｉｒｇｉｎｉａＴｅｃｈ，１９９８．［１５］ＲｏｄｒｉｇｕｅｚＴｉｍｂｕｓＡＶＦｌｅｘｉｂｌｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｆａｕｌｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００７，５４（５）：２５８３－２５９２．［１６］孔飞飞，袁铁江，晁勤，等．基于二阶广义积分的变流器电网同步法［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１２，４０（１２）：ｌ１６．１２０．—ＫＯＮＧＦｅｉｆｅｉ，ＹＵＡＮＴｉｅ－ｊｉａｎｇ，ＣＨＡＯＱｉｎ，ｅｔａ１．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｖｅｎｅｒｐｏｗｅｒｇｒｉｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎ—ｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｇｒａｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１２）：１１６１２０．［１７］周娟，张勇，耿乙文，等．四桥臂有源滤波器在静止坐标系下的改进ＰＲ控制［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１２，３２（６）：１１３－１２０．ＺＨＯＵＪｕａ—ｎ，ＺＨＡＮＧＹｏｎｇ，ＧＥＮＧＹｉｗｅｎ，ｅｔａ１．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｎｔｈｅ—ｓｔａｔｉｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｏｒｆｏｕｒｌｅｇａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１２，３２（６）：１１３－１２０．［１８］中华人民共和国信息产业部．ＹＤ／Ｔ１０９５－－２０００通信用不间断电源一ＵＰＳ［Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００１．’ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙｏｆｔｈｅＰｅｏｐｌｅＳＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＣｈｉｎａ．ＹＤ／Ｔ１０９５－－２０００ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｏｓｔｓ＆ＴｅｌｅｃｏｍＰｒｅｓｓ，２００１．［１９］吴睿，谢少军．基于ａｂｅ坐标系空间矢量控制的三相四桥臂电压源型逆变器研究［Ｊ］．电工技术学报，２００５，—２０（１２）：４７５２．ｗＵＲｕｉ．ＸＩＥＳｈａｏ－ｊｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｆｏｕｒ－ｌｅｇｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｎａｂｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００５，２０（１２）：４７５２．—收稿日期：２０１２－１２１８；修回日期：２０１３－０１－１４作者简介：周啸（１９８６－），男，博士研究生，研究方向为新能源—发电技术；Ｅｍａｉｌ：０９１１７３４６＠ｂｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ金新民（１９５０一），男，教授，博士生导师，主要研究方向为电力电子、交流传动、新能源发电、智能配电网；唐芬（１９８４－），女，博士，主要研究方向为电力电子与电力传动，风力发电等。