不平衡電網(wǎng)下基于改進SOGI-PLL的并網(wǎng)逆變器研究

摘 要：隨著實際電網(wǎng)日益呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特性，電網(wǎng)三相不平衡現(xiàn)象越來越明顯，這對鎖相環(huán)快速、精準鎖相及逆變器高質(zhì)量并網(wǎng)提出了更高要求。鑒于此，在傳統(tǒng)SRF-PLL鎖相環(huán)基礎(chǔ)上，通過前置改進二階廣義積分環(huán)節(jié)，減小電壓負序分量和直流分量對并網(wǎng)電流的影響，提高并網(wǎng)質(zhì)量。最后，利用Simulink進行仿真實驗，分析所用方法下逆變器并網(wǎng)仿真波形，驗證不平衡電網(wǎng)下所用方法的并網(wǎng)效果。

關(guān)鍵詞：不平衡；H∞重復(fù)控制；二階廣義積分；鎖相環(huán)

中圖分類號：TM464" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）05-0081-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.021

0" " 引言

隨著新型電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大量分布式系統(tǒng)接入電網(wǎng)，產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象日益突出[1]，電能質(zhì)量下降，易使設(shè)備發(fā)熱甚至損壞。

電網(wǎng)不平衡主要分為以下三類：并網(wǎng)逆變器自身參數(shù)不一致導(dǎo)致的不平衡、本地負載不平衡、電網(wǎng)自身不平衡。電網(wǎng)自身不平衡問題，會影響逆變器并網(wǎng)鎖相的正確性，進一步導(dǎo)致并網(wǎng)電流的頻率、相位與電網(wǎng)電壓存在差異，影響逆變器并網(wǎng)質(zhì)量[2]。

目前，傳統(tǒng)三相同步鎖相環(huán)SRF-PLL（Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loop）在實際系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。電網(wǎng)電壓平衡時，SRF-PLL都能正確鎖相；當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時，由于電壓負序分量的影響，鎖相環(huán)不能正確鎖相[3]?，F(xiàn)如今廣泛使用的鎖相環(huán)是在傳統(tǒng)SRF-PLL鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上改進鎖相環(huán)前級濾波環(huán)節(jié)：文獻[4]在傳統(tǒng)SRF-PLL基礎(chǔ)上增加二階廣義積分器（Second Order Generalized Integrator PLL，SOGI-

PLL），以分離正負序電壓分量；文獻[5]提出了一種SRF-PLL前級串聯(lián)復(fù)數(shù)濾波器的方法。除此之外，還有同步解耦SRF-PLL鎖相環(huán)、基于自抗擾二階廣義積分器結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)等[6-7]。

本文以T型三電平逆變器為研究對象，采用無源阻尼抑制LCL濾波器的諧振尖峰，H∞重復(fù)控制為并網(wǎng)逆變器的控制器，在傳統(tǒng)SRF-PLL前級串聯(lián)改進二階廣義積分器，分離不平衡電網(wǎng)下電壓正序分量，減小電壓負序分量及直流分量對系統(tǒng)并網(wǎng)的影響。最后，利用Matlab/Simulink對基于改進SOGI-PLL的逆變器進行仿真實驗，以驗證不平衡電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)效果。

1" " 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)

圖1為并聯(lián)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，采用H∞重復(fù)控制為控制器。

圖中ug為電網(wǎng)電壓，Udc為直流側(cè)母線電壓，L1為逆變側(cè)電感，L2為網(wǎng)側(cè)電感，C為濾波電容，Rd為阻尼電阻，i2為逆變側(cè)輸出電流，Pref、Qref分別為給定有功功率，iref為指令電流，θ為電網(wǎng)電壓相角，u+為電壓正序分量。

式中：ud、uq、id、iq分別為電網(wǎng)電壓、指令電流在dq坐標下的值。

T型三電平逆變器系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

依據(jù)表1參數(shù)及文獻[3]所提方法設(shè)計H∞重復(fù)控制器G（s），逆變器控制器為：

2" " 改進SOGI-PLL

為了獲得幅值無衰減的信號，這里ω1取基波幅值，大小為314 rad/s。k為常數(shù)，取值與濾波性能有關(guān)。依據(jù)式（4）繪制伯德圖，如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，Gu（s）為一個帶通濾波器，k值越小，帶通越小，直流分量衰減越大，動態(tài)響應(yīng)越慢；Gqu（s）為低通濾波器，對低于基波分量的信號衰減很小。

綜合分析，k取1.41。

針對圖2所示的SOGI，當(dāng)電網(wǎng)中存在直流分量時，會影響鎖相環(huán)鎖相，因此在圖2結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個低通濾波器環(huán)節(jié)，有效濾除電網(wǎng)中直流信號，結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

改進SOGI中的ωf為濾波器濾波頻率，這里取基波頻率314 rad/s。由式（3）、圖5可得改進SOGI-PLL結(jié)構(gòu)框圖，如圖6所示。圖中，ω0為電壓基波頻率。

3" " 仿真分析

為了驗證H∞重復(fù)控制策略下采用改進SOGI-PLL方法的T型三電平逆變器控制效果，利用Simulink進行仿真實驗，搭建了如圖1所示的逆變器仿真模型，仿真模型參數(shù)如表1所示。

當(dāng)電網(wǎng)電壓A、B相跌落至C相電壓一半時，取Pref=10 kW，Qref=0 var，在0.2 s時，采用改進SOGI-PLL鎖相環(huán)鎖相，逆變器輸出電流波形如圖7所示。

由圖7可知，采用改進SOGI-PLL鎖相環(huán)之前，逆變器三相輸出電流不平衡，且畸變嚴重，畸變率達到25.68%；采用改進SOGI-PLL鎖相環(huán)之后，三相輸出電流平衡，且波形正弦度變好，畸變率為2.34%，并網(wǎng)波形好。

當(dāng)電網(wǎng)電壓A、B相跌落至C相電壓一半，且A相混入60 V直流電壓分量時，逆變器輸出電流波形如圖8所示。

由圖8可知，采用改進方法之前，波形三相不平衡，且畸變嚴重，畸變率達到35.84%；采用改進方法之后，波形三相平衡，波形畸變率降低，為2.78%，滿足并網(wǎng)要求。

4" " 結(jié)束語

本文在不平衡電網(wǎng)下，以T型三電平逆變器為研究對象，采用了H∞重復(fù)控制策略下改進SOGI-PLL方法。仿真驗證結(jié)果表明，采用改進SOGI-PLL鎖相環(huán)，可以減小不平衡及直流分量電壓對逆變器并網(wǎng)的影響，提高逆變器并網(wǎng)質(zhì)量。

[參考文獻]

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[7] 李元昊，王新環(huán)，李孟奇.基于新型鎖相環(huán)下并網(wǎng)逆變器的優(yōu)化控制策略[J].供用電，2024，41（9）：107-116.

收稿日期：2024-11-18

作者簡介：張成（1996—），男，江蘇揚州人，碩士，研究方向：新能源并網(wǎng)技術(shù)以及電能質(zhì)量治理。