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四川大学本科毕业设计 基于电能质量调节的光伏并网智能控制技术
以三相电路瞬时无功功率理论为基础，采用同步旋转park变换的d-q的基本思想是将a-b-c坐标系下的电流量变换到d-q两相正交坐标系下来研究。设三相电压、电流是平衡且无零轴分量，那么，将三相负载电流ia、ib、ic变换到d-q坐标系下，可得：
?id??ia????? ?iq??Cdq0?ib? （4-3）
?i0??ic?????
??cos?cos(??120?)cos(??120?)?? 2?Cdq0??sin??sin(??120?)?sin(??120?)? 其中， （4-4） ?3?111 ??222??
对任意三相系统，一般有：
~ (4-5) I?I?I式中 ： 表示该变量的恒定分量即平均值，表示该变量在一个周期内平均值为零的交
变分量。
将dq0坐标系下的电流向量分解为两个相互正交的两个分量：
?~?id??i?id?d (4-6)
???????~? ?iq??iq???iq??
~~是其中， i id、iq对应于三相负荷电流中基波有功分量与基波无功分量的映射值，d、iq三相负荷电流中有功与无功分量谐波成份的映射值。
将公式(6) 代入式(1)， 可得到如下形式：
?id?i?~?ia?d????~?C ?iq?idq0?ib? (4-7) q??i??ic????0?
其中将电流表达式代入式可以计算出瞬时有功电流和无功电流
?i???p??iq???3I1sin?1?3I1cos?1?3?Insin[(n?1)?t??n]n?2??3?Incos[(n?1)?t??n]n?2（4-8）
经LPF低通滤波后，可以滤除谐波分量，可以获得其中在d-q坐标系下的基波有功直流分量和基波无功直流分量 ，为
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??id????iq?3I1sin?13I1cos?1（4-9）
在d-q坐标下基波电流为
??idf?3I1sin(?t??1)???iqf??3I1cos(?t??1)
（4-10）
再经的逆变换，即可获得被检测电流中的实际基波分量、、，得到三相坐标下基波电流为（其中在三相平衡时为0） ?id??iaf??idf?（4-11） ?????i?-1-1ii?C??C?dq0dq0?q??bf??qf? ?i??icf???i?0????0?
将实际电流、、分别与其基波分量、、相减，即可获得实际电流中的高次谐波分量、、。
?iah??ia??iaf?
??????（4-12） ?ibh???ib?-?ibf??ich??ic??icf? ??????
4.2 无功信号检测
由于采用了低通滤波器LPF求取、，故当被检测电流发生变化时，需经一定延迟时间才能得到准确的、，从而使检测结果有一定的延时。但当三相电流中没有高次谐波，只要检测无功电流时，则不需低通滤波器，而只需直接将反变换即可可得出无功电流，这样就不存在延时了，以减少系统的响应时间，得到的无功检测如下图所示：
3-phase PLL1VabcV(pu)Sin_CosIabc_to_dq0sin_cosdq0butterbutterid=0dq0_to_abcsin_cosiq0abcdq01Iabc_h2Iabcabc
图4-3 基于dq0变换的无功检测法
得到的输出的电流如下式表示：
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?0??iaf??iar???????-1ii?C??dq0qbf?????ibr??i??icf??icr??????0?（4-13）
表达式中只含有无功分量。
4.3谐波、无功信号和有功信号的指令合成
4.3.1无功和谐波指令合成
当同时用于补偿谐波和无功时，就需要同时检测出补偿对象中的谐波和无功电流。在
这种情况下，只需断开上图中计算的通道即可，如下图所示：
3-phase PLL1VabcV(pu)Sin_Cosdq0_to_abcIabc_to_dq0sin_cosdq0butterbutteridsin_cosiq=00abcdq01Iabc_h2Iabcabc
图4-4基于dq0变换的谐波无功指令合成检测法
?iaf??id??idf?????-1-1??（4-14） ?ibf??Cdq0??0??Cdq0??0? ?icf????i0???i0????
将基波三相有功分量、、与、、相减可得出、、的谐波分量和基波无功分量、、。
此时，
4.3.1并网有功指令合成
?iah??iar??ia??iaf?????????i?i??bh??br??ib?-?ibf??ich??icr??ic??icf?????????（4-15）
根据上述理论，本文系统在实现无功和谐波电流检测的同时，合成了并网有功电流指
令，并能稳定直流侧电压。其原理如图所示：
Uref12Udc3VabcV(pu)Sin_Cosipv-K- PI△idcSwitchMPPT4000.12sdq0_to_abcIabc_to_dq0sin_cosdq03-phase PLLbutterbutteridsin_cosiq=00abcdq01Iabc_h4Iabcabc
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图4-5 基于dq0变换的有功指令合成法
根据图和瞬时无功理论，指令合成后变为：
?idf?I*pv??ip??idf??iaf???????-1-1ii?C??C?idq0dq0qf???qf??bf??i??i??icf????0??0?
（4-16）
由此可得复合控制指令电流ia*,ib*,ic*为：
??2?? i?isin(?t)??ap1**?(Ipv??ip)sin(?t1)?3??i??ia??iaf?? a?*??????22??2?*2???ib???ib???ibf???ib?3ipsin(?t?3)??3?(Ipv??ip)sin(?t?3)? （4-17）
??*???i ?ic??icf??c2???*???????22??(I??i)sin(?t?)?pvp i?isin(?t?)?cp?31??331???
从式中可见，指令电流的第１项是dp0谐波检测理论中的无功及谐波电流分量，第２项是基波有功电流，其中包含光伏阵列并网有功直流分量和直流侧稳定所需的有功电流直流分量，实现了直流侧电压的稳定和有功电流的输出。
4.4 本章小结
本章首先对基于瞬时无功功率检测理论的p-q法、ip-iq法和dq0法三种作了详细的说明和对比后，得出了基于dq0坐标变换检测方法的优越性。接下来基于dq0法分别对提取谐波和无功信号的原理作了分析，最后采用了复合指令合成的方法对并网有功电流、谐波和无功补偿以及直流侧稳压指令作了合成，控制并网逆变器工作生成所需信号。
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