一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，首先信号采集，然后通过无差拍控制得到参考电压，再按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制逆变器开关管的开通与关断。本发明专利技术中在按照无差拍控制得到参考电压过程中利用公共连接点PCC的电压预测值作为电压前馈并采用了复合电流控制，可以避免LCL滤波器发生谐振，提高了控制算法的控制精度。与此同时，该控制方法不受电网电压畸变的影响，能有效地提高逆变器并网电流的控制精度，提高控制系统的鲁棒性，保证系统的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法
本专利技术涉及一种并网变流器的控制方法，特别涉及一种基于电压馈和复合电流控制的控制策略。
技术介绍
近年来，能源紧缺、环境污染等问题日益严重。因此，太阳能、风能、氢能等新能源的开发利用日渐加快，新型分布式发电技术也越来越受到人们的重视。在分布式并网发电系统中，逆变器在可再生能源转换装置与电网间起到了必不可少的接口作用，并成为分布式发电系统中极其重要的组成部分。与此同时，由于脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)控制策略会产生高频开关谐波，故需要在交流侧采用滤波器进行滤波。常用的滤波器结构包括单L、LC和LCL滤波器。其中LCL滤波器以其体积小、成本低、对高频电流谐波衰减度高的优势，广泛应用于单相和三相并网逆变器的交流侧。传统意义上，LCL滤波器相比与单个电感滤波器有着较小的尺寸，较小的损耗，这对提高逆变器的功率密度和效率十分有益。然而，基于LCL滤波器的并网逆变器控制复杂，LCL滤波器同时存在着较严重的谐振现象。谐振电流引起逆变器注入电网电流的高度畸变，影响系统的电能质量。为了抑制谐振，被动阻尼已经在多个产品化的并网逆变器产品中取得了应用。然而，被动阻尼存在着功率损失，降低系统的效率。一种新的替代思路是主动阻尼，即通过电力电子变流器的实时控制来为系统提供阻尼。比如，有学者提出一种基于校正网络来抑制滤波器谐振电流的新型控制方法。但是，这个方法需要精确知晓系统的电路参数，当电网阻抗有变化时，控制精度容易受到影响，同时控制参数设计复杂。有学者提出了一种基于加权电流反馈的并网逆变器控制方法，取得了较好的效果。然而，这种控制策略还存在一些局限性：首先，加权电流反馈控制不直接控制网侧电流，在LCL滤波器电容量较大时，网侧电流控制存在着明显的误差。另外，LCL电容量的增加降低了LCL滤波器谐振的特征频率。在这种特定情况下，加权平均电流控制的有效性有待验证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，避免LCL滤波器发生谐振，提高控制算法的控制精度。与此同时提高控制算法的鲁棒性，从控制策略不受电网电压畸变的影响。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，其中，逆变器包括由六个功率开关模块组成的三相全桥拓扑结构，并通过LCL滤波器连接到公共连接点PCC后再与大电网相连，所述逆变器的直流侧连接母线电容，所述LCL滤波器由逆变器侧滤波电感、电网侧滤波电感和滤波电容组成；该逆变器控制方法包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，所述逆变器采集公共连接点PCC三相电压值VPCC、输出三相电流值I1和并网三相电流值I2，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值VPCC,αβ、输出三相电流值I1,αβ和并网三相电流值I2,αβ，及其模数转换后的三相电压值数字量VPCC,αβ(k)、输出三相电流数字量I1,αβ(k)和并网三相电流数字量I2,αβ(k)发送给逆变器的控制模块，其中，k代表第k个开关周期时采样取值；并由上层调度指令给定有功功率参考Pref和无功功率参考Qref；步骤二、逆变器的控制模块按照无差拍控制得到参考电压式(1)中，变量k为第k个开关周期，L1为逆变器侧滤波电感、L2为电网侧滤波电感，Ts为控制周期，VPCC_ave,αβ(k)为公共连接点PCC的电压预测值，I12,αβ(k)为复合电流，Iref,αβ(k)为参考电流，Icomp,αβ(k)为补偿电流；公共连接点PCC的电压预测值VPCC_ave,αβ(k)由当前时刻的公共连接点PCC三相电压值采样值VPCC,αβ(k)与上一时刻的公共连接点PCC三相电压值采样值VPCC,αβ(k-1)计算得到，即：VPCC_ave,αβ(k)＝1.5VPCC,αβ(k)-0.5VPCC,αβ(k-1)(2)复合电流I12,αβ(k)由输出电流I1,αβ(k)和并网电流I2,αβ(k)计算得到，即：I12,αβ(k)＝β·I1,αβ(k)+(1-β)·I2,αβ(k)(3)式(3)中，β为权重系数，其取决于LCL滤波器的逆变器侧滤波电感L1和电网侧滤波电感L2，即：公共连接点PCC电压值VPCC,αβ(k)由公共连接点PCC电压值α轴分量VPCC,α(k)和公共连接点PCC电压值β轴分量VPCC,β(k)计算得到，即；VPCC,αβ(k)＝VPCC,α(k)+j·VPCC,β(k)(5)参考电流Iref,αβ(k)由有功功率参考Pref、无功功率参考Qref、公共连接点PCC电压值α轴分量VPCC,α(k)和公共连接点PCC电压值β轴分量VPCC,β(k)计算得到，即；式(5)和式(6)中j是虚数单位；Icomp,αβ(k)＝β·Icap,αβ(k)(8)式(7)中Icap,αβ(k)为滤波电容的电流估计值；变量s为复频率，h为谐波次数；Cf为滤波电容的电容值，ω0是基波角频率，ω0＝2πf，f＝50Hz；Gdet,h(s)为带通滤波器，即式(9)中，h为谐波次数，取值1、5、7、11、13次；ωcut是带通滤波器的带宽，取值3～20；步骤三、逆变器在得到了参考电压后，按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制逆变器开关管的开通与关断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中在按照无差拍控制得到参考电压过程中利用公共连接点PCC的电压预测值作为电压前馈，同时采用了复合电流控制，可以在避免了LCL滤波器发生谐振的同时提高电流控制的精度。另外，本专利技术控制方法不受电网电压畸变的影响，能够精确有效地输出参考电流。附图说明图1为本专利技术中并网变流器的拓扑结构及控制示意图；图2为本专利技术中的电容电流估计环节，即通过公共连接点(PCC)电压前馈补偿的方法估计电容电流。图3为系统加入电流补偿环节的前后，复合电流控制策略的仿真波形图。从上到下依次为三相电网电压Vgrid、逆变器三相并网电流I2、逆变器三相输出电流I1和电流跟踪误差(参考电流Iref与并网电流I2之差)的波形。图4为在电网电压畸变和电网阻抗变化的情况下，本专利技术提出的控制策略的仿真波形图。从上到下依次为三相电网电压Vgrid、逆变器三相并网电流I2、逆变器三相输出电流I1和电网电抗变化范围的波形。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术提出的一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，其中，如图1所示，逆变器包括由六个功率开关模块组成的三相全桥拓扑结构，并通过LCL滤波器连接到公共连接点PCC后再与大电网相连，所述逆变器的直流侧连接母线电容，所述LCL滤波器由逆变器侧滤波电感、电网侧滤波电感和滤波电容组成。该逆变器控制方法包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，所述逆变器采集公共连接点PCC三相电压值VPCC、输出三相电流值I1和并网三相电流值I2，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值VPCC,αβ、输出三相电流值I1,αβ和并网三相电流值I2,αβ，及其模数转换后的三相电压值数字量VPCC,αβ(k)、输出三相电流数字量I1,αβ(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，其中，逆变器包括由六个功率开关模块组成的三相全桥拓扑结构，并通过LCL滤波器连接到公共连接点PCC后再与大电网相连，所述逆变器的直流侧连接母线电容，所述LCL滤波器由逆变器侧滤波电感、电网侧滤波电感和滤波电容组成；其特征在于：该逆变器控制方法包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，所述逆变器采集公共连接点PCC三相电压值VPCC、输出三相电流值I1和并网三相电流值I2，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值VPCC,αβ、输出三相电流值I1,αβ和并网三相电流值I2,αβ，及其模数转换后的三相电压值数字量VPCC,αβ(k)、输出三相电流数字量I1,αβ(k)和并网三相电流数字量I2,αβ(k)发送给逆变器的控制模块，其中，k代表第k个开关周期时采样取值；并由上层调度指令给定有功功率参考Pref和无功功率参考Qref；步骤二、逆变器的控制模块按照无差拍控制得到参考电压Vout,αβ*(k)=VPCC_ave,αβ(k)+L1+L2Ts·(Iref,αβ(k)+Icomp,αβ(k)-I12,αβ(k))---(1)]]>式(1)中，变量k为第k个开关周期，L1为逆变器侧滤波电感、L2为电网侧滤波电感，Ts为控制周期，VPCC_ave,αβ(k)为公共连接点PCC的电压预测值，I12,αβ(k)为复合电流，Iref,αβ(k)为参考电流，Icomp,αβ(k)为补偿电流；公共连接点PCC的电压预测值VPCC_ave,αβ(k)由当前时刻的公共连接点PCC三相电压值采样值VPCC,αβ(k)与上一时刻的公共连接点PCC三相电压值采样值VPCC,αβ(k‑1)计算得到，即：VPCC_ave,αβ(k)＝1.5VPCC,αβ(k)‑0.5VPCC,αβ(k‑1)   (2)复合电流I12,αβ(k)由输出电流I1,αβ(k)和并网电流I2,αβ(k)计算得到，即：I12,αβ(k)＝β·I1,αβ(k)+(1‑β)·I2,αβ(k)   (3)式(3)中，β为权重系数，其取决于LCL滤波器的逆变器侧滤波电感L1和电网侧滤波电感L2，即：β=L1L1+L2---(4)]]>公共连接点PCC电压值VPCC,αβ(k)由公共连接点PCC电压值α轴分量VPCC,α(k)和公共连接点PCC电压值β轴分量VPCC,β(k)计算得到，即；VPCC,αβ(k)＝VPCC,α(k)+j·VPCC,β(k)   (5)参考电流Iref,αβ(k)由有功功率参考Pref、无功功率参考Qref、公共连接点PCC电压值α轴分量VPCC,α(k)和公共连接点PCC电压值β轴分量VPCC,β(k)计算得到，即；Iref,αβ(k)=23·PrefVPCC,α(k)+QrefVPCC,β(k)[VPCC,α(k)]2+[VPCC,β(k)]2+j·23·PrefVPCC,β(k)-QrefVPCC,α(k)[VPCC,α(k)]2+[VPCC,β(k)]2---(6)]]>式(5)和式(6)中j是虚数单位；Icap,αβ(k)=Σh=1,5,7,11,13Icap,αβ,h=Σh=1,5,7,11,13(hωoCf)·[Gdet,h(S)·VPCC,αβ(k)]---(7)]]>Icomp,αβ(k)＝β·Icap,αβ(k)   (8)式(7)中Icap,αβ(k)为滤波电容的电流估计值；变量s为复频率，h为谐波次数；Cf为滤波电容的电容值，ω0是基波角频率，ω0＝2πf，f＝50Hz；Gdet,h(s)为带通滤波器，即Gdet,h(S)=-2ωcut(hωo)S2+2ωcuts+(hωo)2---(9)]]>式(9)中，h为谐波次数，取值1、5、7、11、13次；ωcut是带通滤波器的带宽，取值3～20；步骤三、逆变器在得到了参考电压后，按照正弦脉宽调制或者空间矢量脉宽调制，得到开关管的占空比信号，从而控制逆变器开关管的开通与关断。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电压前馈和复合电流控制的逆变器控制方法，其中，逆变器包括由六个功率开关模块组成的三相全桥拓扑结构，并通过LCL滤波器连接到公共连接点PCC后再与大电网相连，所述逆变器的直流侧连接母线电容，所述LCL滤波器由逆变器侧滤波电感、电网侧滤波电感和滤波电容组成；其特征在于：该逆变器控制方法包括以下步骤：步骤一、在每个采样周期开始时，所述逆变器采集公共连接点PCC三相电压值VPCC、逆变器侧的输出电流值I1和并网三相电流值I2，并将其经过克拉克坐标变换后的三相电压值VPCC,αβ、输出三相电流值I1,αβ和并网三相电流值I2,αβ，及其模数转换后的三相电压值数字量VPCC,αβ(k)、输出三相电流数字量I1,αβ(k)和并网三相电流数字量I2,αβ(k)发送给逆变器的控制模块，其中，k代表第k个开关周期时采样取值，所述三相电压值VPCC,αβ、输出三相电流值I1,αβ和并网三相电流值I2,αβ，及其模数转换后的三相电压值数字量VPCC,αβ(k)、输出三相电流数字量I1,αβ(k)和并网三相电流数字量I2,αβ(k)均为各坐标系下各坐标轴的分量幅值；并由上层调度指令给定有功功率参考Pref和无功功率参考Qref；步骤二、逆变器的控制模块按照无差拍控制得到参考电压式(1)中，变量k为第k个开关周期，L1为逆变器侧滤波电感、L2为电网侧滤波电感，Ts为控制周期，VPCC_ave,αβ(k)为公共连接点PCC的电压预测值，I12,αβ(k)为复合电流，Iref,αβ(k)为参考电流，Icomp,αβ(k)为补偿电流；公共连接点PCC的电压预测值VPCC_ave,αβ(k)由当前时刻的公...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，梁倍华，王成山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12