基于正序分量的三相逆变器控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于正序分量的三相逆变器控制方法和装置，要解决的技术问题是提高电网发生不对称故障时逆变器的供电质量。本发明专利技术的方法包括：提取三相电压正序分量，转换为标幺值，将标幺值与功率参考值进行运算，得到d轴电流参考值和q轴电流参考值，将逆变器的输出电流经过派克变换后与电流参考值进行比较得到差值，经比例积分控制，再经派克反变换，形成三相调制波波形。本发明专利技术的装置,设有派克变换和反变换单元,正弦脉宽调制，正序分量提取单元、标幺值单元和恒功率控制单元。本发明专利技术与现有技术相比，消除了在不对称故障情况下负序电压对逆变器输出特性的不利影响，简化了控制方法，提高了响应速度，提高了不对称故障时逆变器的供电质量。

【技术实现步骤摘要】
基于正序分量的三相逆变器控制方法和装置
本专利技术涉及一种逆变器的控制方法，特别是一种三相逆变器的控制方法。
技术介绍
随着分布式电源越来越广泛的并入电网，并网分布式电源的逆变器的控制方法日益受到人们的重视。现有技术的三相逆变器控制方法采用双环比例积分PI控制，其外环根据实际需要控制逆变器直流侧电压、交流侧电压或输出功率等输出特性并向内环提供电流参考信号，内环控制器主要进行精细的调节，用于提高逆变器输出的电能质量，一般动态响应较快。在外环的各种控制目标中，维持逆变器输出有功和无功功率稳定的控制策略(方法)，称为PQ控制，由于能够最大限度地提高分布式电源的利用效率且能够满足配电网的功率需求，从而得到了广泛的应用。三相逆变器典型结构如图1所示，如图2所示，PQ控制过程为：控制器从逆变器出口采集其输出的有功和无功功率信息，将该信息与参考值进行比较，比较的差值经过PI生成内环的参考电流值，此参考电流值再与逆变器出口实际电流值经派克变换后的d、q轴分量进行比较，其差值经PI调节、电压前馈解耦和派克反变换，最后生成正弦脉宽调制SPWM的调制信号(电力系统及其自动化学报,2012年4月，分布式电源并网逆变器典型控制方法综述，王成山,李琰,彭克，第12-20页)。在母线电压为10.5KV的配电网系统正常运行或发生对称故障时，并网型逆变器的输出电流通PI调节器能够得到快速无差控制。然而，当电网系统发生不对称故障时，电网电压产生负序分量，这会导致外环生成的电流参考值存在二倍频波动，从而使逆变器输出电流中也出现负序分量及大量谐波。另外，现有技术的PI调节器只有在控制对象为直流量时才有良好的跟踪效果，而在电网电压不平衡故障下，采用现有技术PI调节器的并网逆变器的运行性能将会恶化。为了解决这个问题，现有技术对逆变器的控制方法有两种改进：一种方法是仍采用图1所示的双环PI控制结构，但对逆变器出口电压进行正负序分量提取，以正序电压相位作为派克变换和反变换的参考相位，从而使输出电流只包含正序分量。这种方法的不足之处在于逆变器输出功率仍存在二倍频波动，额定功率与输出功率的差值将不能达到稳定，致使功率外环PI控制器的跟踪效果较差。因此，功率采样值需要先经过滤波环节滤除二倍频分量后再作为控制外环的输入信号。然而这种方法增加了PQ控制系统的闭环极点，降低了PQ控制系统稳定性，调节速度较慢并且滤波效果也不理想。另一种方法则不再使用旋转直角坐标系，而是在静止直角坐标系中实现控制策略。为了克服PI调节器不能有效跟踪非直流量的缺陷，采用比例谐振PR调节器。PR调节器与PI调节器的区别是能够跟踪正弦信号，从而简化了控制环节(电工技术学报,2010年12月，不对称电网电压条件下三相并网型逆变器的控制，章玮,王宏胜,任远,胡家兵，贺益康，第103-110页)，其缺点在于PR调节器参数复杂，不便调节，并且一般情况下逆变器输出电流并不能完全平滑无差的跟踪参考电流值，其效果比PI控制的效果差。上述两种方法都存在功率采样值波动、控制环节复杂以及调节时间偏长的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于正序分量的三相逆变器控制方法和装置，要解决的技术问题是提高电网发生不对称故障时逆变器的供电质量。本专利技术采用以下技术方案：一种基于正序分量的三相逆变器控制方法，包括以下步骤：一、从逆变器出口处采集三相电压和三相电流，提取三相电压正负序分量，得到出口电压正序分量；将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值；二、将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值与功率参考值进行运算：得到d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref，对d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref进行限幅后，作为电流参考值；三、将逆变器的输出电流经过派克变换后与电流参考值进行比较得到差值；四、差值经过比例积分PI控制，再经过派克反变换，形成三相调制波波形。一种基于正序分量的三相逆变器控制装置,设有派克变换和反变换单元,正弦脉宽调制(SPWM)单元,其特征在于:所述基于正序分量的三相逆变器控制装置设有正序分量提取单元、标幺值单元和恒功率控制单元；所述正序分量提取单元用于将逆变器出口处采集到的三相电压进行正负序分量提取，将电压正序分量输出到标幺值单元；所述提取电压正序分量采用采用克拉克变换矩阵[Tαβ]计算，基于二阶广义积分器的带通滤波器SOGIBPfilter的传递；所述标幺值单元用于将三相电压、电流有名值转换为标幺值，输出到派克变换单元，标幺值转换中功率、电压和电流的基准值取值如下：Sbase、Ubase和Ibase分别为功率、电压和电流的基准值，UL-Lrms为逆变器出口线电压的有效值，pref为逆变器输出有功功率的额定参考值，Qref为分布式电源额定输出的无功功率；将各功率、电压和电流除以各自的基准值输入到派克变换单元；所述派克变换和反变换单元，派克变换单元用于将逆变器输出的三相电流和标幺值单元输出的三相正序电压标幺值，进行派克变换，将三相电压和三相电流派克变换后的结果输出到恒功率控制单元；派克反变换单元将恒功率控制单元的输出的d、q轴旋转坐标系下的输出信号进行派克反变换形成三相电压调制波信号，输出至正弦脉宽调制SPWM单元；所述恒功率控制对派克变换单元输出的三相电压派克变换结果，根据设定的额定输出功率，按和iqref＝0，计算得到d、q轴电流值，再经过限幅环节后作为电流环的电流参考值，将电流参考值与派克变换单元输入的实际电流的d、q轴分量进行比较，将比较的差值进行双环比例积分PI调节、电压前馈补偿和交叉耦合补偿，控制逆变器输出电流的d、q轴分量跟随电流参考值，生成d、q轴旋转坐标系下的输出信号，输入到派克反变换单元；所述正弦脉宽调制SPWM单元将派克反变换后的三相电压正弦调制波，与三角波发生器生成的三角载波进行比较，输出宽度正比于调制波幅值的矩形波，形成六路控制信号VT1-VT6，分别控制开关器VT1-VT6的通断。本专利技术的装置正弦脉宽调制SPWM单元输出六路控制信号VT1-VT6控制开关器VT1-VT6的通断，再经滤波器输出三相正弦电流。本专利技术的装置正序分量提取单元中，采用克拉克变换矩阵[Tαβ]计算：本专利技术的装置基于二阶广义积分器的带通滤波器SOGIBPfilter的传递函数为:ω0为滤波器的谐振频率、k为阻尼系数，vα′为该滤波器的输出波形，该波形为正弦波且其频率等于输入波形vα的基波频率,s为时间。本专利技术的装置限幅为经过限值1.5倍额定电流的限幅。本专利技术与现有技术相比，当电网发生不对称故障、电压出现负序分量时，用正序电压代替了现有技术的的三相电压对逆变器进行恒功率控制，消除了在不对称故障情况下负序电压对逆变器输出特性的不利影响，电流环的电流参考值直接利用计算和iqref＝0得到，简化了控制方法，提高了响应速度，逆变器的输出电流具有良好的三相对称效果，无负序分量，并且逆变器具有调节迅速、输出稳定的输出特性，提高了不对称故障时逆变器的供电质量，PQ控制系统稳定且易于调试。附图说明图1是现有技术的三相并网逆变器结构示意图。图2是现有技术的并网逆变器恒功率控制框图。图3是本专利技术的电路原理框图。图4是图3中正序分量提取原理图。图5是图4中SOGIBPfilter原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正序分量的三相逆变器控制方法，包括以下步骤：一、从逆变器出口处采集三相电压和三相电流，提取三相电压正负序分量，得到出口电压正序分量；将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值；二、将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值与功率参考值进行运算：idref=id+=prefvd+iqref=0]]>得到d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref，对d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref进行限幅后，作为电流参考值；三、将逆变器的输出电流经过派克变换后与电流参考值进行比较得到差值；四、差值经过比例积分(PI)控制，再经过派克反变换，形成三相调制波波形。

【技术特征摘要】
1.一种基于正序分量的三相逆变器控制方法，包括以下步骤：一、从逆变器出口处采集三相电压和三相电流，提取三相电压正负序分量，得到出口电压正序分量；将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值；二、将出口电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值与功率参考值进行运算：得到d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref，对d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref进行限幅后，作为电流参考值；pref为逆变器输出有功功率的额定参考值,分别为逆变器出口电压和输出电流d轴分量的正序分量；三、将逆变器的输出电流经过派克变换后与电流参考值进行比较得到差值；四、差值经过比例积分(PI)控制，再经过派克反变换，形成三相调制波波形；所述基于正序分量的三相逆变器控制方法采用以下装置实现，设有派克变换和反变换单元,正弦脉宽调制(SPWM)单元,正序分量提取单元，标幺值单元和恒功率控制单元；所述正序分量提取单元用于将逆变器出口处采集到的三相电压进行正负序分量提取，将电压正序分量输出到标幺值单元；提取电压正序分量采用克拉克变换矩阵计算，基于二阶广义积分器的带通滤波器(SOGIBPfilter)进行传递；所述标幺值单元用于将三相电压正序分量和三相电流有名值转换为标幺值，输出到派克变换单元，标幺值转换中功率、电压和电流的基准值取值如下：Sbase、Ubase和Ibase分别为功率、电压和电流的基准值，UL-Lrms为逆变器出口线电压的有效值，pref为并网分布式电源的逆变器输出有功功率的额定参考值，Qref为分布式电源额定输出的无功功率；将各功率、电压和电流除以各自的基准值输入到派克变换单元；派克变换单元用于将逆变器输出的三相电流和标幺值单元输出的三相正序电压标幺值，进行派克变换，将三相正序电压标幺值和三相电流派克变换后的结果输出到恒功率控制单元；派克反变换单元将恒功率控制单元的输出的d、q轴旋转坐标系下的输出信号进行派克反变换形成三相电压调制波信号，输出至正弦脉宽调制(SPWM)单元；所述恒功率控制对派克变换单元输出的三相电压派克变换结果，根据设定的额定输出功率，按和iqref＝0，计算得到d、q轴电流参考值，再经过限幅环节后作为电流环的电流参考值，将电流参考值与派克变换单元输出的实际电流的d、q轴分量进行比较，将比较的差值进行双环比例积分(PI)调节、电压前馈补偿和交叉耦合补偿，控制逆变器输出电流的d、q轴分量跟随电流参考值，生成d、q轴旋转坐标系下的输出信号，输入到派克反变换单元；所述正弦脉宽调制(SPWM)单元将派克反变换后的三相电压正弦调制波，与三角波发生器生成的三角载波进行比较，输出宽度正比于调制波幅值的矩形波，形成六路控制信号(VT1-VT6)，分别控制开关器件的通断。2.一种基于正序分量的三相逆变器控制装置,设有派克变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏承志，文安，赵曼勇，黄维芳，刘年，谭会征，许永军，陈晓龙，李永丽，叶志锋，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，长园深瑞继保自动化有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：广东;44