一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，通过单独考虑锁相环对调制电压的影响，来选取合适的补偿系数K，对电网电压q轴偏移量ΔVq进行调节，以抵消锁相环对调制电压的影响，从而避免由于锁相环带宽的增加引发电网与逆变器之间的交互谐振，使锁相环带宽到几百赫兹时，dq坐标系下的电流内环控制仍能保持稳定，进而提高逆变器对锁相环带宽变化的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法
本专利技术属于三相并网逆变器
，更为具体地讲，涉及一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法。
技术介绍
随着可再生电源(风电、光伏)并网功率等级的增加以及广泛的分布位置，输电规模和距离持续增长，电网逐渐表现出抗扰动能力不足。最近几年中国、美国和欧洲都相继出现可再生能源变换器与电网之间的交互谐振问题。包含多个并网逆变器的系统的稳定性通常难以分析，特别是当变换器之间具有不同的电压等级和动态特性。为了解决变换器与电网之间由于交互谐振带来的稳定性挑战，变换器的稳定性分析方法和阻抗建模方法快速发展。其中基于无源性的稳定性分析方法与谐波线性化的方法相比不用单独列出基于正序和负序的表达式，分析更为简便。许多研究工作致力于变换器内部电流控制的稳定性,对电流控制器和数字控制系统的时间延时等进行了深入的研究。只有很少的研究讨论锁相环和外环功率控制对稳定性的影响。外环控制的带宽与电流内环相比通常更低，在含有背景谐波的电网中，可能与其在低频段产生交互谐振。同步参考锁相环在单相和三相逆变器中被广泛使用。锁相环中相位检测通过Park变换(dq)来实现，这是高度非线性并且时变的，从而使锁相环的小信号建模变得非常复杂。此外，锁相环只调节q轴电压用于相位跟踪，考虑锁相环动态影响时，dq坐标系下的变换器输出阻抗矩阵是一个非对称的矩阵，锁相环对d轴和q轴的影响不相同。随着锁相环带宽的增加，电网与变换器之间可能产生交互谐振。在dq坐标系下锁相环主要对q轴的参考电流和调制电压产生影响。基于此，本专利技术提供一种改进的dq坐标系下电流控制方法，把d轴和q轴分开控制，并补偿q轴调制电压，当锁相环带宽增加到几百赫兹时，电网电压和并网电流都能不发生畸变，保持稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，保证在含有背景谐波的电网中且提高锁相环带宽到几百赫兹时，dq坐标系下的电流内环控制仍能保持稳定。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集公共耦合点的三相电压Va,Vb,Vc，通过abc-dq坐标变换模块将Va,Vb,Vc变换为电网电压Vd和Vq；(2)、将电网电压Vq送入锁相环的PI调节器，再将PI调节器的输出量与电网电压的额定角频率ωff相加，得到电网电压的旋转角速度ω0，ω0再经过1/s积分器积分，得到电网电压相位角θ；(3)、将电网电压Vq减去0，得到电网电压q轴的偏移量ΔVq；(4)、采集三相电网电流Ia,Ib,Ic，通过abc-dq坐标变换模将Ia,Ib,Ic变换为电网电流Id和Iq；(5)、d轴电网电流参考值Id,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Id，得到电网d轴的电流误差ΔId，将电流误差ΔId经过d轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到d轴调制电压信号V′c,d；(6)、q轴电网电流参考值Iq,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Iq，得到电网q轴电流误差ΔIq，电流误差ΔIq经过q轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到q轴调制电压信号Vc,q；(7)、设置电压补偿系数K；电网电压q轴的偏移量ΔVq经过低通滤波器滤波和PI调节器调节，再将得到的结果与K相乘，得到调制电压补偿量ΔVc,q；(8)、用步骤(6)中得到的q轴调制电压Vc,q减去步骤(7)中得到的调制电压补偿量ΔVc,q，得到补偿后的q轴调制电压信号V′c,q；(9)、调制模块SVPWM根据步骤(5)和(8)中所得的d轴调制电压信号V′c,d和补偿后的q轴调制电压信号V′c,q来产生驱动信号，再用驱动信号来控制三相并网逆变器中各个IGBT的开通关断。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术为一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，通过单独考虑锁相环对调制电压的影响，来选取合适的补偿系数K，对电网电压q轴偏移量ΔVq进行调节，以抵消锁相环对调制电压的影响，从而避免由于锁相环带宽的增加引发电网与逆变器之间的交互谐振，使锁相环带宽到几百赫兹时，dq坐标系下的电流内环控制仍能保持稳定，进而提高逆变器对锁相环带宽变化的鲁棒性。同时，本专利技术一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法还具有以下有益效果：(1)、弱电网条件下，当锁相环带宽增加到几百赫兹时，传统dq坐标系下的电流控制逆变器会与电网发生交互谐振，导致并网电流和电网电压发送畸变，系统不稳定。采用本方法能避免逆变器与电网的交互谐振，并网电流和电网电压仍能保持稳定；(2)、与传统dq坐标系下电流控制方法不同的是，本方法将d轴与q轴分开控制，考虑锁相环对传统q轴电流控制的影响，对q轴调制电压进行补偿从而避免电网与逆变器发生交互谐振。(3)、当电网频率发生突变时，通常锁相环带宽较低响应较慢，可能会使系统不稳定。本方法适用于高锁相环带宽条件下，能快速锁相，增强对电网的适应性。附图说明图1是三相L型并网逆变器主电路及其控制结构图；图2是本专利技术一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法流程框图；图3是锁相环带宽为20Hz时，不采用本专利技术时电网电压和并网电流的仿真波形；图4是锁相环带宽为330Hz时，不采用本专利技术时电网电压和并网电流的仿真波形；图5是锁相环带宽为330Hz时，采用本专利技术时电网电压和电网电流的仿真波形；图6是锁相环带宽为20Hz时，不采用本专利技术时电网电压和并网电流的实验波形；图7是锁相环带宽为330Hz时，不采用本专利技术时电网电压和并网电流的实验波形；图8是锁相环带宽为330Hz时，采用本专利技术时电网电压和并网电流的实验波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是三相L型并网逆变器主电路及其控制结构图。在本实施例中，如图1所示，三相L型并网逆变器包括主电路、控制模块和调制模块。主电路部分是由逆变器主电路1、L滤波器2、电网3组成。逆变器主电路1通过L型滤波器2与电网3相连，Lg和Cg模拟电网阻抗。主电路参数如表1所示：表1是主电路参数表；符号名称值Vdc直流侧电压300VVg电网相电压峰值110VIrefdd轴参考电流5AIrefqq轴参考电流0fs控制和采样频率10KHzfsw开关频率10KHzfc电网基波频率50HzL滤波电感4mHLg网侧阻抗电感5mHCg网侧阻抗电容15uF控制模块4包括锁相环和电流内环控制器，具体实现如图2所示。控制模块产生的调制电压V′c,d、V′c,q送入调制模块5，产生驱动信号驱动主电路中的IGBT。下面结合图2，对本专利技术一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法进行详细说明于，具体包括以下步骤：S1、采集公共耦合点的三相电压Va,Vb,Vc，通过abc-dq坐标变换模块将Va,Vb,Vc变换为电网电压Vd和Vq；S2、将电网电压Vq送入锁相环的PI调节器，再将PI调节器的输出量与电网电压的额定角频率ωff相加，得到电网电压的旋转角速度ω0，ω0再经过1/s积分器积分，得到电网电压相位角θ；在本实施例中，锁相环中的PI调节器的传递函数为：其中，Kp,pll为比例参数，Ki,pl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集公共耦合点的三相电压Va,Vb,Vc，通过abc‑dq坐标变换模将Va,Vb,Vc变换为电网电压Vd和Vq；(2)、将电网电压Vq送入锁相环的PI调节器，再PI调节器的输出量与电网电压的额定角频率ωff相加，得到电网电压的旋转角速度ω0，ω0再经过1/s积分器积分，得到电网电压相位角θ；(3)、将电网电压Vq减去0，得到电网电压q轴的偏移量ΔVq；(4)、采集三相电网电流Ia,Ib,Ic，通过abc‑dq坐标变换模将Ia,Ib,Ic变换为电网电流Id和Iq；(5)、d轴电网电流参考值Id,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Id，得到电网d轴的电流误差ΔId，将电流误差ΔId经过d轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到d轴调制电压信号V'c,d；(6)、q轴电网电流参考值Iq,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Iq，得到电网q轴电流误差ΔIq，电流误差ΔIq经过q轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到q轴调制电压信号Vc,q；(7)、设置电压补偿系数K；电网电压q轴的变化量ΔVq经过低通滤波器滤波和PI调节器调节，再将得到的结果与K相乘，得到调制电压补偿量ΔVc,q；(8)、用步骤(6)中得到的q轴调制电压Vc,q减去步骤(7)中得到的调制电压补偿量ΔVc,q，得到补偿后的q轴调制电压信号V'c,q；(9)、调制模块SVPWM根据步骤(5)和(7)中所得的d轴调制电压信号V'c,d和补偿后的q轴调制电压信号V'c,q来产生驱动信号，再用驱动信号来控制三相并网逆变器中各个IGBT的开通关断。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于高锁相环带宽的电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采集公共耦合点的三相电压Va,Vb,Vc，通过abc-dq坐标变换模将Va,Vb,Vc变换为电网电压Vd和Vq；(2)、将电网电压Vq送入锁相环的PI调节器，再PI调节器的输出量与电网电压的额定角频率ωff相加，得到电网电压的旋转角速度ω0，ω0再经过1/s积分器积分，得到电网电压相位角θ；(3)、将电网电压Vq减去0，得到电网电压q轴的偏移量ΔVq；(4)、采集三相电网电流Ia,Ib,Ic，通过abc-dq坐标变换模将Ia,Ib,Ic变换为电网电流Id和Iq；(5)、d轴电网电流参考值Id,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Id，得到电网d轴的电流误差ΔId，将电流误差ΔId经过d轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到d轴调制电压信号V'c,d；(6)、q轴电网电流参考值Iq,ref减去步骤(4)中得到的电网电流Iq，得到电网q轴电流误差ΔIq，电流误差ΔIq经过q轴的电流PI调节器调节和延时环节的延时，得到q轴调制电压信号Vc,q；(7)、设置电压补偿系数K；电网电压q轴的变化量ΔVq经过低通滤波器滤波和PI调节器调节，再将得到的结果与K相乘，得到调制电压补偿量ΔVc,q；(8)、用步骤(6)中得到的q轴调制电压Vc,q减去步骤(7)中得到的调制电压补偿量ΔVc,q，得到补偿后的q轴调制电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，彭颖，郑宏，谢川，邹见效，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51