基于QPCI控制的三相并网逆变器控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统和方法，控制系统包括：直流电源，所述直流电源用于给三相并网逆变桥提供直流电，并与三相并网逆变器相连；三相并网逆变器，所述三相并网逆变器包括控制系统、主电路以及逆变滤波电路；所述控制系统包括QPCI控制器以及脉冲宽度调制器，所述逆变滤波电路经过QPCI控制器后经脉冲宽度调制器与主电路连通；所述QPCI控制器用于采集直流电源输出的电流值以及设定或电网调度指令输出的电流值并计算两者的信号偏差，所述脉冲宽度调制器根据上述信号偏差得到驱动信号，控制三相并网逆变器的输出。

【技术实现步骤摘要】
基于QPCI控制的三相并网逆变器控制系统和方法
本专利技术属于分布式发电与微电网技术，具体涉及一种基于QPCI控制的三相并网逆变器控制系统和方法。
技术介绍
近年来，随着全球能源危机爆发和环境污染问题日益严重，发展可再生能源发电已成为一种国际趋势，逆变器并网发电技术受到人们广泛关注。三相并网逆变器作为分布式发电与电网的接口装置，需要解决一系列技术挑战，来实现三相逆变器高效稳定并网运行。因此，非常有必要对微电网中的并网逆变器进入深入研究。直接电流控制是并网逆变器最常用的控制策略，其也是三相并网逆变器控制系统中的关键问题。具体地，电流比例积分控制在实际应用中，结构简单，容易实现。在平衡线性负载中，PI控制器在同步旋转(dq)坐标系下具有良好的性能；在非线性负载下，由于谐波分量的存在，存在稳态误差。从PI控制存在交流量控制有稳态误差出发，在PI控制器的基础上，提出一种基于αβ静止坐标系的比例复数积分控制(proportionalcomplexintegral,PCI)，可以消除交流量控制存在的稳态误差。但是PCI控制只有在基频处可以实现交流量稳态误差调节，否则增益会迅速较小，造成较大的偏差。其次PCI控制在基频处的无限大增益对系统的稳定性有挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供基于QPCI控制的三相并网逆变器控制系统，采用QPCI控制器，使得系统输出量在该控制器下跟随参考量，基本不受扰动量影响；并给出了基于三相abc坐标系下的QPCI控制策略；采用以上方案，减少坐标变换运算，使得控制结构简单、易于实现。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下:基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，包括：直流电源，所述直流电源用于给三相并网逆变器提供直流电的输入域，并与三相并网逆变桥相连；三相并网逆变器，所述三相并网逆变器包括控制系统、主电路以及逆变滤波电路，所述直流电源分别与控制系统的输入端以及主电路的输入端连接，所述主电路通过逆变滤波电路后分别与控制系统、负荷以及电网连接，所述控制系统的输出端与主电路的输入端连接；所述控制系统包括QPCI控制器以及脉冲宽度调制器，所述逆变滤波电路经过QPCI控制器后经脉冲宽度调制器与主电路连通；所述QPCI控制器用于采集直流电源输出的电流值以及设定或电网调度指令输出的电流值并计算两者的信号偏差，所述脉冲宽度调制器根据上述信号偏差得到驱动信号，控制三相并网逆变器的输出。作为本专利技术的进一步改进，所述控制系统还包括电流电压采集模块，所述电流电压采集模块分别与直流电源的输出端以及逆变滤波电路的输出端连接。采用电流电压采集模块，便于采集更精准的电流电压值。作为本专利技术的进一步改进，所述电流电压采集模块包括并联设置的直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器、交流电压互感器以及交流电流霍尔传感器，所述直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器分别与直流电流的输出端连接，所述交流电压互感器以及交流电流霍尔传感器分别与逆变滤波电路的输出端连接。本实施例中，霍尔传感器利用磁生电的原理，将大信号转换成小幅值，而交流互感器利用类似变压器的原理，将电压降到DSP可以采样的范围内。作为本专利技术的进一步改进，还包括功率驱动电路，所述功率驱动电路分别与脉冲宽度调制器以及主电路连接。作为本专利技术的进一步改进，所述功率驱动电路包括隔离DC-DC模块和HCPL-3120光隔驱动芯片，用于实现脉冲宽度调制器与主电路之间的通断。作为本专利技术的进一步改进，所述逆变滤波电路与电网之间还依次设置有三相隔离变压器以及三相调压器，所述三相隔离变压器以及三相调压器分别与逆变滤波电路的输出端以及电网的输入端连接。调压器可以降低逆变器输出电压，减小安全隐患，而隔离变压器则可以减弱来自电网的冲击。本专利技术还公开了基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制方法，包括以下步骤：1)偏差信号的计算：当三相并网逆变器处于暂态时，通过控制系统中的QPCI控制器计算三相并网参考电流值与三相并网输出电流值的差值，得到偏差信号，所述三相并网参考电流值为人为设定或者根据电网调度指令获取的电流值，所述三相并网输出电流值为输入电网之前交流电的电流值；2)输出信号的计算：将上述偏差信号通过QPCI控制器进行计算，得到输出信号ya、yb以及yc；3)驱动信号的产生：将上述输出信号ya、yb以及yc作为调制信号，将上述调制信号分别送至脉冲宽度调制器中，在脉冲宽度调制器内进行三角载波与调制波的比较运算，得到驱动信号，实现三相并网逆变器输出的控制。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)驱动信号的产生中，所述三角载波与调制波的比较运算具体为：在PWM信号发生器内进行三角载波峰值以及调制波峰值的做差运算。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3)驱动信号的产生中，当调制波峰值大于三角波峰值时，输出高电平的驱动信号，当调制波峰值小于三角波峰值时，输出低电平的驱动信号。本专利技术的有益效果如下：本专利技术中，QPCI控制即可以在两相αβ坐标系下实现，也可以在三相abc坐标系下实现。三相abc坐标系QPCI控制与两相αβ坐标系QPCI控制相比，简化了控制结构，省去了Clarke变换及其逆变换运算。实际使用中，Clark换算的目的就是将三相静止的的abc坐标转换为两相静止的αβ坐标系，而本申请的目的应该是减少clark变换，进而直接在三相静止的abc坐标下进行QPCI控制。本专利技术中，通过采集直流电源以及需要供电的负载的电流值等信息，然后通过直接的运算，得到调制信号，结合PWM信号发生器实现对三相并网逆变器输出的电流值的控制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统的结构原理图；图2为本专利技术提供的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统的电路图；图3为本专利技术提供的电流电压采集模块的电路原理图；图4为本专利技术提供的功率驱动电路的电路原理图；图5为本专利技术提供的现有技术中基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统的结构原理图；图6为本专利技术提供的实施例2的控制状态图之一；图7为本专利技术提供的实施例2的控制状态图之二；图8为本专利技术提供的实施例2的控制状态图之三；图9为本专利技术提供的实施例2中的三相abc坐标系偏差矢量合成图；图10为本专利技术提供的实施例2中的三相abc坐标系下实现复数j的计算图；图11-a为本专利技术提供的三相电网电压锁相过程变化图；图11-b为本专利技术提供的三相参考电流、并网电流以及偏差电流的变化图；图11-c为本专利技术提供的a相电网电压锁相过程变化图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。实施例1参照附图1-5所示，本专利技术提供的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，包括：直流电源，所述直流电源用于给三相并网逆变器提供直流电的输入，并与三相并网逆变桥相连；三相并网逆变器，所述三相并网逆变器包括控制系统、主电路以及逆变滤波电路，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，包括：直流电源，所述直流电源用于给三相并网逆变器提供直流电，并与三相并网逆变器相连；三相并网逆变器，所述三相并网逆变桥器包括控制系统、主电路以及逆变滤波电路，所述直流电源分别与控制系统的输入端以及主电路的输入端连接，所述主电路通过逆变滤波电路后分别与控制系统、负荷以及电网连接，所述控制系统的输出端与主电路的输入端连接；所述控制系统包括QPCI控制器以及脉冲宽度调制器，所述逆变滤波电路经过QPCI控制器后经脉冲宽度调制器与主电路连通；所述QPCI控制器用于采集直流电源输出的电流值以及设定或电网调度指令输出的电流值并计算两者的信号偏差，所述脉冲宽度调制器根据上述信号偏差得到驱动信号，控制三相并网逆变器的输出。

【技术特征摘要】
1.基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，包括：直流电源，所述直流电源用于给三相并网逆变器提供直流电，并与三相并网逆变器相连；三相并网逆变器，所述三相并网逆变桥器包括控制系统、主电路以及逆变滤波电路，所述直流电源分别与控制系统的输入端以及主电路的输入端连接，所述主电路通过逆变滤波电路后分别与控制系统、负荷以及电网连接，所述控制系统的输出端与主电路的输入端连接；所述控制系统包括QPCI控制器以及脉冲宽度调制器，所述逆变滤波电路经过QPCI控制器后经脉冲宽度调制器与主电路连通；所述QPCI控制器用于采集直流电源输出的电流值以及设定或电网调度指令输出的电流值并计算两者的信号偏差，所述脉冲宽度调制器根据上述信号偏差得到驱动信号，控制三相并网逆变器的输出。2.根据权利要求1所述的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流电压采集模块，所述电流电压采集模块分别与直流电源的输出端以及逆变滤波电路的输出端连接。3.根据权利要求2所述的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，所述电流电压采集模块包括并联设置的直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器、交流电压互感器以及交流电流霍尔传感器，所述直流电压霍尔传感器、直流电流霍尔传感器分别与直流电流的输出端连接，所述交流电压互感器以及交流电流霍尔传感器分别与逆变滤波电路的输出端连接。4.根据权利要求1所述的基于QPCI控制器的三相并网逆变器的控制系统，其特征在于，还包括功率驱动电路，所述功率驱动电路分别与脉冲宽度调制器以及主电路连接。5.根据权利要求4所述的基于QPCI控制器的三相并网逆变器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素娥，吴永斌，郝鹏飞，王鹏萱，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61