一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，包括：根据并网逆变器的d轴、q轴电流状态方程分别构建d轴、q轴的扩张状态观测器；实时采集并网逆变器的输出电流的d轴、q轴分量以及输出电压的d轴、q轴分量，利用扩张状态观测器获取电网电压的估计值并完成锁相；根据电流指令值、误差比例系数以及扩张状态观测器的输出计算并网逆变器的输出电压的控制量，基于控制量计算逆变器各桥臂开关管的驱动信号，将开关管驱动信号输入并网逆变器对并网电流的d轴、q轴分量进行矢量控制；本发明专利技术在估计电网电压时没有涉及直接的微分或积分运算，从而不需要考虑测量噪声、积分初值等对角度估计的影响，能获得较为理想的锁相和并网电流控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法
本专利技术属于并网逆变器控制
，更具体地，涉及一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法。
技术介绍
逆变器能将直流电能转变为交流电能，是新能源并网发电系统中的核心设备。在并网逆变器的多种拓扑结构中，L滤波的电压源型三相逆变器因具备结构简单、能量双向流动、向电网输送三相平衡功率等优点得到大量应用。由于并网功率因数直接取决于逆变器输出电流和电网电压的相位关系，为实现对并网有功和无功功率的控制，需要对电网电压的相位进行实时检测。一般的并网逆变器系统中，需配备直流电压传感器、交流电流传感器和交流电压传感器以实现母线电压外环、并网电流内环的双环控制。众多的传感器不仅增加了系统硬件成本，还可能出现因传感器故障而影响系统可靠性的问题。相比于省去直流电压传感器或交流电流传感器的方案，无电网电压传感器技术得到了最为广泛的研究。实现无电网电压传感器控制的关键是对电网电压进行实时估计，传统的电压估计算法大都直接基于电流状态方程或其积分形式对电网电压或虚拟磁链进行估计，前者需改进微分计算方法以解决噪声放大的问题，而后者需解决积分运算中的初值问题。专利CN201410403708.1提出了一种基于正交滤波器的逆变器无交流电压传感器控制方法，其利用二阶广义积分器构造正交滤波器对电流信号进行等效微分运算，以避免直接微分运算可能造成的测量噪声放大，然而正交滤波器本质上是带通滤波器和低通滤波器，构造滤波器时需要用到电网的频率信息，当电网频率变化时估计效果会变差。
技术实现思路
<br>针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其目的在于解决测量噪声、积分初值或电网频率等因素影响电网电压实时估计精度的问题，进而提升并网逆变器的锁相动态性能和稳态精度。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，包括以下步骤：S1：根据并网逆变器的d轴、q轴电流状态方程分别构建d轴、q轴各自对应的扩张状态观测器；S2：实时采集并网逆变器的输出电流的d轴分量id、q轴分量iq以及输出电压的d轴分量ud、q轴分量uq，采用d轴的扩张状态观测器跟踪获取输出电流的d轴分量id的估计值z1d和扩张状态变量x2d的估计值z2d；以及，采用q轴的扩张状态观测器跟踪获取输出电流的q轴分量iq的估计值z1q和扩张状态变量x2q的估计值z2q；S3：根据输出电流d轴分量的估计值z1d和x2d的估计值z2d，以及预设的d轴电流的指令值与所述估计值z1d之间的误差比例系数计算d轴的控制量根据输出电流的q轴分量iq的估计值z1q和x2q的估计值z2q，以及预设的q轴电流的指令值与估计值z1q之间的误差比例系数计算q轴的控制量S4：基于d轴、q轴的控制量计算逆变器各桥臂开关管的驱动信号，将所述开关管驱动信号输入并网逆变器对并网电流的d轴、q轴分量进行矢量控制。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法还包括：根据扩张状态观测器输出的x2q的估计值z2q计算电网电压的q轴分量的估计值将电网电压的q轴分量的估计值输入锁相环，通过闭环调节使估计值趋近预设的电网电压的q轴分量的目标值完成锁相并输出电网电压合成矢量角度的估计值基于所述估计值对采样的三相电流ia,ib,ic实施坐标变换，得到并网逆变器的输出电流的d轴分量id和q轴分量iq，返回步骤S2；基于直流母线电压值Udc、逆变器开关状态以及所述估计值进行电压重构，得到并网逆变器的输出电压的d轴分量ud和q轴分量uq，返回步骤S2。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述电网电压合成矢量角度的估计值的获取过程具体为：计算q轴分量的估计值与目标值之间的误差并输入PI调节器，将所述PI调节器的输出叠加到偏置频率ωff上以获取电网频率的估计值，对所述电网频率的估计值进行积分得到电网电压合成矢量角度的估计值所述估计值为：其中，s为拉普拉斯运算符；kp,ki分别为PI调节器的比例、积分系数；ωff表示偏置频率，ωff与电网基波频率f相关，ωff＝2πf(rad/s)。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述电网电压的q轴分量的估计值的计算方法为：其中，R,L,ω分别为交流侧线路电阻值、电感值，以及该dq坐标系的旋转角速度。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述d轴的控制量的计算方法为：其中，kid为d轴电流控制器的误差比例系数；b0＝1/L为控制增益；所述q轴的控制量的计算方法为：其中，kip为q轴电流控制器的误差比例系数。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，步骤S4中，根据d轴、q轴的控制量计算逆变器各桥臂开关管的驱动信号具体为：将d轴、q轴的控制量通过反Park变换转换为两相静止坐标系中的控制量对转换后的控制量进行脉宽调制得到开关管驱动信号。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述并网逆变器的输出电压的d轴分量ud、q轴分量uq的计算方法为：其中，T2s/2r表示两相静止坐标到两相旋转坐标的变换矩阵；Ts表示开关周期；ta,tb,tc分别表示上一个开关周期中A,B,C三相桥臂的上开关管导通时间。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述并网逆变器的d轴、q轴电流状态方程的获取方法为：以电网电压合成矢量的方向为d轴正方向对并网逆变器在自然坐标下的电流状态方程进行坐标变换，分别得到d轴、q轴电流状态方程，分别为：其中，ed,eq分别为电网电压的d轴、q轴分量；R,L,ω分别为交流侧线路电阻值、电感值，以及该dq坐标系的旋转角速度。优选的，上述并网逆变器无交流电压传感器控制方法，所述并网逆变器的d轴、q轴各自对应的扩张状态观测器具体为：将(-R/L)iq-ωid-eq/L整体作为q轴的扩张状态观测器的状态变量x2q，构建的扩张状态观测器为：其中，b0＝1/L为控制增益；β1,β2是误差增益系数；z1q,z2q分别跟踪iq和x2q；函数g(e1q)取e1q本身或关于e1q的非线性形式；将(-R/L)id+ωiq-ed/L整体作为d轴的扩张状态观测器的状态变量x2d，构建的扩张状态观测器为：其中，β3,β4是误差增益系数；z1d,z2d分别跟踪id和x2d；函数g(e1d)取e1d本身或关于e1d的非线性形式。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的并网逆变器无交流电压传感器控制方法，将扩张状态观测器的输出的状态估计值作为控制量的一部分，从而达到dq轴解耦和网压前馈的效果，改善电流动态响应；采用误差比例系数和扩张状态观测器输出的状态估计值计算d轴、q轴的控制量，将被控对象转化为纯积分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，包括：/nS1：根据并网逆变器的d轴、q轴电流状态方程分别构建d轴、q轴各自对应的扩张状态观测器；/nS2：实时采集并网逆变器的输出电流的d轴分量i

【技术特征摘要】
1.一种并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，包括：
S1：根据并网逆变器的d轴、q轴电流状态方程分别构建d轴、q轴各自对应的扩张状态观测器；
S2：实时采集并网逆变器的输出电流的d轴分量id、q轴分量iq以及输出电压的d轴分量ud、q轴分量uq并输入各自的扩张状态观测器，获取输出电流的d轴分量id的估计值z1d和扩张状态变量x2d的估计值z2d，以及输出电流的q轴分量iq的估计值z1q和扩张状态变量x2q的估计值z2q；根据z2q、id、iq以及逆变器参数计算q轴电压的估计值用于完成锁相；
S3：根据输出电流d轴分量的估计值z1d和x2d的估计值z2d，以及预设的d轴电流的指令值与所述估计值z1d之间的误差比例系数计算d轴的控制量
根据输出电流q轴分量的估计值z1q和x2q的估计值z2q，以及预设的q轴电流的指令值与所述估计值z1q之间的误差比例系数计算q轴的控制量
S4：基于d轴、q轴的控制量计算逆变器各桥臂开关管的驱动信号，将所述开关管驱动信号输入并网逆变器对并网电流的d轴、q轴分量进行矢量控制。


2.如权利要求1所述的并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，还包括：
根据扩张状态观测器输出的x2q的估计值z2q计算电网电压的q轴分量的估计值
将电网电压的q轴分量的估计值输入锁相环，通过闭环调节使估计值趋近预设的电网电压的q轴分量的目标值完成锁相并输出电网电压合成矢量角度的估计值
基于所述估计值对采样的三相电流ia,ib,ic实施坐标变换，得到并网逆变器的输出电流的d轴分量id和q轴分量iq，输入步骤S2中的扩张状态观测器；
基于直流母线电压值Udc、逆变器开关状态以及所述估计值进行电压重构，得到并网逆变器的输出电压的d轴分量ud和q轴分量uq，输入步骤S2中的扩张状态观测器。


3.如权利要求2所述的并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，所述电网电压合成矢量角度的估计值的获取过程具体为：
计算q轴分量的估计值与目标值之间的误差并输入PI调节器，将所述PI调节器的输出叠加到偏置频率ωff上以获取电网频率的估计值，对所述电网频率的估计值进行积分得到电网电压合成矢量角度的估计值所述估计值为：



其中，s为拉普拉斯运算符；kp,ki分别为PI调节器的比例、积分系数；ωff表示偏置频率，ωff与电网基波频率f相关，ωff＝2πf(rad/s)。


4.如权利要求2所述的并网逆变器无交流电压传感器控制方法，其特征在于，所述电网电压的q轴分量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，王兴，张伟健，辜承林，李健，熊飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42