LCL逆变器的锁相控制方法及电路技术

本申请公开了一种LCL逆变器的锁相控制方法及电路，该方法包括：计算LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出；在使用谐振项输出代替电网电压输入至锁相环后，获取锁相环的输出相位；计算由谐振项输出实现锁相时的电容电流值；根据逆变器侧电流幅值、输出相位及电容电流值，得到逆变器侧电流指令。本申请通过只采集逆变器侧电流实现了LCL型并网逆变器的自同步锁相控制，使用PR调节器的谐振项输出代替传统的电网电压送入锁相环中，达到通过谐振项输出实现锁相的目的，通过电容电流补偿谐振项锁相带来的相位误差间接得到电网电压的准确相位。在不使用电压传感器检测电网电压的情况下即可获得电网电压相位，节省了装置成本，且具有较强的谐波抑制能力。谐波抑制能力。谐波抑制能力。

【技术实现步骤摘要】
LCL逆变器的锁相控制方法及电路


[0001]本申请涉及逆变控制
，尤其涉及一种LCL逆变器的锁相控制方法及电路。

技术介绍

[0002]并网逆变器作为可再生能源发电单元与电网的能量变换接口连接，能够将直流电转化为高质量的交流电馈入电网，为分布式发电系统的安全、稳定和高质量运行提供保障。为了保证并网逆变器可靠、稳定的接入电网，通常需要使用锁相环来获取电网电压的相位信息，以实现并网电流与电网电压的同步。
[0003]常用的锁相环技术主要包括过零锁相环(Zero
‑
Crossing Phase
‑
Locked Loop,ZC
‑
PLL)、增强型锁相环(Enhanced Phase
‑
Locked Loop,EPLL)和同步旋转坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame Phase Locked
‑
Loop,SRF
‑
PLL)。ZC
‑
PLL通过电网电压过零比较电路，将正弦的电网电压转换为方波，通过检测方波的频率和相位，获取电网电压的相位信息。ZC
‑
PLL实现方式简单，但不能直接得到电网电压的幅值信息，故其很容易受电网背景谐波的影响。由于EPLL鉴相器的输出中包含电网电压的二次分量，为了将其滤除，环路滤波器的带宽应设置的很低(略大于50Hz)，但过低的带宽会影响锁相环的动态性能。SRF
‑
PLL虽能通过设计PI调节器的参数获得较快的动态性能，但需要高质量的电压传感器来保持精确的电网同步性能，这大大提高了装置成本。

技术实现思路

[0004]本申请的主要目的在于提供一种LCL逆变器的锁相控制方法及电路，可以解决现有技术中的锁相控制过程中装置成本高和易受谐波影响的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本申请第一方面提供一种LCL逆变器的锁相控制方法，该方法包括：
[0006]计算LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出；
[0007]在使用谐振项输出代替电网电压输入至锁相环后，获取锁相环的输出相位；
[0008]计算由谐振项输出实现锁相时LCL滤波器的电容电流值；
[0009]根据逆变器侧电流幅值、输出相位以及电容电流值，得到逆变器侧电流指令。
[0010]为实现上述目的，本申请第二方面提供一种LCL逆变器的锁相控制电路，该LCL逆变器的锁相控制电路包括：
[0011]a相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的a相谐振项输出，向坐标转换模块输入当前锁相控制周期的a相输出相位、向a相控制电路输入当前锁相控制周期的a相输出频率；
[0012]b相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的b相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的b相输出相位、向b相控制电路输入当前锁相控制周期的b相输出频率；
[0013]c相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的c相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的c相输出相位、向c相控制电路输入当前锁相控制周期的c相输出频率；
[0014]坐标转换模块，用于根据输入的d轴电流参考信号、q轴电流参考信号和0轴电流参考信号以及当前锁相控制周期a相锁相环的a相输出相位，向a相控制电路、b相控制电路和c相控制电路分别输出a相逆变器侧电流参考值、b相逆变器侧电流参考值和c相逆变器侧电流参考值；
[0015]a相控制电路，用于根据输入的a相输出频率计算出a相电容电流值，利用a相电容电流值对输入的a相逆变器侧电流参考值进行补偿，得到a相逆变器侧电流指令，计算a相逆变器侧电流指令与采样得到的a相逆变器侧电流实际值的a相误差量，根据a相误差量得到当前锁相控制周期的a相调制波和a相谐振项输出，向a相锁相环输出a相谐振项输出、向调制电路输出当前锁相控制周期的a相调制波；
[0016]b相控制电路，用于根据输入的b相输出频率计算出b相电容电流值，利用b相电容电流值对输入的b相逆变器侧电流参考值进行补偿，得到b相逆变器侧电流指令，计算b相逆变器侧电流指令与采样得到的b相逆变器侧电流实际值的b相误差量，根据b相误差量得到当前锁相控制周期的b相调制波和b相谐振项输出，向b相锁相环输出b相谐振项输出、向调制电路输出当前锁相控制周期的b相调制波；
[0017]c相控制电路，用于根据输入的c相输出频率计算出c相电容电流值，利用c相电容电流值对输入的c相逆变器侧电流参考值进行补偿，得到c相逆变器侧电流指令，计算c相逆变器侧电流指令与采样得到的c相逆变器侧电流实际值的c相误差量，根据c相误差量得到当前锁相控制周期的c相调制波和c相谐振项输出，向c相锁相环输出c相谐振项输出、向调制电路输出当前锁相控制周期的c相调制波；
[0018]调制电路，用于根据输入的当前锁相控制周期的a相调制波、b相调制波和c相调制波，生成用于控制LCL逆变器的开关器件导通或关断的PWM波。
[0019]为实现上述目的，本申请第三方面提供一种LCL逆变器的锁相控制电路，该LCL逆变器的锁相控制电路包括：
[0020]a相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的a相谐振项输出，向相位补偿模块输入当前锁相控制周期的a相输出相位、向a相控制电路输入当前锁相控制周期的a相输出频率；
[0021]b相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的b相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的b相输出相位、向b相控制电路输入当前锁相控制周期的b相输出频率；
[0022]c相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的c相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的c相输出相位、向c相控制电路输入当前锁相控制周期的c相输出频率；
[0023]相位补偿模块，用于计算由x相谐振项输出实现锁相所带来的x相相位误差，利用x相相位误差对当前锁相控制周期的x相输出相位进行补偿，将得到的补偿后x相相位输入至坐标转换模，其中，x相为a相、b相、c相中的任意一相；
[0024]坐标转换模块，用于根据输入的d轴电流参考信号、q轴电流参考信号和0轴电流参考信号以及补偿后x相相位，向a相控制电路、b相控制电路和c相控制电路分别输出a相逆变器侧电流参考值、b相逆变器侧电流参考值和c相逆变器侧电流参考值；
[0025]a相控制电路，用于根据输入的a相输出频率计算出a相电容电流值，利用a相电容电流值对输入的a相逆变器侧电流参考值进行补偿，得到a相逆变器侧电流指令，计算a相逆变器侧电流指令与采样得到的a相逆变器侧电流实际值的a相误差量，根据a相误差量得到
当前锁相控制周期的a相调制波和a相谐振项输出，向a相锁相环输出a相谐振项输出、向调制电路输出当前锁相控制周期的a相调制波；
[0026]b相控制电路，用于根据输入的b相输出频率计算出b相电容电流值，利用b相电容电流值对输入的b相逆变器侧电流参考值进行补偿，得到b相逆变器侧电流指令，计算b相逆变器侧电流指令与采样得到的b相逆变器侧电流实际值的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LCL逆变器的锁相控制方法，其特征在于，所述方法包括：计算LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出；在使用所述谐振项输出代替电网电压输入至锁相环后，获取所述锁相环的输出相位；获取由所述谐振项输出实现锁相时LCL滤波器的电容电流值；根据逆变器侧电流幅值、所述输出相位以及所述电容电流值，得到逆变器侧电流指令。2.一种LCL逆变器的锁相控制方法，其特征在于，所述方法包括：计算LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出；在使用所述谐振项输出代替电网电压输入至锁相环后，获取所述锁相环的输出相位；获取由所述谐振项输出实现锁相时LCL滤波器的电容电流值；根据逆变器侧电流幅值和所述输出相位，得到逆变器侧电流参考值；获取逆变器侧实际电流值；获取所述逆变器侧电流参考值与所述逆变器侧实际电流值的差值，得到误差量；利用所述电容电流值对所述误差量进行补偿；将补偿后的误差量输入至PR控制器，得到调制波。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电容电流值根据以下式(1)计算得到：i
c
(t)＝ω0CV
c
cos(ω0t) 式(1)其中，i
c
(t)为电容电流值，C为LCL滤波器中的滤波电容的电容值，V
c
为LCL滤波器中的滤波电容的电容电压，ω0为电网电压的基波角频率，t为在将谐振项输出代替电网电压输入至锁相环实现锁相时的任意时刻。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据逆变器侧电流幅值、所述输出相位以及所述电容电流值，得到逆变器侧电流指令，包括：计算逆变器侧电流幅值与所述输出相位的余弦值的乘积，将所述乘积和所述电容电流值相加，得到逆变器侧电流指令。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据逆变器侧电流幅值、所述输出相位以及所述电容电流值，得到逆变器侧电流指令，包括：计算由所述谐振项输出实现锁相所带来的相位误差，其中，所述谐振项输出为LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出，所述谐振项输出代替电网电压输入至锁相环用于锁相；根据所述锁相环的输出相位与所述相位误差的差值，得到补偿后相位；计算逆变器侧电流幅值与所述补偿后相位的余弦值的乘积，将所述乘积和所述电容电流值相加，得到逆变器侧电流指令。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据逆变器侧电流幅值和所述输出相位，得到逆变器侧电流参考值，包括：计算由所述谐振项输出实现锁相所带来的相位误差，其中，所述谐振项输出为LCL逆变器的PR调节器的谐振项输出，所述谐振项输出代替电网电压输入至锁相环用于锁相；根据所述锁相环的输出相位与所述相位误差的差值，得到补偿后相位；计算逆变器侧电流幅值与所述补偿后相位的余弦值的乘积，得到逆变器侧电流参考值。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述相位误差通过以下式(2)计算得
到：其中，θ
err
为相位误差，T
s
为LCL逆变器的开关周期，ω0为电网电压的基波角频率，L1为逆变器侧滤波电感的电感值，L2为电网侧滤波电感的电感值，V
m
为逆变器直流侧的电压。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到逆变器侧电流指令之后，所述方法还包括：获取逆变器侧实际电流值；获取所述逆变器侧电流指令与所述逆变器侧实际电流值的差值，得到误差量；将所述误差量输入至PR控制器，得到调制波。9.一种LCL逆变器的锁相控制电路，其特征在于，所述LCL逆变器的锁相控制电路包括：a相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的a相谐振项输出，向坐标转换模块输入当前锁相控制周期的a相输出相位、向a相控制电路输入当前锁相控制周期的a相输出频率；b相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的b相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的b相输出相位、向b相控制电路输入当前锁相控制周期的b相输出频率；c相锁相环，用于根据输入的上一锁相控制周期的c相谐振项输出，得到当前锁相控制周期的c相输出相位、向c相控制电路输入当前锁相控制周期的c相输出频率；坐标转换模块，用于根据输入的d轴电流参考信号、q轴电流参考信号和0轴电流参考信号以及当前锁相控制周期a相锁相环的a相输出相位，向a相控制电路、...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃日升，姜訸，马红升，李虹，李颛，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：