基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略，以单相并网逆变器为研究对象，在换流器并网之前，通过对开关管施加占空比满足约束的周期性脉冲，保证每个开关周期内电感第二次完成储能时电流值衰减到0，使换流器以单位功率因数运行在整流模式，从而换流器输出电流包络线的相位与电网电压的相位相反。因此，交流电网的初始相位可以通过采样电流来估计，且电流相位通过PLL获取；将估计的电网电压相位θ

【技术实现步骤摘要】
基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略


[0001]本专利技术属于逆变器控制领域，具体涉及一种基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略。

技术介绍

[0002]并网逆变器通常通过测量公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压，采用锁相环(phase
‑
locked loop,PLL)跟踪电网相位，从而实现与电网的同步。然而，在PCC点的电压测量容易将来自交流电网的谐波引入控制回路，从而威胁系统的稳定性，尤其是在弱电网条件下。另一种与电网同步的方法为无网压传感器的自同步控制策略，相比于采用PLL同步的并网逆变器，基于自同步控制的并网逆变器抑制了PLL对输出阻抗的影响，呈现出更好的鲁棒性和稳定性。
[0003]基于观测器的PCC点电压估计方法利用电流控制器的积分输出来获得角度误差信号，进而反馈至观测器，其运行原理类似于PLL。在同步旋转坐标下，自同步控制实现比较复杂，因此，在静止坐标系下结合PR电流控制器同样可以实现并网逆变器与电网的自同步，且该策略同样适用于单相并网逆变器。已有文献从理论上证明了电流控制器的输出调制波在基频处与PCC电压的等效性。因此，可以采用电流谐振控制器的输出替代PCC点电压作为PLL的输入，且利用电流控制器固有的滤波特性实现并网逆变器在弱电网下的自同步。
[0004]然而，在换流器与电网并网瞬间，由于换流器与电网相位不匹配将导致系统出现较大的冲击电流。预同步控制通过跟踪电网相位从而抑制冲击电流，基于非线性主动抗扰动的锁相环，可以快速灵活地获取电网相位信息，但是仍需对PCC点电压采样。针对基于无网压传感器控制的并网逆变器，在换流器连接到交流电网前，对开关管施加满足一定约束的脉冲，进而可以通过电流变化速率来估计电网电压。但是通过该方法估计的电网初始相位由于微分算子很容易受到扰动，从而导致相位估计不准确，且控制器在实际系统中不易实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略，旨在解决基于无网压传感器控制器的并网逆变器在并网瞬间的暂态冲击问题，实现换流器与电网的平滑可靠并网，且降低控制器的复杂度，便于在实际系统中应用。技术方案如下：
[0006]步骤1：在换流器并网之前，对上下开关管分别施加占空比满足特定约束条件的周期性脉冲，保证每个开关周期内电感第二次完成储能时电流值衰减到0，使换流器以单位功率因数运行在整流模式；
[0007]步骤2：通过数字控制器对实际电流i进行采样得到采样电流i
sample
，进而得到估计的采样电流包络线；
[0008]步骤3：根据采样电流包络线得出采样电流的相位与电网电压相位相反，则预同步
信号使能，利用基于二阶广义积分器的锁相环以采样电流为输入估计电网电压相位θ
e
；
[0009]步骤4：将估计的电网电压相位θ
e
反馈至自同步控制环，在锁相环稳定后，自同步控制器投入，进而实现在无网压传感器的情况下换流器平滑可靠地并入电网。
[0010]进一步的，所述步骤1中对上下开关管分别施加占空比满足特定约束条件的周期性脉冲具体为：
[0011]对于自同步控制的单相并网逆变器，在一个开关周期T
s
内，将载波信号与上桥臂开关管调制信号UMS和下桥臂开关管调制信号LMS分别进行比较，得到具有恒定占空比的脉宽调制信号；用G1代表将脉冲施加到下开关管的阶段，G2代表上下开关管都未施加脉冲的阶段，G3代表将脉冲施加到上开关管的阶段；在G1和G3阶段，下桥臂和上桥臂同时导通，电感储存能量，以电流流出逆变器为正方向，则电流满足：
[0012][0013]其中，L为滤波电感L
f
和网侧线路电感L
g
之和，E为电网电压；
[0014]假设在第k
‑
1个周期内电感第三次储能开始时间为t
g
，第k个周期的起始时间为t
o
，在第k个周期内电感第一次完成储能的时间为t
n
，第二次储能开始的时间为t
h
，则各点对应的时间为：
[0015][0016][0017][0018]其中，D为周期性脉冲的占空比，T
s
为采样时间；t
p
为电感第二次完成储能的时间；
[0019]则在第k
‑
1个开关周期内，t
g
～t
o
时间段内电感储存能量，且初始电流为0，在第k个开关周期内，t
o
～t
n
及t
h
～t
p
时间段内由于分别处于下管全导通和上管全导通的状态，电感均处于储能阶段，联立式(1)和式(3)得到t
n
时刻对应的电流T
n
为：
[0020][0021]其中，V
g
和ω分别为电网电压幅值和频率，i0代表第k个开关周期电流的初始值，即t
o
时刻对应的电流值；
[0022]t
o
时刻对应的电流值在第k
‑
1个开关周期内表示为：
[0023][0024]则在第k个开关周期内T
n
最终的表达式为：
[0025][0026]则在第k个开关周期内，t
p
时刻对应的电流值T
p
为：
[0027][0028]在一个开关周期内将电网电压视为常数，则T
p
近似为：
[0029][0030]在正半周内，在G2阶段的放电回路方程表示为：
[0031][0032]其中，V
dc
表示直流侧电压；
[0033]假设T
p
衰减到0对应的时刻为t，则t满足：
[0034][0035]其中，V
k
‑1为第k
‑
1个周期内的电网电压；
[0036]为保证在脉冲施加前电流能衰减至0，放电时间t
‑
t
p
需满足：
[0037][0038]联立式(11)和式(12)得到周期性脉冲的占空比需满足的约束条件为：
[0039][0040]在第π/(2ωT
s
)+1个周期时，T
p
绝对值最大，此时根据式(13)得到的D为临界值；
[0041]负半周和正半周对称，故临界占空比相同。
[0042]更进一步的，所述步骤2具体为：
[0043]在载波的底点对实际电流i采样得到采样电流i
sample
，进而作为控制器的输入，采样电流的值为t
o
时刻对应的电流值T
o
，其表达式为
[0044][0045]在每个开关周期内迭代计算t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在换流器并网之前，对上下开关管分别施加占空比满足特定约束条件的周期性脉冲，保证每个开关周期内电感第二次完成储能时电流值衰减到0，使换流器以单位功率因数运行在整流模式，即使采样电流的相位与电网电压相位相反；步骤2：通过数字控制器对实际电流i进行采样得到采样电流i
sample
，进而得到估计的采样电流包络线；步骤3：根据采样电流的相位与电网电压相位相反，预同步信号使能，利用基于二阶广义积分器的锁相环以采样电流为输入估计电网电压相位θ
e
；步骤4：将估计的电网电压相位θ
e
反馈至自同步控制环，在锁相环稳定后，自同步控制器投入，进而实现在无网压传感器的情况下换流器平滑可靠地并入电网。2.根据权利要求1所述的基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略，其特征在于，所述步骤1中对上下开关管分别施加占空比满足特定约束条件的周期性脉冲具体为：对于自同步控制的单相并网逆变器，在一个开关周期T
s
内，将载波信号与上桥臂开关管调制信号UMS和下桥臂开关管调制信号LMS分别进行比较，得到具有恒定占空比的脉宽调制信号；用G1代表将脉冲施加到下开关管的阶段，G2代表上下开关管都未施加脉冲的阶段，G3代表将脉冲施加到上开关管的阶段；在G1和G3阶段，下桥臂和上桥臂同时导通，电感储存能量，以电流流出逆变器为正方向，则电流满足：其中，L为滤波电感L
f
和网侧线路电感L
g
之和，E为电网电压；假设在第k
‑
1个周期内电感第三次储能开始时间为t
g
，第k个周期的起始时间为t
o
，在第k个周期内电感第一次完成储能的时间为t
n
，第二次储能开始的时间为t
h
，则各点对应的时间为：间为：间为：其中，D为周期性脉冲的占空比，T
s
为采样时间；t
p
为电感第二次完成储能的时间；则在第k
‑
1个开关周期内，t
g
～t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鉴钧，齐军，杨勇，赵爱国，姜伟基，朱精武，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司阿拉善供电分公司，
类型：发明
国别省市：