專利名稱：一種三相逆變器的控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相逆變器的控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
在DC/AC變換中，逆變器是很重要的一部分，其控制方法的好環(huán)直接影響到逆變電壓、電流的質(zhì)量。隨著社會的發(fā)展，對三相電壓質(zhì)量的要求越來越高，三相電壓的不平衡度是衡量三相電壓的一個重要指標，目前解決三相逆變電壓不平衡度的方法主要有三相四橋臂、三個單相全橋單獨控制和三相四線逆變器，相對于三相四橋臂逆變器控制方法的復雜和三個單相全橋單獨控制的高成本，三相四線逆變器有它的優(yōu)勢。目前，三相四線逆變器的控制方法有很多種，大多采用三相PI分別控制的方法， 這些控制方法雖然簡單，但不能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)帶載的切換使用，且只有電壓環(huán)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)動態(tài)響應速度慢，帶非線性負載能力不強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有三相四線逆變器控制系統(tǒng)響應速度慢的技術(shù)問題，提供一種響應速度快的三相逆變器的控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明一方面提供了一種三相逆變器的控制系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器、△/Y變壓器和控制板；所述儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器和Δ /Y變壓器依次電連接，所述儲能裝置用于向負載提供電能，所述三相逆變器用于將所述儲能裝置的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡鯨C濾波器用于對三相逆變器輸出的電流進行濾波，所述Δ/Υ變壓器用于改變LC濾波器輸出的電流電壓，所述控制板用于根據(jù)Δ/Υ變壓器輸出的電流、電壓信號實現(xiàn)正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。所述控制板還用于根據(jù)電網(wǎng)的三相電壓實現(xiàn)三相逆變器端的三相電流的dq解耦控制并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器實現(xiàn)并網(wǎng)控制。本發(fā)明另一方面還提供了一種三相逆變器的控制方法，其中，所述控制方法包括正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)，正序電壓控制環(huán)的輸出作為正序電流內(nèi)環(huán)的輸入，正序電流內(nèi)環(huán)的輸出與負序電壓控制環(huán)的輸出疊加得出三相調(diào)試電壓，根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。進一步地，所述正序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地提取正序電壓； 對正序電壓進行dq變換分離出Ud+和Uq+ ；分離出的Ud+和U9+分別與目標給定Ud+* = 0和U,+* = UqObj進行PI調(diào)節(jié)得出 PIUdOut 和 PI^Out。所述正序電壓是通過對稱分量法提取得出的。
所述正序電流內(nèi)環(huán)是這樣實現(xiàn)地對正序電壓電流進行dq變換分離出直流量Id+和I,+ ；Id+和Iq+分別與正序電壓控制環(huán)得出的PIUdOut和PIUqOut進行PI調(diào)節(jié)得出 PIIdOut和 PIItlOut ；PIIdOut和PIIqOut通過dq反變換得出三相正序調(diào)試電壓Ua+、Ub+和Uc+。所述負序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地得出Ud-和 Ur;Ud-和Uq-分別與目標給定Ud-* = 0和Uq-* = 0進行PI調(diào)節(jié)得出PIUd^ut和PIUq_ Out ；PIU^Out和PIUq_0ut通過dq反變換得出三相負序調(diào)試電壓Ua-、Ub-和Uc-。Ud-和Uq-是通過反方向dq變換后周期濾波得出的。三相調(diào)試電壓分別為Ua = (Ua+) + (Ua-)，Ub = (Ub+) + (Ub-)，Uc = (Uc+) + (Uc-)。所述控制方法還包括并網(wǎng)控制方法，所述并網(wǎng)控制方法是這樣實現(xiàn)地檢測電網(wǎng)的三相電壓并進行相位鎖定；檢測三相電流并根據(jù)鎖定的電網(wǎng)相位對三相電流進行dq變換得出Id和Itl ；Id和Itl分別與給定的目標進行PI調(diào)節(jié)得出PIIdOut'和PIIqOut’ ；PIIdOut'和PIIqOut'通過dq反變換得出三相調(diào)試電壓Ua’、Ub’和Uc，。本發(fā)明的三相逆變器的控制系統(tǒng)及其控制方法，在電壓環(huán)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入了電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，因此提高了控制系統(tǒng)的響應速度；同時，使該控制系統(tǒng)在帶非線性負載時減少了電壓的畸變，提高了系統(tǒng)帶非線性負載的能力。


圖1是本發(fā)明實施例提供的三相逆變器的控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的三相逆變器的離網(wǎng)控制方法的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的三相逆變器的并網(wǎng)控制方法的示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，如圖1所示，本發(fā)明一方面提供了一種三相逆變器的控制系統(tǒng)，其中，該控制系統(tǒng)包括儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器、△/Y變壓器和控制板(圖中未示出)；儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器和△/Y變壓器依次電連接，儲能裝置用于向負載提供電能，三相逆變器用于將儲能裝置的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡琇C濾波器用于對三相逆變器輸出的電流進行濾波，Δ /Y變壓器用于改變LC濾波器輸出的電流電壓，控制板用于根據(jù)Δ/Υ變壓器輸出的電流、電壓信號實現(xiàn)正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。儲能裝置E可以選用各種合適類型的用于儲能的裝置，如可以為鋰電池組、鉛酸蓄電池組等。
儲能裝置E的兩端并聯(lián)有電容Cd，電容Cd的作用是穩(wěn)壓和濾波?？刂瓢灏ǜ鞣N合適的數(shù)據(jù)處理裝置，如控制板的主芯片可以為TMS320F2812的 DSP (Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理)芯片。三相逆變器可以為各種合適的逆變器，為了更好地實現(xiàn)并網(wǎng)模式，優(yōu)選地，逆變器為雙向逆變器。三相逆變器可以包括各種橋式逆變電路，只要能實現(xiàn)逆變充放電功能即可， 優(yōu)選采用由6個功率開關(guān)管(VTl VT6)以及6個與之反向并聯(lián)的二極管VDl VD6組成的三相三橋臂逆變橋。控制板可以產(chǎn)生PWM信號來控制各個功率開關(guān)管的導通和關(guān)斷。LC濾波器可以為各種常用的濾波電路，如圖1所示，LC濾波器由LA、Ca、LB、Cb、LC 和C。構(gòu)成。Δ /Y變壓器為采用△ /Y接法的變壓器，變壓器是用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心(磁芯)。本發(fā)明中主要用作升降電壓以及帶不平衡負載。另外本發(fā)明的控制系統(tǒng)還可包括斷路器、接觸器(圖中均未示出)等部件，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以各種需要合理增添控制系統(tǒng)的構(gòu)成部件?？刂瓢宄藢崿F(xiàn)三相逆變器的離網(wǎng)控制之外，還可以實現(xiàn)三相逆變器的并網(wǎng)控制，即該控制板還用于根據(jù)電網(wǎng)的三相電壓實現(xiàn)三相逆變器端的三相電流的dq解耦控制并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器實現(xiàn)并網(wǎng)控制。其中三相逆變器端是指當利用儲能裝置E放電向電網(wǎng)輸送電能時，指的是三相逆變器的輸出端；當利用電網(wǎng)給儲能裝置E充電時，指的是三相逆變器此時的輸入端(與儲能裝置E放電時的三相逆變器的輸出端相同)。本發(fā)明另一方面還提供了一種三相逆變器的控制方法，其中，該控制方法包括正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)，正序電壓控制環(huán)的輸出作為正序電流內(nèi)環(huán)的輸入，正序電流內(nèi)環(huán)的輸出與負序電壓控制環(huán)的輸出疊加得出三相調(diào)試電壓，根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，如圖2所示，進一步地，正序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地提取正序電壓；對正序電壓進行dq變換分離出Ud+和Uq+ ；分離出的Ud+和U9+分別與目標給定Ud+* = 0和U,+* = UqObj進行PI調(diào)節(jié)得出 PIUdOut 和 PI^Out。其中，正序電壓是通過對稱分量法提取得出的。PI調(diào)節(jié)即比例積分調(diào)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇合適的比例積分調(diào)節(jié)程序來實現(xiàn)。dq變換也就是Park變換，是一種解耦控制方法，它將三相繞組變換為等價的二相繞組，并且把旋轉(zhuǎn)坐標系變換成正交的靜止坐標，即可得到用直流量表示電壓及電流的關(guān)系式。dq變換使得各個控制量可以分別控制，可以消除諧波電壓和不對稱電壓的影響，由于應用了同步旋轉(zhuǎn)坐標變換，容易實現(xiàn)基波與諧波的分離。對稱分量法(method of symmetrical components)是分析對稱系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)的一種基本方法；即是將三個相量分解為對稱的分量組，用于分析三相電路不對稱運行狀態(tài)的一種方法。更進一步地，正序電流內(nèi)環(huán)是這樣實現(xiàn)地對正序電壓電流進行正方向dq變換分離出直流量Id+和I,+ ；Id+和Iq+分別與正序電壓控制環(huán)得出的PIUdOut和PIUqOut進行PI調(diào)節(jié)得出 PIIdOut 和 PIItlOut ；PIIdOut和PIIqOut通過dq反變換得出三相正序調(diào)試電壓Ua+、Ub+和Uc+。更進一步地，負序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地得出Ud-和 Ur;Ud-和Uq-分別與目標給定Ud-* = 0和Uq-* = 0進行PI調(diào)節(jié)得出PIUd^ut和PIUq_ Out ；PIU^Out和PIUq_0ut通過dq反變換得出三相負序調(diào)試電壓Ua-、Ub-和Uc-。其中，Ud-和Utl-是通過反方向dq變換后周期濾波得出的。經(jīng)過上述控制之后即可得出三相調(diào)試電壓分別為Ua = (Ua+) + (Ua-)，Ub = (Ub+)+ (Ub-), Uc = (Uc+) +(Uc-) O控制板根據(jù)上述的三相調(diào)試電壓Ua、Ub和Uc進行SPWM控制，以得出P麗控制信號從而控制三相逆變器的各個功率開關(guān)管的導通和關(guān)斷，進而將儲能裝置E的電能轉(zhuǎn)化為交流電供負載使用，即實現(xiàn)了三相逆變器的離網(wǎng)控制。本發(fā)明的三相逆變器的控制系統(tǒng)及其控制方法，由于在電壓環(huán)的基礎(chǔ)上增加了電流內(nèi)環(huán)，而電流內(nèi)環(huán)是一個速度環(huán)，可以提高系統(tǒng)的響應速度。同時增加了電流內(nèi)環(huán)，即把控制系統(tǒng)的電流看作是對電壓的一種擾動，電流會對電壓產(chǎn)生影響，所以加入了電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)就會使系統(tǒng)在帶非線性負載時減少了電壓的畸變，從而使控制系統(tǒng)帶非線性負載能力更強。另外，控制系統(tǒng)之所以不平衡，是因為有了負序電壓的存在，而本控制系統(tǒng)及控制方法通過把負序電壓調(diào)為零，使控制系統(tǒng)不存在負序電壓，所以可以使系統(tǒng)帶不平衡負載能力得到加強。以下將利用上述的控制方法控制逆變器，給定目標電壓值隊此」，使逆變相電壓達到額定電壓220V，使逆變器空載運行，然后分別進行帶三相平衡負載、單相帶載、兩相帶載、 非線性負載實驗，實驗結(jié)果如表1所示
權(quán)利要求
1.一種三相逆變器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器、△ /Y變壓器和控制板；所述儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器和△ /Y變壓器依次電連接，所述儲能裝置用于向負載提供電能，所述三相逆變器用于將所述儲能裝置的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，所述LC濾波器用于對三相逆變器輸出的電流進行濾波，所述△ / Y變壓器用于改變LC濾波器輸出的電流電壓，所述控制板用于根據(jù)Δ/Υ變壓器輸出的電流、電壓信號實現(xiàn)正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)并得出三相調(diào)試電壓； 以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制板還用于根據(jù)電網(wǎng)的三相電壓實現(xiàn)三相逆變器端的三相電流的dq解耦控制并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器實現(xiàn)并網(wǎng)控制。
3.—種三相逆變器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)，正序電壓控制環(huán)的輸出作為正序電流內(nèi)環(huán)的輸入，正序電流內(nèi)環(huán)的輸出與負序電壓控制環(huán)的輸出疊加得出三相調(diào)試電壓，根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述正序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地提取正序電壓；對正序電壓進行dq變換分離出Ud+和Uq+ ；分離出的Ud+和U9+分別與目標給定Ud+* = 0和U,+* = UqObj進行PI調(diào)節(jié)得出PIUdOut 和 PI^Out。
5.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述正序電壓是通過對稱分量法提取得出的。
6.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述正序電流內(nèi)環(huán)是這樣實現(xiàn)地對正序電壓電流進行dq變換分離出直流量Id+和I,+ ；Id+和I,+分別與正序電壓控制環(huán)得出的PIUdOut和PIUqOut進行PI調(diào)節(jié)得出PIIdOut 和 PIItlOut ；PIIdOut和PIIqOut通過dq反變換得出三相正序調(diào)試電壓Ua+、Ub+和Uc+。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述負序電壓控制環(huán)是這樣實現(xiàn)地得出Ud-和Uq-；Ud-和Uq-分別與目標給定Ud-* = 0和Uq-* = 0進行PI調(diào)節(jié)得出PIUd_0ut和PIUq_Out ；Piud_0ut和PIUq_0ut通過dq反變換得出三相負序調(diào)試電壓Ua_、Ub-和Uc-。
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，Ud-和Utl-是通過反方向dq變換后周期濾波得出的。
9.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，三相調(diào)試電壓分別為Ua=(Ua+)+ (Ua-), Ub= (Ub+)+ (Ub-), Uc= (Uc+) +(Uc-) 0
10.如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括并網(wǎng)控制方法， 所述并網(wǎng)控制方法是這樣實現(xiàn)地檢測電網(wǎng)的三相電壓并進行相位鎖定；檢測三相電流并根據(jù)鎖定的電網(wǎng)相位對三相電流進行dq變換得出Id和I,；Id和I,分別與給定的目標IdObj和ItlObj進行PI調(diào)節(jié)得出PIIdOut'和PIIqOut，； PIIdOut，和PIIqOut，通過dq反變換得出三相調(diào)試電壓Ua，、Ub，和Uc，。
全文摘要
一種三相逆變器的控制系統(tǒng)，包括儲能裝置、三相逆變器、LC濾波器、Δ/Y變壓器和控制板；儲能裝置用于向負載提供電能，三相逆變器用于將儲能裝置的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡琇C濾波器用于對三相逆變器輸出的電流進行濾波，Δ/Y變壓器用于改變LC濾波器輸出的電流電壓，控制板用于根據(jù)Δ/Y變壓器輸出的電流、電壓信號實現(xiàn)正序電壓控制環(huán)、負序電壓控制環(huán)和正序電流內(nèi)環(huán)并得出三相調(diào)試電壓；以及根據(jù)三相調(diào)試電壓控制三相逆變器的輸出。本發(fā)明還提供了一種三相逆變器的控制方法。本發(fā)明在電壓環(huán)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入了電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)，因此提高了控制系統(tǒng)的響應速度；同時，使該控制系統(tǒng)在帶非線性負載時減少了電壓的畸變，提高了系統(tǒng)帶非線性負載的能力。
文檔編號H02J3/38GK102347707SQ20101024441
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者孫嘉品, 尹韶文, 羅紅斌, 覃統(tǒng)成 申請人:比亞迪股份有限公司