雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，屬于電能變換的【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法通過對三相雙降壓并網(wǎng)逆變器拓?fù)涞目刂埔肓藥Ъy波電流負(fù)反饋的半周期SVPWM控制方法，對進(jìn)網(wǎng)電流的紋波分量進(jìn)行負(fù)反饋，改變電流過零點處的調(diào)制波幅值，并通過邏輯運算電路實現(xiàn)了半周期驅(qū)動信號的屏蔽，在保證雙降壓并網(wǎng)逆變器具有高效率高可靠性的基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變問題。
【專利說明】雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，屬于電能變換的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]三相并網(wǎng)逆變器廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電、電動汽車等領(lǐng)域。雙降壓拓?fù)湟云洳淮嬖跇虮壑蓖▎栴}、續(xù)流二極管反向恢復(fù)損耗小等優(yōu)點得到了越來越多的應(yīng)用。因此，研究三相雙降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法具有重要的意義。將雙降壓拓?fù)鋺?yīng)用于三相DC/AC逆變器，能夠克服橋式拓?fù)涞闹蓖▎栴}，避免死區(qū)效應(yīng)，減小進(jìn)網(wǎng)電流諧波含量，減小濾波器尺寸和重量，提高變流器效率。
[0003]現(xiàn)有雙降壓并網(wǎng)逆變器的主要控制方法主要分為滯環(huán)電流控制、單周期控制和SPWM控制。其中滯環(huán)電流控制將三相雙降壓并網(wǎng)逆變器看作三個獨立的單相雙降壓并網(wǎng)逆變器，分別對其進(jìn)行滯環(huán)控制，三相不會相互影響，但不易設(shè)計濾波器。矢量模式單周期控制策略將三相電網(wǎng)交流電壓劃分為6個區(qū)間，不同的是在每個區(qū)間建立單周控制模型，實現(xiàn)較為復(fù)雜。SPWM控制將三相靜止坐標(biāo)系下的交流電流變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流進(jìn)行閉環(huán)控制，并可通過注入三次諧波實現(xiàn)較高的直流電壓利用率，但其存在全周期控制下效率較低和半周期控制下過零畸變的問題。
[0004]雙降壓并網(wǎng)逆變器的全周期和半周期控制方式，分別對應(yīng)逆變器的有偏置電流和無偏置電流工作模式。有偏置電流工作模式下每相橋臂的兩個降壓變換器同時工作，每個輸出濾波電感流過一個工頻周期的電流，其存在偏置電流；而無偏置電流工作模式實質(zhì)為兩個Buck變換器交替工作，每個輸出濾波電感僅流過半個工頻周期的電流，故無偏置電流工作模式相比有偏置電流工作模式，功率管的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗小，且流過輸出濾波電感的電流有效值小。因此，采用半周期控制方法時，逆變器效率較高。
[0005]然而，半周期控制方法下，兩個Buck變換器交替工作，在電流過零點處進(jìn)行切換。而在切換工作的瞬間，由功率管開關(guān)造成的交流側(cè)進(jìn)網(wǎng)電流紋波的方向會發(fā)生突變，進(jìn)而導(dǎo)致了交流側(cè)電流的過零畸變。目前僅有的解決方法為采用多路雙降壓并網(wǎng)逆變器輸入并聯(lián)、輸出級聯(lián)的方式使電流紋波相互抵消，從而消除過零畸變。然而此方法僅對特定的拓?fù)溆行?，其?yīng)用場合具有一定的局限性。對于三相逆變器，由于受共模電壓的影響，在過零點附近的幾個開關(guān)周期內(nèi)，輸出濾波電感兩端壓差所導(dǎo)致的單方向紋波電流較大，其過零畸變比單相逆變器更為嚴(yán)重。此外，為簡化控制，三相并網(wǎng)逆變器通常采用坐標(biāo)變換控制方法，將三相交流電轉(zhuǎn)化為兩相直流電。三相電流反饋值同時參與坐標(biāo)變換，互相影響，某一相在過零點處的畸變會導(dǎo)致其它兩相電流在該時刻也發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響了進(jìn)網(wǎng)電流質(zhì)量。因此，抑制過零畸變是將雙降壓拓?fù)鋺?yīng)用于三相逆變器所需要解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法。
[0007]本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:
[0008]雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，包括如下步驟:
[0009]步驟I，采集進(jìn)網(wǎng)電流；
[0010]步驟2，進(jìn)網(wǎng)電流經(jīng)過電流環(huán)單元得到進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)；
[0011]步驟，3，利用空間矢量脈寬調(diào)制策略調(diào)制所述進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)，得到雙降壓并網(wǎng)逆變器初始驅(qū)動信號；
[0012]步驟4，根據(jù)電網(wǎng)電壓、有功電流給定得到雙降壓并網(wǎng)逆變器上、下橋臂功率管半周期屏蔽信號。
[0013]所述雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法中，步驟4具體包括如下步驟:
[0014]步驟4-1，檢測有功電流給定的正負(fù):
[0015]步驟4-2，檢測電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周信號；
[0016]步驟4-3，根據(jù)有功電流給定的正負(fù)、電網(wǎng)電流的正負(fù)半軸信號得到雙降壓并網(wǎng)逆變器上、下橋臂功率管的半周期驅(qū)動信號:
[0017]當(dāng)有功電流給定為正且電網(wǎng)電壓處于正半周時，雙降壓并網(wǎng)逆變器上橋臂功率管在初始驅(qū)動信號作用下工作，下橋臂功率管在下橋臂功率管半周期屏蔽信號作用下關(guān)斷；
[0018]否則，雙降壓并網(wǎng)逆變器下橋臂功率管在初始驅(qū)動信號下工作，上橋臂功率管在上橋臂功率管半周期屏蔽信號作用下關(guān)斷。
[0019]所述雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法中，步驟2具體包括如下步驟:
[0020]步驟2-1，對進(jìn)網(wǎng)電流做旋轉(zhuǎn)變換得到進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量、無功分量；
[0021]步驟2-2，所述進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量、無功分量經(jīng)過高通濾波處理后得到有功電流和無功電流的高頻紋波，高頻紋波經(jīng)放大后作為空間電壓矢量基準(zhǔn)的修正量的有功分量、無功分量；
[0022]步驟2-3，所述進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量與有功分量給定值得到進(jìn)網(wǎng)電流的進(jìn)網(wǎng)電流有功分量誤差值，所述進(jìn)網(wǎng)電流的無功分量與無功分量給定值得到進(jìn)網(wǎng)電流無功分量誤差值；
[0023]步驟2-4，所述進(jìn)網(wǎng)電流有功分量誤差值、進(jìn)網(wǎng)電流無功分量誤差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)得到電網(wǎng)電壓有功分量、無功分量；
[0024]步驟2-5，以所述電網(wǎng)電壓的有功分量、無功分量與空間電壓矢量基準(zhǔn)修正量的有功分量、無功分量的差值作為空間電壓矢量基準(zhǔn)，對空間電壓矢量基準(zhǔn)值進(jìn)行坐標(biāo)變換得到進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)。
[0025]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:通過對三相雙降壓并網(wǎng)逆變器拓?fù)涞目刂埔肓藥Ъy波電流負(fù)反饋的半周期SVPWM控制方法，對進(jìn)網(wǎng)電流的紋波分量進(jìn)行負(fù)反饋，改變電流過零點處的調(diào)制波幅值，并通過邏輯運算電路實現(xiàn)了半周期驅(qū)動信號的屏蔽，在保證雙降壓并網(wǎng)逆變器具有高效率高可靠性的基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明涉及的雙降壓并網(wǎng)逆變器及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖2是本發(fā)明所述雙降壓拓?fù)鋯卧疽鈭D；
[0028]圖3是本發(fā)明所述雙降壓拓?fù)鋯卧獑蜗鄻虮凼疽鈭D；
[0029]圖4是本發(fā)明所述電流環(huán)單元示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明所述SVPWM單元和半周期驅(qū)動信號屏蔽單元示意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明所述雙降壓并網(wǎng)逆變器a相橋臂的驅(qū)動邏輯示意圖；
[0032]圖7和圖8是本發(fā)明所述雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法應(yīng)用于雙降壓并網(wǎng)逆變器控制的進(jìn)網(wǎng)電流波形和傳統(tǒng)雙降壓并網(wǎng)逆變器控制方法下的進(jìn)網(wǎng)電流波形。
[0033]圖中標(biāo)號說明=S1-S6為第一至第六功率管,D1-D6為第一至第六快恢復(fù)二極管，Lal、La2為直流側(cè)a相濾波電感，Lbl、Lb2為直流側(cè)b相濾波電感，Lc^Le2為直流側(cè)c相濾波電感，Lag為交流側(cè)a相濾波電感，Lbg為交流側(cè)b相濾波電感，Lcg為交流側(cè)c相濾波電感。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0035]如圖1所示，一種雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，所基于的系統(tǒng)包括連接于發(fā)電裝置和電網(wǎng)之間的雙降壓拓?fù)鋯卧约芭c雙降壓拓?fù)鋯卧噙B接的逆變器控制單元。其中，逆變器控制單元包括用于控制逆變器并網(wǎng)電流的電流環(huán)單元、與電流環(huán)單元相連接的SVPWM單元以及與SVPWM單元相連接的半周期驅(qū)動信號屏蔽單元。
[0036]圖2為本發(fā)明所述雙降壓拓?fù)鋯卧疽鈭D。第一至第六功率管S1-S6為a、b、c三相橋臂功率管，D1-D6為外接的第一至第六快恢復(fù)二極管，P為直流側(cè)正端，N點為直流側(cè)負(fù)端，直流側(cè)電壓為Vdc，電網(wǎng)電壓為ea、eb和e。。逆變器交流側(cè)接LCL濾波器，其中:Lal、La2為直流側(cè)a相濾波電感，Lbl,Lb2為直流側(cè)b相濾波電感，Lcl,Lc2為直流側(cè)c相濾波電感，Lag為交流側(cè)a相濾波電感，Lbg為交流側(cè)b相濾波電感，Lcg為交流側(cè)c相濾波電感，逆變器側(cè)電流為ia。、ibc和i。。，進(jìn)網(wǎng)電流為iag、ibg和if
[0037]圖3為本發(fā)明所述雙降壓拓?fù)鋯卧獑蜗鄻虮凼疽鈭D。第一功率管S1為上橋臂功率管，第二功率管S2為下橋臂功率管，第一功率管S1與第二快恢復(fù)二極管D2的連接點為E，第二功率管S2與第一快恢復(fù)二極管D1的連接點為M,直流側(cè)a相濾波電感Lal和La2的連接點為A。O點為交流側(cè)中點,其中A點相對于O點的電位為:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，采集進(jìn)網(wǎng)電流； 步驟2，進(jìn)網(wǎng)電流經(jīng)過電流環(huán)單元得到進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)； 步驟，3，利用空間矢量脈寬調(diào)制策略調(diào)制所述進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)，得到雙降壓并網(wǎng)逆變器初始驅(qū)動信號； 步驟4，根據(jù)電網(wǎng)電壓、有功電流給定得到雙降壓并網(wǎng)逆變器上、下橋臂功率管半周期屏蔽信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，其特征在于，所述步驟4具體包括如下步驟: 步驟4-1，檢測有功電流給定的正負(fù): 步驟4-2，檢測電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周信號； 步驟4-3，根據(jù)有功電流給定的正負(fù)、電網(wǎng)電流的正負(fù)半軸信號得到雙降壓并網(wǎng)逆變器上、下橋臂功率管的半周期驅(qū)動信號: 當(dāng)有功電流給定為正且電網(wǎng)電壓處于正半周時，雙降壓并網(wǎng)逆變器上橋臂功率管在初始驅(qū)動信號作用下工作，下橋臂功率管在下橋臂功率管半周期屏蔽信號作用下關(guān)斷； 否則，雙降壓并網(wǎng)逆變器下橋臂功率管在初始驅(qū)動信號下工作，上橋臂功率管在上橋臂功率管半周期屏蔽信號作用下關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙降壓并網(wǎng)逆變器的過零畸變抑制方法，其特征在于，所述步驟2具體包括如下步驟: 步驟2-1，對進(jìn)網(wǎng)電流做旋轉(zhuǎn)變換得到進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量、無功分量； 步驟2-2，所述進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量、無功分量經(jīng)過高通濾波處理后得到有功電流和無功電流的高頻紋波，高頻紋波經(jīng)放大后作為空間電壓矢量基準(zhǔn)的修正量的有功分量、無功分量; 步驟2-3，所述進(jìn)網(wǎng)電流的有功分量與有功分量給定值得到進(jìn)網(wǎng)電流的進(jìn)網(wǎng)電流有功分量誤差值，所述進(jìn)網(wǎng)電流的無功分量與無功分量給定值得到進(jìn)網(wǎng)電流無功分量誤差值；步驟2-4，所述進(jìn)網(wǎng)電流有功分量誤差值、進(jìn)網(wǎng)電流無功分量誤差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)得到電網(wǎng)電壓有功分量、無功分量； 步驟2-5，以所述電網(wǎng)電壓的有功分量、無功分量與空間電壓矢量基準(zhǔn)修正量的有功分量、無功分量的差值作為空間電壓矢量基準(zhǔn)，對空間電壓矢量基準(zhǔn)值進(jìn)行坐標(biāo)變換得到進(jìn)網(wǎng)電壓二相靜止坐標(biāo)。
【文檔編號】H02M7/48GK103475245SQ201310405570
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】鄭昕昕, 肖嵐, 田洋天, 姚營盤, 潘小剛, 夏建中, 呂鴻 申請人:南京航空航天大學(xué), 揚州雙鴻電子有限公司