電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法，首先是檢測(cè)得到直流母線電壓，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器計(jì)算得到參考有功功率值；再將檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換、正負(fù)序分量分解法等得到電網(wǎng)電壓在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的正負(fù)序分量；再根據(jù)得到的參考有功功率值、電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量計(jì)算、坐標(biāo)變換等得到三相參考電流瞬時(shí)值；最后將三相參考電流瞬時(shí)值與實(shí)際三相電流值進(jìn)行比較，設(shè)置一定滯環(huán)寬度，通過(guò)滯環(huán)控制原理發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖；本發(fā)明無(wú)需并網(wǎng)濾波電抗器參數(shù)，僅包含一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，易于工程實(shí)現(xiàn)；在電網(wǎng)電壓發(fā)生不平衡時(shí)，可有效保證并網(wǎng)瞬時(shí)功率的穩(wěn)定，降低直流母線電壓波動(dòng)，提高并網(wǎng)逆變器裝置的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體將是電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，并網(wǎng)逆變器已大規(guī)模應(yīng)用于新能源發(fā)電領(lǐng)域，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等。由于電網(wǎng)故障或負(fù)載分布不均等原因，電網(wǎng)經(jīng)常發(fā)生三相電網(wǎng)電壓不平衡的情況，這容易導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器發(fā)生故障甚至損壞。其主要原因?yàn)?，?dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生不平衡時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓存在負(fù)序分量，傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的控制前提是三相電網(wǎng)電壓平衡，并沒(méi)有分解三相電壓的正負(fù)序分量，僅以電網(wǎng)正序電壓為控制參考，因此無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整三相電流以滿(mǎn)足瞬時(shí)功率平衡的要求，使并網(wǎng)逆變器的瞬時(shí)發(fā)電功率發(fā)生波動(dòng)。這將導(dǎo)致直流母線電壓發(fā)生大幅波動(dòng)，直流母線電容的紋波電流增大，電容壽命降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致功率器件損壞。
[0003]文獻(xiàn)【DualCurrent Control Scheme for PWM ConverterUnder UnbalancedInput Voltage Conditions】提出，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下(dq軸)分解電網(wǎng)電壓、電流的正負(fù)序分量，得到的實(shí)際正負(fù)序電壓、電流均為直流量。在保證直流母線電壓為參考值的前提下，計(jì)算正負(fù)序電流分量的dq軸參考值，結(jié)合網(wǎng)側(cè)濾波電抗器參數(shù)，與實(shí)際值經(jīng)過(guò)四個(gè)PI調(diào)節(jié)器和坐標(biāo)變換后，得到變換器在兩相靜止坐標(biāo)系下(α β軸)的電壓參考值，最終經(jīng)過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM調(diào)制)控制網(wǎng)側(cè)電流，達(dá)到穩(wěn)定直流母線電壓的目的。該控制方法需要設(shè)計(jì)四個(gè)PI調(diào)節(jié)器，不便于工程應(yīng)用。
[0004]文獻(xiàn)【電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)全功率風(fēng)電并網(wǎng)變流器的控制策略】在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了網(wǎng)側(cè)電抗器上的功率波動(dòng)，以更精準(zhǔn)的表達(dá)式得到正負(fù)序電流分量的dq軸參考值，從而更加穩(wěn)定地控制直流母線電壓。該文獻(xiàn)提出的正負(fù)序電流表達(dá)式非常復(fù)雜，對(duì)控制器硬件要求較高。
[0005]專(zhuān)利號(hào)為20091008967`1.9，申請(qǐng)日為2009-07-29，名稱(chēng)為“電網(wǎng)電壓不平衡下三
相電壓型PWM整流器的控制方法”，其技術(shù)方案為:檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓值，通過(guò)數(shù)字濾波得到兩相靜止坐標(biāo)系下的α軸正負(fù)序電壓分量和β軸正負(fù)序電壓分量，結(jié)合有功功率及無(wú)功功率給定，得到α β軸參考電流指令。采用預(yù)測(cè)電流控制，根據(jù)實(shí)際的α β軸參考電流指令和網(wǎng)側(cè)濾波電抗器參數(shù)，得到變換器的α β軸電壓參考值，經(jīng)過(guò)SVPWM調(diào)制得到驅(qū)動(dòng)脈沖。其創(chuàng)新點(diǎn)在于所有計(jì)算均在兩相靜止坐標(biāo)系下進(jìn)行，并采用了預(yù)測(cè)電流控制，簡(jiǎn)化了坐標(biāo)變換次數(shù)，避免了四個(gè)PI調(diào)節(jié)器。
[0006]專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210129600.9，申請(qǐng)日為2012_04_28，名稱(chēng)為“電網(wǎng)不平衡時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器電流控制方法和系統(tǒng)”，其技術(shù)方案為:在靜止坐標(biāo)系下利用電網(wǎng)電壓和網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電壓以及它們的延遲信號(hào)，結(jié)合有功和無(wú)功功率給定，解析計(jì)算得到變流器交流側(cè)電流的指令值。進(jìn)一步根據(jù)網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型，按照下一拍時(shí)實(shí)際電流值等于指令值的原理，得到網(wǎng)側(cè)變流器的交流側(cè)指令電壓，通過(guò)SVPWM產(chǎn)生控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的脈沖信號(hào)。該技術(shù)方案中交流側(cè)電流指令值的獲得無(wú)需網(wǎng)側(cè)電流和電感參數(shù)，但計(jì)算下一拍交流側(cè)指令電壓時(shí)依然需要網(wǎng)側(cè)電流和電抗器參數(shù)。
[0007]上述技術(shù)均是采用SVPWM調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖，根據(jù)計(jì)算得到的參考電流值，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器或者預(yù)測(cè)電流控制得到α β軸電壓參考值，控制器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，且計(jì)算過(guò)程需要網(wǎng)側(cè)濾波電抗器參數(shù)，而實(shí)際的電抗器電感值在不同溫升下會(huì)發(fā)生變化，容易影響控制效果。
[0008]專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210491537.3，申請(qǐng)日為2012-11-26，名稱(chēng)為“電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)電壓源型整流器模型預(yù)測(cè)控制方法”，其技術(shù)方案為:將三相電網(wǎng)電壓和電流經(jīng)abc/α β坐標(biāo)變換為α β軸電壓電流，進(jìn)行正負(fù)序分量分離，根據(jù)直流母線電壓計(jì)算有功功率參考值，結(jié)合有功和無(wú)功功率參考值以及網(wǎng)側(cè)濾波電抗器參數(shù)計(jì)算α β軸電流參考值，最后通過(guò)模型預(yù)測(cè)電流控制選擇最優(yōu)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。該技術(shù)方案沒(méi)有采用SVPWM調(diào)制技術(shù)，但同樣需要網(wǎng)側(cè)濾波電抗器參數(shù)。
[0009]目前，尚未有專(zhuān)利或文獻(xiàn)提出基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)電壓不平衡控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提出了一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法，無(wú)需并網(wǎng)濾波電抗器參數(shù)，僅需要一個(gè)直流母線電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器，可有效保證并網(wǎng)瞬時(shí)功率的穩(wěn)定，降低直流母線電壓波動(dòng)，提高并網(wǎng)逆變器裝置的穩(wěn)定性。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1:檢測(cè)直流母線電壓Ud。，將其與參考值*4比較并經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器，得到參考
直流母線電流值G將參考直流母線電流值G與參考直流母線電壓值相乘得到參考有功功率值<。
[0014]所述PI調(diào)節(jié)器有多種實(shí)現(xiàn)方式，其中一種常見(jiàn)的方法為:
[001 5]
【權(quán)利要求】
1.電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于滯環(huán)調(diào)制的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:檢測(cè)直流母線電壓Ud。，將其與參考值^4比較并經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器，得到參考直流母線電流值1:c，將參考直流母線電流值1:c與參考直流母線電壓值相乘得到參考有功功率值 步驟2:檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓ua、ub、u。,檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓ua、ub、u。,經(jīng)過(guò)等功率3s/2s變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓11。、110，獲取電網(wǎng)電壓矢量的位置角0s，s是靜止坐標(biāo)系常用的縮寫(xiě)代碼；經(jīng)過(guò)正負(fù)序分量分解法，得到電網(wǎng)電壓在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸正序分量4、q軸正序分量<、d軸負(fù)序分量W】、q軸負(fù)序分量S 步驟3:根據(jù)步驟I得到的參考有功功率值<，步驟2得到的電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量<、K、<、<，結(jié)合有功功率與無(wú)功功率指令值，計(jì)算得到電網(wǎng)電流參考指令d軸正序分量Z'<T、q軸正序分量<、d軸負(fù)序分量/J、q軸負(fù)序分量豸； 步驟4:根據(jù)步驟3得到的d軸正序分量z, q軸正序分量f、d軸負(fù)序分量q軸負(fù)序分量C，將其經(jīng)過(guò)2r/2s變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的正負(fù)序參考值，r是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系常用的縮寫(xiě)代碼，s是靜止坐標(biāo)系常用的縮寫(xiě)代碼，所述2r/2s是2相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變?yōu)閮上囔o止坐標(biāo)系的簡(jiǎn)稱(chēng)；具體為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考正序分量0-、f乘以正序順時(shí)針旋轉(zhuǎn)矢量得到兩相靜止坐標(biāo)系下的參考負(fù)序分量€*、^，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的參考負(fù)序分量C' 乘以負(fù)序旋轉(zhuǎn)矢量得到兩相靜止坐標(biāo)系下的參考正序分量丨 V其表達(dá)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:所述正負(fù)序參考電流值d軸正序分量/f、q軸正序分量f、d軸負(fù)序分量f、q軸負(fù)序分量f經(jīng)過(guò)逆變換得到三相參考電流瞬時(shí)值，并以滯環(huán)調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:步驟I中所述PI調(diào)節(jié)器的方法為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:步驟2中所述獲取電網(wǎng)


電壓矢量位置角的實(shí)施方式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:步驟2中所述正負(fù)序分量分解法的實(shí)施方式為Τ/4延遲法，即將電網(wǎng)電壓α軸分量ιια、β軸分量U0延遲Τ/4時(shí)間后得到α軸分量延遲值ιια(Τ/4)、β軸分量延遲值U0 (Τ/4)，其中T為電網(wǎng)電壓周期；電網(wǎng)電壓在兩相靜止坐標(biāo)系下的正負(fù)序分量的表達(dá)式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:步驟3中是將參考有功功率值ρ電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量4、u Kn <，代入表達(dá)式:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并網(wǎng)逆變器控制方法，其特征在于:步驟5的具體過(guò)程為:當(dāng)測(cè)得的某相實(shí)際電流值大于該相參考電流值與滯環(huán)寬度之和時(shí)，關(guān)閉對(duì)應(yīng)相的上橋臂；當(dāng)測(cè)得的某相實(shí)際電流值小于該相參考電流值與滯環(huán)寬度之差時(shí)，打開(kāi)對(duì)應(yīng)相的上橋臂；在滯環(huán)調(diào)制過(guò)程中， 各相上、下橋臂開(kāi)關(guān)均以一定死區(qū)時(shí)間互補(bǔ)導(dǎo)通。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103683319SQ201310481284
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】于海坤, 周宏林, 代同振, 況明偉, 吳建東 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司