一種帶不平衡及非線性負(fù)載的三相逆變器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分布式發(fā)電供能及微電網(wǎng)系統(tǒng)變流器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種改 進(jìn)的帶不平衡及非線性負(fù)載的=相逆變器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，開發(fā)利用既可提高傳統(tǒng)能源利用效率又能充分利用各種可再生能源的分布 式發(fā)電技術(shù)已成為世界各國保障能源安全、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對氣候變化的重要措施?，F(xiàn)有 研究表明將本地分布式發(fā)電供能系統(tǒng)與負(fù)荷等組織成微電網(wǎng)形式運(yùn)行，可W有效提高分布 式電源的利用效率，有助于當(dāng)電網(wǎng)災(zāi)變時向重要負(fù)荷持續(xù)供電，避免間歇式電源直接影響 本地用戶電能質(zhì)量。作為分布式電源與微電網(wǎng)接口的電力電子變流器及其控制成為當(dāng)前的 研究熱點(diǎn)。
[0003] 在實(shí)際微電網(wǎng)系統(tǒng)中，將含有大量的變頻空調(diào)、節(jié)能燈、個人電腦與手機(jī)的開關(guān)電 源等整流型非線性負(fù)載及單相負(fù)荷等不平衡負(fù)載。該類混合負(fù)載對微電網(wǎng)輸出電壓波形 質(zhì)量影響很大，大量非線性負(fù)荷的引入會增大微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源輸出電流諧波含量，從 而導(dǎo)致輸出電壓波形崎變；分布式電源帶單相等不平衡負(fù)荷時，會導(dǎo)致每相輸出電壓幅值 出現(xiàn)較大差異，從而增大微電網(wǎng)內(nèi)=相電壓輸出不對稱度。因此需要先進(jìn)的=相逆變器控 制技術(shù)來保證在各種混合負(fù)載下，微電網(wǎng)內(nèi)逆變型分布式電源仍然能夠提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的電 能，
[0004] 當(dāng)=相逆變器帶平衡和線性負(fù)載運(yùn)行時，通常在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下采用比例積分 (proportional integral, PI)控制器，即可很好地跟蹤輸出電壓參考值[1]。在不平衡負(fù) 載情況下，系統(tǒng)中將出現(xiàn)負(fù)序電壓分量，而采用上述簡單PI控制系統(tǒng)無法有效抑制負(fù)序電 壓分量，文獻(xiàn)[2]則在正序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下引入了比例積分-諧振調(diào)節(jié)器對負(fù)序分量進(jìn) 行抑制，文獻(xiàn)[3]提出采用基于正序與負(fù)序雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩組PI控制器，其中正序 坐標(biāo)系下PI控制器用于逆變器輸出電壓正序分量的調(diào)節(jié)，負(fù)序坐標(biāo)系下PI控制器則進(jìn)行 負(fù)序電壓分量的補(bǔ)償。但上述方法需要進(jìn)行多次坐標(biāo)變換，采用電壓電流雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)時 調(diào)節(jié)器數(shù)量多，控制復(fù)雜。為此，文獻(xiàn)[4]提出一種a 60坐標(biāo)系下的四橋臂變流器控制策 略，采用準(zhǔn)比例諧振調(diào)節(jié)器控制輸出電壓，并加入?yún)⒖茧妷呵梆伕纳葡到y(tǒng)控制精度與動態(tài) 性能。該方法盡管簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但是仍然不能消除非線性負(fù)載所帶來的諧波電壓 分量。為了降低由于非線性負(fù)載給逆變器輸出電壓所帶來的諧波含量，文獻(xiàn)[引在電壓控 制中增加5、7次諧波補(bǔ)償控制環(huán)，該方法也僅能消除特定頻率的電壓諧波分量，且控制系 統(tǒng)計(jì)算量大。
[000引參考文獻(xiàn)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明針對微電網(wǎng)內(nèi)^相逆變器，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種有效的逆 變器輸出電壓控制方法，通過對常規(guī)=相電壓控制算法進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，達(dá)到同時抑制和消 除逆變器輸出電壓負(fù)序分量和諧波分量的目的。為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0012] 一種帶不平衡及非線性負(fù)載的=相逆變器控制方法，采用準(zhǔn)比例-諧振調(diào)節(jié)器跟 蹤參考電壓，其特征在于，該方法首先通過基于二階通用積分環(huán)節(jié)的帶通濾波器對每相電 壓的瞬時采樣值進(jìn)行基波分量和諧波分量的提取，然后利用基波電壓分量作為所述的準(zhǔn)比 例-諧振調(diào)節(jié)器的電壓控制環(huán)節(jié)的反饋量，=相電壓控制采用所述的電壓控制環(huán)節(jié)來跟蹤 參考電壓；同時在最終的電壓調(diào)制信號中加入電壓諧波分量補(bǔ)償控制措施W抑制由非線 性負(fù)荷所帶來的電壓諧波含量，該補(bǔ)償控制的補(bǔ)償項(xiàng)為每相電壓諧波分量乘W-個比例系 數(shù)；S相電壓控制的輸出電壓調(diào)制信號中還加入?yún)⒖茧妷呵梆乄改善系統(tǒng)控制精度與動態(tài) 性能。
[0013] 其中，采用基于二階通用積分環(huán)節(jié)的帶通濾波器獲取逆變器=相輸出電壓的基波 分量Uw、Ubf和U d和諧波分量U 3h、Ubh和U ,h，其傳遞函數(shù)為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶不平衡及非線性負(fù)載的三相逆變器控制方法，采用準(zhǔn)比例-諧振調(diào)節(jié)器跟 蹤參考電壓，其特征在于，該方法首先通過基于二階通用積分環(huán)節(jié)的帶通濾波器對每相電 壓的瞬時采樣值進(jìn)行基波分量和諧波分量的提取，然后利用基波電壓分量作為所述的準(zhǔn)比 例-諧振調(diào)節(jié)器的電壓控制環(huán)節(jié)的反饋量，三相電壓控制采用所述的電壓控制環(huán)節(jié)來跟蹤 參考電壓；同時在最終的電壓調(diào)制信號中加入電壓諧波分量補(bǔ)償控制措施以抑制由非線 性負(fù)荷所帶來的電壓諧波含量，該補(bǔ)償控制的補(bǔ)償項(xiàng)為每相電壓諧波分量乘以一個比例系 數(shù)；三相電壓控制的輸出電壓調(diào)制信號中還加入?yún)⒖茧妷呵梆佉愿纳葡到y(tǒng)控制精度與動態(tài) 性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶不平衡及非線性負(fù)載的三相逆變器控制方法，其特征在 于：采用基于二階通用積分環(huán)節(jié)的帶通濾波器獲取逆變器三相輸出電壓的基波分量u af、Ubf 和11。{和諧波分量U ah、Ubh和U eh，其傳遞函數(shù)為：
式中，ua、Ub和U。為三相電壓的瞬時采樣值，_為獲取逆變器輸出電壓基波 分量的帶通濾波器，k為其比例增益。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶不平衡及非線性負(fù)載的三相逆變器控制方法，其特征在 于：三相電壓控制輸出的三相電壓調(diào)制信號uapwm、U bpwm和Uepwm的傳遞函數(shù)如下：
式。
為電壓環(huán)準(zhǔn)比例-諧振調(diào)節(jié)器，kp、h分別為其比例和諧振增益 系數(shù)；ω。為截至頻率；ω ^為諧振角頻率，該諧振角頻率通常設(shè)置為逆變器輸出電壓額定頻 率；kph為諧波電壓補(bǔ)償控制中的比例增益。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶不平衡及非線性負(fù)載的三相逆變器控制方法，采用準(zhǔn)比例-諧振調(diào)節(jié)器跟蹤參考電壓，首先通過基于二階通用積分環(huán)節(jié)的帶通濾波器對每相電壓的瞬時采樣值進(jìn)行基波分量和諧波分量的提取，然后利用基波電壓分量作為所述的準(zhǔn)比例-諧振調(diào)節(jié)器的電壓控制環(huán)節(jié)的反饋量，三相電壓控制采用所述的電壓控制環(huán)節(jié)來跟蹤參考電壓；同時在最終的電壓調(diào)制信號中加入電壓諧波分量補(bǔ)償控制措施以抑制由非線性負(fù)荷所帶來的電壓諧波含量，該補(bǔ)償控制的補(bǔ)償項(xiàng)為每相電壓諧波分量乘以一個比例系數(shù)；三相電壓控制的輸出電壓調(diào)制信號中還加入?yún)⒖茧妷呵梆佉愿纳葡到y(tǒng)控制精度與動態(tài)性能。本發(fā)明可以同時抑制和消除逆變器輸出電壓負(fù)序分量和諧波分量。
【IPC分類】H02M1-12, H02M7-5387
【公開號】CN104638972
【申請?zhí)枴緾N201510100422
【發(fā)明人】郭力, 杜海江
【申請人】天津天海源電氣技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月6日