CN102611143B - 一种三相并网逆变器并网电流的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相并网逆变器并网电流的控制方法，对一个电网周期T内并网电流的N个采样点采用独立的PI控制算法，即若要控制当前电网周期中第m，m＝1，2，…，N个采样点的电流波形，则可通过将此前电网所有周期中第m个采样点的误差量计算的PI值作为当前电网周期k的第m个采样点的控制量，由此来降低相邻相位点之间的扰动，从而使系统更好地跟踪电流指令，提高并网电流的控制精度，使并网电流快速并且准确地达到与电网电压同频同相，以减小电流波形失真和相位误差。

Description

一种三相并网逆变器并网电流的控制方法

技术领域

本发明属于三相光伏逆变并网发电系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种三相光伏并网发电系统中并网逆变器并网电流的控制方法。

背景技术

目前太阳能光伏逆变并网发电系统已经被全世界许多国家所关注，三相光伏并网逆变器作为光伏逆变并网发电系统的关键部分也得到了很大的发展。

图1是三相光伏逆变并网发电系统的基本结构图。

如图1所示，三相光伏逆变并网发电系统都是由太阳能电池板阵列、三相并网逆变器组成，其中，三相并网逆变器中，通常包括母线电路、逆变桥电路、采样电路以及控制电路几个部分，整体功能是将太阳能电池板获得的直流电能转化为交流电能并输送到三相电网。

太阳能电池板阵列是将太阳能转化为电能，三相光伏逆变器则是将太阳能电池板阵列所产生的直流电能以最大功率形式输送到三相电网，而其中的控制电路则是整个光伏逆变并网发电系统稳定工作的关键，最大功率跟踪的实现、并网电流波形的优化、逆变桥电路的控制都得依靠控制电路进行运算和调度。

三相并网逆变器的并网电流跟踪控制是实现并网发电的关键，获取与电网电压同频同相的并网电流，并保证其波形畸变在规定范围之内是三相光伏逆变器正常、稳定运行的重点与难点。

对于三相光伏逆变器并网电流的控制，通常采用同步旋转坐标系下对电流在d、q上的分量直接进行PI控制，由于这种方法是对相邻相位点之间的误差量进行控制，会出现相邻相位点之间的扰动，所以该控制方式容易出现并网电流控制精度不高、电流波形失真和相位误差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三相并网逆变器并网电流的控制方法，通过提高并网电流的控制精度，使并网电流快速并且准确地达到与电网电压同频同相，以减小电流波形失真和相位误差。

为实现上述发明目的，本发明三相并网逆变器并网电流的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、三相并网逆变器的采样电路对三相电网电压、并网电流进行采样，采样周期为T_s，得到一个电网周期T内N组三相相电压V_{a_m}、V_{b_m}、V_{c_m}以及并网电流值I_{a_m}、I_{b_m}、I_{c_m}，其中N＝T/T_s，m＝1，2，…，N，m表示电网周期T内第几次采样，a，b，c分别代表三相电网的三相；

(2)、对每个采样周期内采样的三相电压V_{a_m}、V_{b_m}、V_{c_m}以及并网电流值I_{a_m}、I_{b_m}、I_{c_m}进行CLARK(3s-2s)变换得出在静止坐标系α、β轴上的分量V_{α_m}、V_{β_m}、I_{α_m}、I_{β_m}，然后进行PARK(2s-2r)变换得到在旋转坐标系d、q轴上的分量分别为V_{d_m}、V_{q_m}、I_{d_m}、I_{q_m}；

对变换过来的分量I_{d_m}、I_{q_m}与参考量

和

分别进行比较，计算出两者之间的差值：

$I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)=I_{d_{\mathrm{ref}}}-I_{d\_m}\left(k\right)$

$I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)=I_{q_{\mathrm{ref}}}-I_{q\_m}\left(k\right)$

其中参考量

为通过最大功率跟踪算法，根据太阳能电池板阵列输出电压V_dc和电流I_dc计算所得到的电流指令，而参考量

k为当前周期；

(3)、将差值

作为PI控制器的输入，进行PI控制，得到输出：

${\mathrm{PI}}_{d\_m}={\mathrm{Kp}*I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{\mathrm{Ki}*[I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{K*I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)$

${+K}^2*I_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-2)+......+K^k*I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)]$

${\mathrm{PI}}_{q\_m}={\mathrm{Kp}*I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{\mathrm{Ki}*[I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{K*I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)$

${+K}^2*I_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-2)+......+K^k*I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)]$

其中：K_p、K_i为PI控制器的比例系数和积分系数，I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)表示当前周期k中采样点为m(0≤m≤N)时，由并网电流计算出的在d、q轴上的分量，

分别表示为I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)与参考和

之间的差值；为前一电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差， $I_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-1),I_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)...I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right),I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)$ 则为此前2，3…，k个电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差，并且K为积分环节中误差的衰减系数，可K取为＜1但接近于1的数；

(4)、将三相电网电压在旋转坐标系d、q轴上的分量V_{d_m}、V_{q_m}和电感上的耦合分量ωLI_{d_m}、ωLI_{q_m}，其中ω为电网角频率，L为滤波电感L_a、L_b、L_c的电感量和PI控制器输出PI_{d_m}、PI_{q_m}合成总的控制量E_{d_m}、E_{q_m}：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{d\_m}=V_{d\_m}-{\mathrm{\ωLI}}_{q\_m}+{\mathrm{PI}}_{d\_m}\\ E_{q\_m}=V_{q\_m}+{\mathrm{\ωLI}}_{d\_m}+{\mathrm{PI}}_{q\_m}\end{array}\right.$

其中，三相光伏逆变器中逆变桥电路输出端的三相滤波电感的电感值是相等的，均为L；

(5)、控制量E_{d_m}、E_{q_m}经过PARK(2s-2r)反变换转换到静止坐标系，然后依据SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)算法，计算得到控制三相并网逆变器中逆变桥电路功率开关管开通、关断的脉宽调制信号，实现对并网电流的控制。

本发明的目的是这样实现的：

在本发明中，是对一个电网周期T内并网电流的N个采样点采用独立的PI控制算法，即若要控制当前电网周期中第m，m＝1，2，…，N个采样点的电流波形，则可通过将此前电网所有周期中第m个采样点的误差量计算的PI值作为当前电网周期k的第m个采样点的控制量，由此来降低相邻相位点之间的扰动，从而使系统更好地跟踪电流指令，提高并网电流的控制精度，使并网电流快速并且准确地达到与电网电压同频同相，以减小电流波形失真和相位误差。此外，在本发明中衰减系数K为接近于1的数，通常取其为0.999，其作用是将采样点m的误差进行衰减，让在时间上距当前周期越久的误差在积分量中所占的比例越来越小，这样合理的比例系数K_p及积分系数K_i可以使三相光伏逆变器具有良好的快速性和稳定性，进一步使三相并网逆变器输出的并网电流能快速稳定的跟踪电流指令，并且减少各相位点之间的扰动。

附图说明

图1是三相光伏逆变并网发电系统基本结构图；

图2是本发明三相并网逆变器并网电流的控制方法一具体实施方式的控制框图；

图3是电网为正序时线电压的波形图；

图4是电网为负序时线电压的波形图；

图5是电网为正序时V_α、V_β所组成的向量旋转轨迹图；

图6是电网为负序时V_α、V_β所组成的向量旋转轨迹图；

图7是本发明中三相光伏并网逆变器并网电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图2是本发明三相并网逆变器并网电流的控制方法一具体实施方式的控制框图。

在本实施例中，如图2所示，三相并网逆变器采用三相全桥拓扑作为逆变电路，电路由六个功率开关管，在本实施例中为带反向二极管的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)T₁～T₆组成，每一相由两个IGBT串联并接到太阳能电池板阵列输出端，同时太阳能电池板阵列输出端接有母线电容C。

逆变电路输出，即每一相的两个IGBT串联处接有一滤波电感(L_a、L_b、L_c)与滤波电容(C₁、C₂、C₃)组成的LC二阶滤波电路，然后分别接到电网的三相V_a、V_b、V_c上；IGBT控制方式采用SVPWM控制算法，可以提高直流母线利用率。控制量E_{d_m}、E_{q_m}经过PARK(2s-2r)反变换转换到静止坐标系，然后依据SVPWM算法，结合太阳能电池板阵列输出电压V_dc，计算得到控制三相并网逆变器中逆变桥电路功率开关管接通、关断的脉宽调制信号S1～S6，三相并网逆变器的工作原理属于现有技术，在此不在赘述。

由于并网电流的幅值由功率开关管的等效输出与电网电压之差来决定的，可以通过控制功率开关管，开通与关断的时间来控制其等效输出电压从而来控制并网电流的大小，从图2中可以看出总的控制量E_d、E_q包含三相电网电压变换在旋转坐标系d、q轴上的分量V_d、V_q和由并网电流经过PI控制器之后产生的控制量PI_d、PI_q以及并网电感上的耦合分量ωLI_d、ωLI_q，其中分量V_d、V_q在总的控制量中占主要部分，它可以产生与电网电压相当大小的电压，可以用来减小由三相电网电压波动给并网电流所带来的不稳定，ω为电网角频率，L为滤波电感L_a、L_b、L_c的电感量，ωLI_d、ωLI_q则用于补偿三相电流I_a、I_b、I_c流过电感时所产生的电压在d、q轴上的部分分量，而PI控制器产生的控制量所占比例较小，则用于产生和调节输出电流波形，并使电网电流质量达到预定目标。

在本实施例中，采样电路对三相线电压V_ab、V_bc、V_ca和并网电流I_a、I_b、I_c进行采样，采样周期为T_s，则得到电网电压、并网电流在一个电网周期T内的N次采样值，其中N＝T/T_s，m＝1，2，…，N，m表示电网周期T内第几次采样。将采样所得的三相线电压V_ab、V_bc、V_ca用线相转换公式，式(1)进行变换，变换成三相相电压V_a、V_b、V_c，并对每个采样周期内变换过来的相电压以及并网电流I_a、I_b、I_c按式(2)、式(3)、式(4)进行CLARK变换(3s-2s)得到在静止坐标系α、β轴上的分量V_α、V_β、I_α、I_β，再将V_α、V_β、I_α、I_β按式(6)、式(7)、式(8)进行PARK(2s-2r)变换得到在旋转坐标系d、q轴上的分量V_d、V_q、I_d、I_q，再对变换过来的I_d、I_q的与参考量

和分别进行比较，其中

为通过最大功率跟踪算法根据电池板电压V_dc和电流I_dc计算所得到的电流指令，

计算出两者之间的差值，如式(9)所示，并将此差值

作为PI控制器的输入。

$\left\{\begin{array}{c}{V}_a=-\frac{V_{\mathrm{ca}}-V_{\mathrm{ab}}}{3}\\ V_b=-\frac{V_{\mathrm{ab}}-V_{\mathrm{bc}}}{3}\\ V_c=-\frac{V_{\mathrm{bc}}-V_{\mathrm{ca}}}{3}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$T_{\mathrm{abc}/\mathrm{\α\β}}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]---\left(2\right)$

[V_α V_β]^T＝T_abc/αβ*[V_a V_b V_c]^T    (3)

[I_α I_β]^T＝T_abc/αβ*[I_a I_b I_c]^T    (4)

$\left\{\begin{array}{c}\sin \mathrm{\θ}=\frac{V_{\mathrm{\β}}}{\sqrt{{V_{\mathrm{\α}}}^2+{V_{\mathrm{\β}}}^2}}\\ \cos \mathrm{\θ}=\frac{V_{\mathrm{\α}}}{\sqrt{{V_{\mathrm{\α}}}^2+{V_{\mathrm{\β}}}^2}}\end{array}\right.---\left(5\right)$

$T_{\mathrm{\α\β}/\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]---\left(6\right)$

[V_d V_q]^T＝T_αβ/dq*[V_α V_β]^T(7)

[I_d I_q]^T＝T_αβ/dq*[I_α I_β]^T(8)

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{d_{\mathrm{err}}}=I_{d_{\mathrm{ref}}}-I_d\\ I_{q_{\mathrm{err}}}=I_{q_{\mathrm{ref}}}-I_q\end{array}\right.---\left(9\right)$

在传统的三相并网逆变器并网电流的控制方法中，通常是对在d、q轴上的误差量直接进行PI控制，其中PI算法如式(10)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{PI}}_{d\_t}={\mathrm{Kp}*I}_{d_{\mathrm{err}\_t}}+\mathrm{Ki}*\underset{s=0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{d_{\mathrm{err}\_s}}\\ {\mathrm{PI}}_{q\_t}={\mathrm{Kp}*I}_{\mathrm{qerr}\_t}+\mathrm{Ki}*\underset{s-0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{qerr}\_s}\end{array}\right.---\left(10\right)$

在上式中，K_p、K_i为PI控制器的比例系数和积分系数，

为当前t时刻电流在d轴、q轴上的误差分量，而

为t时刻以前电网电流在d轴、q轴上的误差分量，其中0≤s＜t，为t时刻以前的采样时刻。从式(10)的PI表达式可以看出，t时刻以前的所有点的误差量均会以PI控制量的形式作用在t时刻所对的电网的相位点上，会导致在一个电网周期中，一个相位点的误差量会作用在下一个相位点，从而造成相位点之间的扰动。

而在本发明中，是对一个电网周期T内并网电流的N个采样点采用独立的PI控制算法，即若要控制当前电网周期中第m，m＝1，2，…，N个采样点的电流波形，则可通过将此前电网所有周期中第m个采样点的误差量计算的PI值作为当前电网周期k的第m个采样点的控制量，由此来降低相邻相位点之间的扰动，从而使系统更好地跟踪电流指令，提高并网电流的控制精度，使并网电流快速并且准确地达到与电网电压同频同相，以减小电流波形失真和相位误差。

具体并网电流的控制过程如下：

电压、电流采样电路对三相电网电压并网电流进行采样，采样周期为Ts，得到一个电网周期T内N组三相相电压V_{a_m}、V_{b_m}、V_{c_m}以及并网电流值I_{a_m}、I_{b_m}、I_{c_m}，其中N＝T/T_s，m＝1，2，…，N，m表示电网周期T内第几次采样，a，b，c分别代表三相电网的三相。

如前所述对每个采样周期内变换过来的相电压以及并网电流进行CLARK(3s-2s)变换得出在静止坐标系α、β轴上的分量V_{α_m}、V_{β_m}、I_{α_m}、I_{β_m}和PARK(2s-2r)变换得到在旋转坐标系d、q轴上的分量分别为V_{d_m}、V_{q_m}、I_{d_m}、I_{q_m}，再对变换过来的I_{d_m}、I_{q_m}的与参考量

和

分别进行比较，其中

为通过最大功率跟踪算法根据电池板电压V_dc和电流I_dc计算所得到的电流指令，

计算出两者之间的差值，如式(11)、式(12)所示，并将此差值

作为PI控制器的输入。

其中PI具体算法如式(13)、式(14)所式：

$I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)=I_{d_{\mathrm{ref}}}-I_{d\_m}\left(k\right)---\left(11\right)$

$I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)=I_{q_{\mathrm{ref}}}-I_{q\_m}\left(k\right)---\left(12\right)$

${\mathrm{PI}}_{d\_m}={\mathrm{Kp}*I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{\mathrm{Ki}*[I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{K*I}_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)$

(13)

${+K}^2*I_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-2)+......+K^k*I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)]$

${\mathrm{PI}}_{q\_m}={\mathrm{Kp}*I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{\mathrm{Ki}*[I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(k\right)+{K*I}_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)$

(14)

${+K}^2*I_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-2)+......+K^k*I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)]$

在上式中，K_p、K_i为PI控制器的比例系数和积分系数，I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)表示当前周期k中采样点为m(0≤m≤N)时，由并网电流计算出的在d、q轴上的分量，

分别表示为I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)与参考

和之间的差值；

为前一电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差， $I_{d_{\mathrm{err}\_m}}(k-1),I_{q_{\mathrm{err}\_m}}(k-1)...I_{d_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right),I_{q_{\mathrm{err}\_m}}\left(0\right)$ 则为此前2，3…，k个电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差，并且K为积分环节中误差的衰减系数，可K取为＜1但接近于1的数。

在本实施例中，衰减系数K取其为0.999，其作用是将采样点m的误差进行衰减，让在时间上距当前周期越久的误差在积分量中所占的比例越来越小，这样合理的比例系数K_p及积分系数K_i可以使三相光伏逆变器具有良好的快速性和稳定性，进一步使三相并网逆变器输出的并网电流能快速稳定的跟踪电流指令，并且减少各相位点之间的扰动。

将三相电网电压的前馈量V_{d_m}、V_{q_m}和电感上的耦合分量ωLI_{d_m}、ωLI_{q_m}和PI控制量PI_{d_m}、PI_{q_m}合成总的控制量E_{d_m}、E_{q_m}，如式(15)所示。

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{d\_m}=V_{d\_m}-{\mathrm{\ωLI}}_{q\_m}+{\mathrm{PI}}_{d\_m}\\ E_{q\_m}=V_{q\_m}+{\mathrm{\ωLI}}_{d\_m}+{\mathrm{PI}}_{q\_m}\end{array}\right.---\left(15\right)$

相位校正

由于控制电路本身从电压、电流的采样到对数据的处理、SVPWM对开关管的作用和并网时的滤波电路都有一定的时间延迟，因此在某一个相位点的电压电流采样、数据处理、控制量对开关管的作用不可能在一个控制周期内完成，针对这一问题采用了延迟控制的方法，即若当前采样点为m，所对应的电网相位为θ(由式(5)计算得出)，三相并网逆变器的延时为n个采样点，其所对应的相位延迟为θ′此时可以通过采用上一周期中第m+n的采样点的控制量

来作为当前采样点m的控制量，抵消由于各种延迟造成的控制量的滞后和减小因控制点与采样点之间的相位差而造成的错误。

在将采样点m+n的控制量

作用到功率开关管还得经过PARK(2s-2r)反变换转换到静止坐标系，而在此过程中所用到的相位应该为m+n时刻控制点的相位γ，并且相位γ的值与当前采样点的相位θ以及电网正、负序有关。

因此在进行相位补偿要先完成对当前电网正负序性的判断：若电网为正序，则有三相电网电压初始相位a相超前b相120°、b相超前c相120°时，此时所对应的线电压的初始相位V_ab超前V_bc120°、V_bc超前V_ca120°，如图(3)所示。若电网为负序，则有三相电网电压初始相位a相滞后b相120°、b相滞后c相120°时，此时所对应的线电压的初始相位V_ab滞后V_bc120°、V_bc滞后V_ab120°，如图(4)所示。

判断相序的方法是利用采样电路，捕获线电压V_ab的上升沿过零点，再通过比较此时线电压V_bc、V_ca值的正负性来判断当前电网的正负序性。其次，完成将控制量从旋转坐标系转换到静止坐标系α、β的转换：

1)当前电网为正序时，在这样一种电网相位关系下换算到静止坐标系α、β时V_α、V_β所组成的向量在该坐标系中的旋转轨迹如图5所示，即按逆时针方向旋转，再假设根据采样值变换到α、β轴的分量V_α、V_β计算出当前电网的相位为θ(θ由式(5)得出)，而三相并网逆变器因采样、数据处理等因素所造成的相位延迟所对应的角度为θ′，若要完成对其相位的补偿，需要用γ＝θ+θ′作为从旋转坐标系转换到静止坐标系所用到的角度，即此时d、q轴转换到α、β轴时所用到的公式如式(18)、式(19)所示。

$T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\α\β}}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}^{\′})& -\sin (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}^{\′})& \cos (\mathrm{\θ}+{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]---\left(18\right)$

${\left[\begin{array}{cc}{E}_{\mathrm{\α}}& E_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\α\β}}*{\left[\begin{array}{cc}{E}_{d_{m+n}}& E_{q_{m+n}}\end{array}\right]}^T---\left(19\right)$

2)当前电网为负序时，在这样一种电网相位关系下换算到静止坐标系α、β时V_α、V_β所组成的向量在该坐标系中的旋转轨迹如图6所示，即按顺时针方向旋转，再假设根据采样值变换到α、β轴的分量V_α、V_β计算出当前电网的相位为θ(θ由式(5)得出)，而三相并网逆变器因采样、数据处理等因素所造成的相位延迟所对应的角度为θ′，若要完成对其相位的补偿，需要用γ＝θ-θ′作为从旋转坐标系转换到静止坐标系所用到的角度，即此时d、q轴转换到α、β轴时所用到的公式如式(20)、式(21)所示。

$T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\α\β}}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}^{\′})& -\sin (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\\ \sin (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}^{\′})& \cos (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}^{\′})\end{array}\right]---\left(20\right)$

${\left[\begin{array}{cc}{E}_{\mathrm{\α}}& E_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\α\β}}*{\left[\begin{array}{cc}{E}_{d_{m+n}}& E_{q_{m+n}}\end{array}\right]}^T---\left(21\right)$

最后将得到的E_α、E_β通过SVPWM算法转化为控制逆变桥电路中功率开关管开通、关断的信号S1、S2、S3、S4、S5、S6，从而达到对并网电流大小和相位进行控制的目的。

试验结果

在5KW三相并网逆变器上，对上述控制方法进行了验证。图6表示的是系统并网时三相电网中其中一相的并网电流、电压波形。第一个波形为并网电流波形，纵坐标表示电流大小，单位为A。第二个为其对应的相电压波形(由于系统平台采用1∶2的升压变压器并网，所以原边电压为副边即电网侧电压的一半，即有效值为110V)，纵坐标表示电压大小，单位为V，其中横坐标表示时间，单位为ms，从图中可以看出，并网电流可以有效的跟踪电网电压的相位，并且电流畸变率小。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种三相并网逆变器并网电流的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、三相并网逆变器的采样电路对三相电网电压、并网电流进行采样，采样周期为T_s，得到一个电网周期T内N组三相相电压V_{a_m}、V_{b_m}、V_{c_m}以及并网电流值I_{a_m}、I_{b_m}、I_{c_m}，其中N=T/T_s，m=1,2,…,N，m表示电网周期T内第几次采样，a,b,c分别代表三相电网的三相；

（2）、对每个采样周期内采样的三相电压V_{a_m}、V_{b_m}、V_{c_m}以及并网电流值I_{a_m}、I_{b_m}、I_{c_m}进行CLARK（3s-2s）变换得出在静止坐标系α、β轴上的分量V_{α_m}、V_{β_m}、I_{α_m}、I_{β_m}，然后进行PARK（2s-2r）变换得到在旋转坐标系d、q轴上的分量分别为V_{d_m}、V_{q_m}、I_{d_m}、I_{q_m}；

对变换过来的分量I_{d_m}、I_{q_m}与参考量和

分别进行比较，计算出两者之间的差值：

$I_{d_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)=I_{d_{\mathrm{ref}}}-I_{d\_m}\left(k\right)$

$I_{q_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)=I_{q_{\mathrm{ref}}}-I_{q\_m}\left(k\right)$

其中参考量

为通过最大功率跟踪算法，根据太阳能电池板阵列输出电压V_dc和电流I_dc计算所得到的电流指令，而参考量

k为当前周期；

（3）、将差值作为PI控制器的输入，进行PI控制，得到输出：

$\begin{array}{c}{\mathrm{PI}}_{d\_m}=\mathrm{Kp}*I_{d_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)+\mathrm{Ki}*[I_{d_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)+K*I_{d_{\mathrm{err\; m}}}(k-1)\\ +K^2*I_{d_{\mathrm{err\; m}}}(k-2)+......+K^k*I_{d_{\mathrm{err\; m}}}\left(0\right)]\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{PI}}_{q\_m}=\mathrm{Kp}*I_{q_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)+\mathrm{Ki}*[I_{q_{\mathrm{err\; m}}}\left(k\right)+K*I_{q_{\mathrm{err\; m}}}(k-1)\\ +K^2*I_{q_{\mathrm{err\; m}}}(k-2)+......+K^k*I_{q_{\mathrm{err\; m}}}\left(0\right)]\end{array}$

其中：K_p、K_i为PI控制器的比例系数和积分系数，I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)表示当前周期k中采样点为m，0≤m≤N时，由并网电流计算出的在d、q轴上的分量，

分别表示为I_{d_m}(k)、I_{q_m}(k)与参考

和

之间的差值；

为前一电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差，

则为此前2,3…,k个电网周期中采样点为m时并网电流在d、q轴上的分量与参考之间的误差，并且K为积分环节中误差的衰减系数，K取为<1但接近于1的数；

（4）、将三相电网电压在旋转坐标系d、q轴上的分量V_{d_m}、V_{q_m}和电感上的耦合分量ωLI_{d_m}、ωLI_{q_m}和PI控制器输出PI_{d_m}、PI_{q_m}合成总的控制量E_{d_m}、E_{q_m}：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{d\_m}=V_{d\_m}-{\mathrm{\&omega;LI}}_{q\_m}+{\mathrm{PI}}_{d\_m}\\ E_{q\_m}=V_{q\_m}+{\mathrm{\&omega;LI}}_{d\_m}+{\mathrm{PI}}_{q\_m}\end{array}\right.$

其中，L为三相光伏逆变器中逆变桥电路输出端的滤波电感的电感值，ω为电网角频率；

（5）、控制量E_{d_m}、E_{q_m}经过PARK（2s-2r）反变换转换到静止坐标系，然后依据空间矢量脉宽调制算法，计算得到控制三相并网逆变器中逆变桥电路功率开关管开通、关断的脉宽调制信号，实现对并网电流的控制。

2.根据权利要求1所述的三相并网逆变器并网电流的控制方法，其特征在于，在步骤（5）中，所述的控制量E_{d_m}、E_{q_m}采用上一周期中第m+n的采样点的控制量

来作为当前采样点m的控制量；所述的经过PARK（2s-2r）反变换转换到静止坐标系为：

1）、当前电网为正序时，按以下公式进行：

$T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\&alpha;\&beta;}}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})& -\sin (\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})\\ \sin (\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})& \cos (\mathrm{\&theta;}+{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})\end{array}\right]$

${\left[\begin{array}{cc}{E}_{\mathrm{\&alpha;}}& E_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\&alpha;\&beta;}}*{\left[\begin{array}{cc}{E}_{d_{m+n}}& E_{q_{m+n}}\end{array}\right]}^T$

2）、当前电网为负序时，按以下公式进行：

$T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\&alpha;\&beta;}}=\left[\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})& -\sin (\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})\\ \sin (\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})& \cos (\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;})\end{array}\right]$

${\left[\begin{array}{cc}{E}_{\mathrm{\&alpha;}}& E_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]}^T=T_{\mathrm{dq}/\mathrm{\&alpha;\&beta;}}*{\left[\begin{array}{cc}{E}_{d_{m+n}}& E_{q_{m+n}}\end{array}\right]}^T$

其中，E_α、E_β为控制量E_{d_m}、E_{q_m}经过PARK（2s-2r）反变换转换到静止坐标系后的控制量，T_dq/αβ为变换矩阵，θ'为三相并网逆变器因采样、数据处理所造成的相位延迟所对应的角度，而角度θ，根据以下公式确定：

$\left\{\begin{array}{c}\sin \mathrm{\&theta;}=\frac{V_{\mathrm{\&beta;}}}{\sqrt{{V_{\mathrm{\&alpha;}}}^2+{V_{\mathrm{\&beta;}}}^2}}\\ \cos \mathrm{\&theta;}=\frac{V_{\mathrm{\&alpha;}}}{\sqrt{{V_{\mathrm{\&alpha;}}}^2+{V_{\mathrm{\&beta;}}}^2}}\end{array}\right.;$

其中，V_α、V_β为采样所得的三相线电压V_ab、V_bc、V_ca转换到静止坐标系α、β轴上的分量，并根据以下公式确定：

[V_α  V_β]^T＝T_abc/αβ*[V_a  V_b  V_c]^T

$\left\{\begin{array}{c}{V}_a=-\frac{V_{\mathrm{ca}}-V_{\mathrm{ab}}}{3}\\ V_b=-\frac{V_{\mathrm{ab}}-V_{\mathrm{bc}}}{3}\\ V_c=-\frac{V_{\mathrm{bc}}-V_{\mathrm{ca}}}{3}\end{array}\right.$

$T_{\mathrm{abc}/\mathrm{\&alpha;\&beta;}}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

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