CN103368438A - 光伏并网逆变器的逆变控制方法 - Google Patents

光伏并网逆变器的逆变控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏并网逆变器的逆变控制方法，它包括以下步骤：采集 i a 、 i b 、 i c ；进行 clark 变换获得 i α 、 i β 以及 i z ；将 i α 和 i β 进行 park 变换，获得 i sq 和 i sd 并与 i sqref 和 i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第一 PI 控制器后电压参考值 V sqref 和 V sdref ，并通过反 park 变换生成 V s α ref 和 V s β ref ，将 V s α ref 和 V s β ref 经过 SVM 控制器后的输出叠加至 PWM 控制器的输入端上；将零序电流 i z 与零序参考电流 i zref 进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二 PI 控制器后叠加至 PWM 控制器的输入端上；通过 PWM 控制器对输出电压进行调节。

Description

光伏并网逆变器的逆变控制方法
技术领域
本发明中涉及了一种光伏并网逆变器的逆变控制方法。
背景技术
如本图1所示,传统NPC三电平逆变桥采用一般采用传统的空间矢量调制方法, 可有效的减少输出THD的大小。但对于采用三电平SVM调制算法的逆变系统而言。其虽对输出谐波, 共模电压相当于传统两电平有较大的改善, 但于光伏并网系统而言, 其共模电压所产生的发射同样容易引起EMC超标。 EMI滤波器的设计难度与成本较大。
如图2所示，三电平空间矢量(SVM)控制算法中，共模电压值存在以下几种情况（假设每相的上管开通时，电压为P（Vdc/2）；下管开通时，电压为N（-Vdc/2）；中管开通时，电压为O；P+N=O=0）：
PPP：共模电压为P；
PPO、POP、OPP：共模电压为2P/3；
POO、OPO、OOP：共模电压为P/3；
PON、OPN、NPO、NOP、ONP、PNO、OOO：共模电压为O；
NOO、ONO、OON：共模电压为N/3；
NNO、NON、ONN：共模电压为2N/3；
NNN：共模电压为N。
而所生的共模电压对于电网侧及PV侧形成EMI发射, 对电网及设备形成干扰, 无法有效的满足无隔离变的并网逆变器的并网要求。需要设计较复杂, 较大的EMI滤波器来解决此问题。
为了有效的减少硬件设计成本及体积。产生了如图3和图4中的应用拓扑形式。
将三相滤波电容的中点O与直流电容的中点M直接相连或通过电阻相连。让共模电压直接从这个回路内部消除掉。但是, 传统的控制方法会产生较大的中点电流, 并会影响控制系统稳定性。具体的，如图5所示，传统DQ电流控制方法, 电流ia,ib,ic通过Clarke变换, 再通过Park变换,产生Id,iq控制量。但实际上, 会存在Iz(零序电流的分量)。由于对于图1所使用的拓扑中满足Ia+Ib+Ic=0的条件, 所以图1中的Iz=0, 可以直接应用这个传统控制方法。而对于图3, 图4所用的拓扑中, 由于SVM共模电压不为0, 产生Iz不为零。如果还采用如图5和图6的控制方法，由于O与M点的连线存在, 那么, 对于a,b,c三相所产生的3次及3次倍数的谐波电流大部分将从交流电流上O回到M，使得Iz在各3次及3次倍数谐波上产生，使得DQ控制方法无法直接控制所可能产生的振荡电流。特别在于系统输出电感比较小的时候, 使系统处于不稳定状态。
发明内容
本发明提供了一种光伏并网逆变器的逆变控制方法，其能够提高系统的稳定性，还能够消减EMC的问题。
本发明公开了一种光伏并网逆变器的逆变控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）  采集流过感抗的电网三相电流信号i a 、i b 、i c ；
（2）  将电流信号i a 、i b 、i c 进行clark变换获得在αβ坐标下的i α 、i β 以及零序电流i z ；
（3）  将获得的i α 和i β 进行park变换，获得dq坐标系下的电流信号i sq 和i sd ，将i sq 和i sd 与由控制装置给出的参考电流的dq电流分量i sqref 和i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第一PI控制器后生成dq坐标系下的电压参考值V sqref 和V sdref ，并通过反park变换生成在αβ坐标下电压参考值V sαref 和V sβref ，将V sαref 和V sβref 经过SVM控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端上；
（4）  将零序电流i z 与由控制装置给出的零序参考电流i zref 进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后叠加至PWM控制器的输入端上；
（5）  通过PWM控制器对输出电压进行调节。
优选地，将i sq 和i sd 与参考电流的dq电流分量i sqref 和i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过PI控制器后的输出值再加上dq坐标系下的电压参考值V sqref 和V sdref 之和作为输出至反park变换。
优选地，将零序电流i z 与由控制装置给出的零序参考电流i zref 进行加减比较，加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零序参考电流i zref 。
优选地，对i α 和i β 进行park变换与对V sqref 和V sdref 进行的反park运算互为反向。
本发明采用以上方法，本发明的优点在于保留了SVM的调制方法, 同时对于中高频所产生的零序电流的开环控制引入闭环控制, 有效了改善了系统在共模电压减少方面的作用。不同于一般的SPWM调制方法, 此方法结合了SVM方法的优点的同时, 解决了EMC以及共模电流引起的振荡等问题。可以有效的提高系统DQ控制器的闭环控制裕度，同时又能减少电感上振荡电流引起的噪音问题。
附图说明
附图1为NPC三电平逆变器拓扑。
附图2为三电平矢量图。
附图3为连接中点NPC拓扑NPC拓扑。
附图4为通过电阻连接中点NPC拓扑。
附图5为传统DQ电流控制方法。
附图6为传统DQ电流控制方法的原理图。
附图7为引入新控制器的电流控制方法。
附图8为零序控制器详图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明采用了附图3和附图4的拓扑电路。其具体的控制方法可如图6所示。
本控制应用于ia+ib+ic≠0所引入的Iz电流的控制器。由于产生的Iz电流无法由DQ轴控制直接控制, 必须对Iz电流设计一个新的控制器来完成闭环控制目的。图7中所示零序控制器, 控制器的输出直接叠加在SVM的输出上，直接作用于PWM产生器前面。
具体的，一种光伏并网逆变器的逆变控制方法，它包括以下步骤：
（1）  采集流过感抗的电网三相电流信号i a 、i b 、i c ；
（2）  将电流信号i a 、i b 、i c 进行clark变换获得在αβ坐标下的i α 、i β 以及零序电流i z ；
（3）  将获得的i α 和i β 进行park变换，获得dq坐标系下的电流信号i sq 和i sd ，将i sq 和i sd 与由控制装置给出的参考电流的dq电流分量i sqref 和i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第一PI控制器后生成dq坐标系下的电压参考值V sqref 和V sdref ，将i sq 和i sd 与参考电流的dq电流分量i sqref 和i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过PI控制器后的输出值再加上dq坐标系下的电压参考值V sqref 和V sdref 之和并通过反park变换生成在αβ坐标下电压参考值V sαref 和V sβref ，将V sαref 和V sβref 经过SVM控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端上，具体的，其中对i α 和i β 进行park变换与对V sqref 和V sdref 进行的反park运算互为反向；
（4）  将零序电流i z 与由控制装置给出的零序参考电流i zref 进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后叠加至PMW控制器的输入端上；
（5）  通过PWM控制器对输出电压进行调节。
其中，步骤3中通过对clark变换得到的αβ坐标下的i α 、i β 来并逆变控制的方法为具体可参阅文献field orientated control of 3-phase AC-Motors, Literature Number:BPRA073, Texas Instruments EUROPE February 1998。将i sq 和i sd 与参考电流的dq电流分量i sqref 和i sdef 分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过PI控制器后的输出值再加上dq坐标系下的电压参考值V sqref 和V sdref 之和作为输出至反park变换。
如图8所示，本发明在于1）通过clark变换获取零序电流i z ；2）由控制装置给出零序参考电流；3）对零序电流与零序参考电流i zref 进行加减法运算, 计算得到控制误差; 4）将控制误差输入第二PI控制器, 第二PI控制器通过控制误差对零序电流i z 进行调节。其中第二PI控制器可以为带限幅功能的误差放大器;5）第二PI控制器的输出直接加在PWM控制器的输入端。控制器由零序电流i z 与零序参考电流i zref 之间的误差, 通过PI控制器输出调节PWM，来实现闭环调节零序电流的目的。经过加减比较，加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零序参考电流i zref 。
综上所述，根据在αβ坐标下的i α 、i β 对三相电压中的正序电压调节，根据零序电流i z 对三相电压中的零序电压进行调节。
以上对本发明的特定实施例结合图示进行了说明，很明显的在不离开本发明的范围和精神的基础上，可以对现有技术和工艺进行很多修改。在本发明的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在本发明的技术要旨范围内，进行多种多样的变更。

Claims (4)

1.一种光伏并网逆变器的逆变控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
采集流过感抗的电网三相电流信号ia、ib、ic；
将电流信号ia、ib、ic进行clark变换获得在αβ坐标下的iα、iβ以及零序电流iz；
将获得的iα和iβ进行park变换，获得dq坐标系下的电流信号isq和isd，将isq和isd与由控制装置给出的参考电流的dq电流分量isqref和isdef分别进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第一PI控制器后生成dq坐标系下的电压参考值Vsqref和Vsdref，并通过反park变换生成在αβ坐标下电压参考值Vsαref和Vsβref，将Vsαref和Vsβref经过SVM控制器后的输出叠加至PWM控制器的输入端上；
将零序电流iz与由控制装置给出的零序参考电流izref进行加减比较，将加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后叠加至PWM控制器的输入端上；
通过PWM控制器对输出电压进行调节。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的逆变控制方法，其特征在于：将isq和isd与参考电流的dq电流分量isqref和isdef分别进行加减比较，加减比较后得到的结果经过第一PI控制器后的输出值逐渐趋近于dq坐标系下的电压参考值Vsqref和Vsdref。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的逆变控制方法，其特征在于：将零序电流iz与由控制装置给出的零序参考电流izref进行加减比较，加减比较后得到的结果经过第二PI控制器后的输出值逐渐趋近于零序参考电流izref。
4.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器的逆变控制方法，其特征在于：对iα和iβ进行park变换与对Vsqref和Vsdref进行的反park运算互为反向。
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