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
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和i
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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
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和V
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,并通过反park变换生成在αβ坐标下电压参考值V
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和V
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,将V
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和V
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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
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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
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和i
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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
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和V
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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
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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
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。
优选地,对i
α
和i
β
进行park变换与对V
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和V
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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
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与由控制装置给出的参考电流的dq电流分量i
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和i
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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
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和V
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,将i
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和i
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与参考电流的dq电流分量i
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和i
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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
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和V
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之和并通过反park变换生成在αβ坐标下电压参考值V
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和V
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,将V
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和V
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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
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和V
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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
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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
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和i
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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
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和V
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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
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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
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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
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。
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。